化工原理传热

1、第第4章章 传传 热热4.1 概述概述4.1.1 传热在化工生产中的应用传热在化工生产中的应用双管程固定管板换热器1）加热或冷却，使物料达到指定的温度；2）通过换热，回收利用热量；3）保温，以减少热损失。14.1.2 传热的基本方式传热的基本方式热传导热传导： 固体的主要传热方式,分子无规则热运动.对流对流： 流体主要传热方式 流动中，流体质点相互碰撞，传热。 传热速率与流动状态密切相关。辐射辐射： 物体发射电磁波，在红外、可见光范围内具有热效应。 不需传播介质，两物体不需接触。4.1.3 稳态传热和非稳态传热稳态传热和非稳态传热 稳态传热：稳态传热：各点温度分布不随时间而改变 非稳态传热：非

2、稳态传热：各点温度随位置和时间而变24.2.1 基本概念和傅立叶定律基本概念和傅立叶定律 （1 1）温度场）温度场 所研究的具有一定温度分布的空间范围。4.2 热传导热传导),(zyxft 稳态温度场：稳态温度场： ),(zyxft ),(zyxft 非稳态温度场：非稳态温度场：3ttttntnnAd法向等温面等温面、温度梯度与热流方向 （2）描述温度场特性的几个参数描述温度场特性的几个参数 等温面等温面 具有相同温度的点组成的面 特点特点：等温面上各点温度相等， 等温面不会相交。 温度梯度温度梯度 沿等温面法线方向的温度变化率。nt方向方向：沿温度增高方向为正，且与等温面垂直。ntn0lim

3、ntdndtn0lim对一维稳态导热：4)/(,2mWAq（3）热流量热流量(传热速率传热速率) ) 单位时间内所传导的热量， w。（4 4）傅立叶定律）傅立叶定律ntAntq或：热导率，w/（mK），w/（m ）；负号负号：与 方向相反(热流量从高温向低温)。nt热流密度热流密度：表明表明： ntA，热传导中，dndtA一维稳态导热：dndtq或：54.2.2 热导率热导率ntqKmW/说明：说明： 物性参数，标志物质导热性能； 影响因素：=f(材料，温度)； 来源：实验方法测定 ，工业上常见物质的热导率可 从有关手册中查得。定义式定义式: 68几种气体的导热率412653t / 07200

4、4006001000800165432102/(Wm-11）1水蒸气2氧气3二氧化碳4空气5氮气6氩气几种气体的热导率：几种气体的热导率：70161026242012各种液体的导热率水11514131211109876543285.98/(Wm-11）t /H2O85.98/(Wm-11）475153555759491无水甘油2蚁酸3甲醇4乙醇5蓖麻油6苯胺7醋酸8丙酮9丁醇10硝基苯11异丙苯12苯13甲苯14二甲苯15凡士林油2060100140几种液体的热导率：几种液体的热导率：8气体液体非金属金属可见，在数值上： 物质热导率的大致范围物质热导率的大致范围 物质种类 热导率 纯金属 10

5、01400 金属合金 50500液态金属 30300非金属固体 0.05 50 非金属液体 0.55绝热材料 0.051 气体 0.0050.5 9)1 (0ta对多数匀质固体：温度系数a；多数金属：0a0a多数非金属：不同物质随温度变化的不同物质随温度变化的一般规律一般规律,:t气体)(,:水、无水甘油例外液体t)(,高合金钢例外金属：t)(,冰例外非金属：t固体：104.2.3 平壁的稳态热传平壁的稳态热传导导(1) (1) 单层平壁的稳态热传导单层平壁的稳态热传导 热量衡算热量衡算：热量积累率输出热流率输入热流率输出热流率输入热流率 bx1x2txt1t2 单层平壁的稳态热传导热导率为常

6、数热导率为常数dxdtA210ttbdtAdx积分：热流量：热流量：11)(12ttbA得：RtAbtt21传热阻力（热阻）传热推动力（温差）Rtbttq21热流密度：平壁内的温度分布：平壁内的温度分布：dxAdt由：CxAt沿壁厚方向，温度分布为一直线。沿壁厚方向，温度分布为一直线。t2t1x /mt/ 单层平壁导热温度分布12 热导率和温度有关热导率和温度有关，积分得：代入)1 (0tadxdttq)(2121)1(0 xxttdxqdtt)(211)(21210ttattqb整理：即：=f(t)时，时，沿壁厚方向，温度分布为非线性。13t/ x/m)1 (0tm单层平壁导热的热流量与壁内

7、的温度分布143333Abtx /mt2t1t/t2t3t4多层平壁稳态导热温度分布3211111Abt2222Abt333222111321AbAbAbttt和比定理：(2) 多层平壁的稳态热传导多层平壁的稳态热传导 条件条件：多层平壁一维稳态导热(x方向)。15RtLrrttrrttL2/lnln212211221LrrR2)/ln(12(3) 圆筒壁圆筒壁单层圆筒壁单层圆筒壁drdtrLdrdtA)2(t2t1r2r1drdtLmAbtt21热流量：mAbLrrR2)/ln(12其中，RtLrrtt2/ln12211212lnAAAAAm16 多层圆筒壁多层圆筒壁33322211141m

8、mmAbAbAbtt12121lnAAAAAm其中，其中，23232lnAAAAAm34343lnAAAAAm334223112412)/ln(2)/ln(2)/ln(LrrLrrLrrttiiRtr1t3t2r4r3r2t1t4321321:RRRttt17热热流流体体冷冷流流体体thtcth,wtc,w4.3 对流传热对流传热（1）概述）概述流体质点碰撞、混合，传递热量包括对流传热和热传导对流传热与流动状况密切相关对流传热与流动状况密切相关湍动程度越高，传热速率越大。（2）分类）分类 自然对流：自然对流：温差引起密度差，使流体流动。 强制对流强制对流：流体靠外加动力流动，形成对流。184.

9、3.1 热边界层的概念热边界层的概念 （1）热边界层）热边界层 近壁处，流体温度显著变化的区域。 (t-tW)/ (t-t)=0.99tttt-tt-ttWu0tyt19（2）热边界层的厚度）热边界层的厚度)(99. 0ttttww（3）热边界层的特点）热边界层的特点 层内（近壁处）：层内（近壁处）：集中全部的温差和热阻 0dydt层外（流体主体）：层外（流体主体）：等温区，无温差和热阻 0dydt（4）热边界层发展过程）热边界层发展过程dt21max,圆管内20流动边界层对热边界层的影响：流动边界层对热边界层的影响：湍流区：湍流区：质点相互混合交换热量， 温差小。层流内层：层流内层：导热为主

10、，热阻大、温差大。 说明：流动边界层对传热边界层影响显著，说明：流动边界层对传热边界层影响显著， 改善流动状况，特别是减薄层流内层厚度，改善流动状况，特别是减薄层流内层厚度， 可使传热速率大大提高。可使传热速率大大提高。214.3.2 对流传热速率方程和表面传热系数对流传热速率方程和表面传热系数thAhAt1KmWh2/：表面传热系数，：流体与壁温之差t热流体冷流体thtcth,wtc,wth1th2tc1tc2（1）牛顿冷却定律）牛顿冷却定律22热流体：热流体： 冷流体冷流体： )(,whhhhttAh)(,cwcccttAhAhttccwc1, h h是计算关键，一般由实验测定。是计算关键

11、，一般由实验测定。Ahtthwhh1,（2）对流传热过程的简化模型）对流传热过程的简化模型 真实模型真实模型 流体主体过渡层 层流内层 对流 对流,导热 导热 23ThmTcmL1ThwL212TCW 简化模型简化模型 有效膜（虚拟膜）：有效膜（虚拟膜）：集中全部温差，以热传导方式传热。hAtAttwhh1)/(11,hRte，则则，一一定定时时，对流传热问题 导热问题24,h，层层流流内内层层厚厚度度减减薄薄，湍湍动动程程度度4.4 表面传热系数的经验关联表面传热系数的经验关联4.4.1 影响表面传热系数的因素影响表面传热系数的因素 （2）流体流动原因）流体流动原因 强制对流强制对流：外部机

12、械作功， 一般流速较大， h也较大。 自然对流自然对流：由流体密度差造成的循环过程, 一般流速较小，h也较小。（1）流体流动状态）流体流动状态25, h：,hRe：./3CmkJCCPP，单位体积流体的热容量：hCP，hRe，：（3）流体的物理性质）流体的物理性质 定性温度：计算表面传热系数的特征温度定性温度：计算表面传热系数的特征温度)(2121tttm26（4）传热面的形状、位置和大小）传热面的形状、位置和大小 壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等，壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等， 造成边界层分离，增加湍动，使造成边界层分离，增加湍动，使h增大。增大。27（5）相变化的影响）相变化的

13、影响 有相变传热有相变传热：蒸汽冷凝、液体沸腾， 无相变传热：无相变传热：强制对流、自然对流， 一般地，有相变时表面传热系数较大。 例例：水 强制对流， 蒸汽冷凝，KmWh2/10000250：KmWh2/150005000：28（a）确定相关因素）确定相关因素（b）构造函数形式）构造函数形式hfpedcbatgclKuh)(),(pCtglufh（c）列出量纲指数的线性方程组（）列出量纲指数的线性方程组（M、L、T、 ）4.4.2 无相变化时对流传热过程的量纲分析无相变化时对流传热过程的量纲分析 （1）量纲分析过程）量纲分析过程M：1=c+d+e+i ：-1=-d-f T：-3=-a-c-3

14、d-2f-2i L：0=a+b-c+d-3e+2f-2i 29（d）规定已知量（指数），）规定已知量（指数）， 确定余下指数表达式确定余下指数表达式)(rreuGPRfN，ifPatglcluKhl)()()(223（e）整理特征数方程形式）整理特征数方程形式指定其中指定其中a、f、i为为 已知数，则：已知数，则：b=a+3i-1；c=f-a-2i ；d=1-f；e=a+i30努赛尔数努赛尔数hlNultdydty0)(平均温度梯度壁面处温度梯度无量纲温度梯度说明：说明： 反映对流传热的强弱，包含表面传热系数；反映对流传热的强弱，包含表面传热系数；粘滞力惯性力duuduRe2 说明：说明： 反

15、映流动状态对反映流动状态对 h h 的影响。的影响。thdydtqy0)(（2）特征数的物理意义）特征数的物理意义雷诺数雷诺数31 普朗特数普朗特数pPrCCP/热扩散系数导温系数动量扩散系数运动粘度)()(av说明：说明： 反映流体物性对传热的影响反映流体物性对传热的影响 反映动量扩散和热扩散的相对大小反映动量扩散和热扩散的相对大小32说明：说明： 反映自然对流的强弱程度。反映自然对流的强弱程度。 格拉晓夫数格拉晓夫数（浮升力特征数）浮升力特征数）223tlgGr化化：单单位位体体积积流流体体浮浮力力变变tg 22Re)(bbluC/ 1：体体积积膨膨胀胀系系数数，数数：表表示示自自然然对对

16、流流的的雷雷诺诺bRe334.4.3 无相变化的对流传热无相变化的对流传热（1）管内强制对流传热）管内强制对流传热nrmeuPCRN 流体在圆形直管内湍流时的表面传热系数流体在圆形直管内湍流时的表面传热系数nreuPRN8 . 0023. 0npiicuddh8 . 0023. 0或：a) 一般流体一般流体34流体被加热，流体被加热，n= 0.4流体被冷却，流体被冷却，n= 0.310000eR1606 . 0rP50/dlPa3102定性温度：定性温度：tm=(t1+t2)/2 特征尺寸：管内径特征尺寸：管内径dinrP适用条件：适用条件：说明说明：35b)粘度较大流体粘度较大流体14. 0

17、33. 08 . 0)/(027. 0wreuPRN近似取：近似取：05. 1)(14. 0w流体被加热：95. 0)(14. 0w流体被冷却：适用条件：适用条件： 10000eR1677 . 0rP60/ dl(2水) 36c)流体流过短管流体流过短管（l/d3C=1.30.1710.2280.2900.2900.1710.1570.1570.15745700005000eR52 . 1/1dx52 . 1/2dx适用范围：适用范围：iiiAAhh/3/16 . 033. 0reuPRN大大致致估估算算：特征尺寸：管外径特征尺寸：管外径整个管束平均：整个管束平均：46 c) 流体在列管换热器

18、管壳间的传热流体在列管换热器管壳间的传热装有圆缺折流板的列管换热器 圆缺折流板管板47折流挡板折流挡板 ： 壳程流体的流动方向不断改变，壳程流体的流动方向不断改变， 较小较小Re（Re=100），即可达到湍流。），即可达到湍流。 缺点：流动阻力缺点：流动阻力，壳程压降，壳程压降作用：作用： 提高湍动程度，提高湍动程度，h h，强化传热；强化传热； 加固、支撑壳体。加固、支撑壳体。481010210310410102114. 031W管壳式换热器表面传热系数计算曲线ReRePr有折流挡板时壳程流体有折流挡板时壳程流体表面传热系数：表面传热系数：4914. 03/155. 0)/(36. 0wre

19、uPRN6102000eR适用条件：2/ )(21tttm定性温度：特征尺寸：流道的当量直径。特征尺寸：流道的当量直径。也可采用也可采用关联关联式：式：50流速的确定：按最大流通截面流速的确定：按最大流通截面 (最小流速最小流速) 计算。计算。 12SS 一般地，)1 (0tdBDSDS1S2B 说明：说明： 无折流板时，流体平行流过管束，无折流板时，流体平行流过管束， 按管内公式计算，特征尺寸为当量直径。按管内公式计算，特征尺寸为当量直径。51(1) 蒸汽冷凝方式蒸汽冷凝方式 膜状冷凝膜状冷凝 凝液呈液膜状（附着力大于表面张力） 热量：蒸汽相液膜表面固体壁面。 滴状冷凝滴状冷凝 凝液结为小液

20、滴（附着力小于表面张力） 有裸露壁面，直接传递相变热。比较两种冷凝方式的表面传热系数比较两种冷凝方式的表面传热系数 h滴状冷凝滴状冷凝h h膜状冷凝膜状冷凝，相差几倍到几十倍， 但工业操作工业操作上，多为膜状冷凝。膜状冷凝滴状冷凝4.4.4 有相变化的对流传热有相变化的对流传热52(2) 膜状冷凝传热膜系数的经验关联膜状冷凝传热膜系数的经验关联 垂直管外或壁面上的冷凝垂直管外或壁面上的冷凝 （a）液膜层流）液膜层流 1800eR4132)(13. 1tLgrh3188. 1eRh实测：（b）液膜湍流）液膜湍流 4 . 0232)4()(0077. 031rtLhgh注意：壁温未知时，计算应采用

21、试差法。注意：壁温未知时，计算应采用试差法。neCRh 2000eR53 水平圆管外膜状冷凝 水平管冷凝表面传热系数水平管冷凝表面传热系数 （a）水平单管外冷凝）水平单管外冷凝 理论计算：按倾斜壁对方位角做积分（理论计算：按倾斜壁对方位角做积分（0-1800）。）。41032)(725.0tdgrh或：3151. 1eRh)44Re(Mbqm其中， 层流时层流时， 54水平管外膜状冷凝水平管外膜状冷凝55 （b）水平管束外冷凝）水平管束外冷凝水平管束的排列通常有直排和错排两种水平管束的排列通常有直排和错排两种 ：12342123第一排管子：冷凝情况与单根水平管相同。第一排管子：冷凝情况与单根水

22、平管相同。其他各排管子：冷凝情况必受到其上排管流下冷凝液的其他各排管子：冷凝情况必受到其上排管流下冷凝液的 影响，表面传热系数依次下降。影响，表面传热系数依次下降。 56管排数不同时管排数不同时: 采用平均管排数：采用平均管排数：475. 0375. 0275. 01321).(nnnnnnnzav475. 0)(iinn4103/232)(725. 0tdngrh实验值：57(4) 影响冷凝传热的因素影响冷凝传热的因素 冷凝液膜两侧的温度差：冷凝液膜两侧的温度差： 流体物性的影响：流体物性的影响： 不凝性气体的影响不凝性气体的影响：形成气膜，表面传热系数大幅度下降。 蒸气过热的影响蒸气过热的

23、影响：过热蒸汽，若壁温高于饱和温度，传热过程与无相变对流传热相同；若壁温低于饱和温度，按饱和蒸汽冷凝处理。 蒸气流速的影响蒸气流速的影响：流速不大时，影响可忽略； 流速较大时，且与液膜同向，h增大； 流速较大时，且与液膜反向，h减小。httttwshr均影响、58 沸腾分类：沸腾分类： 按设备尺寸和形状不同按设备尺寸和形状不同 池内沸腾（大容积饱和沸腾）；池内沸腾（大容积饱和沸腾）； 强制对流沸腾（有复杂的两相流）。强制对流沸腾（有复杂的两相流）。 按液体主体温度不同按液体主体温度不同 过冷沸腾：过冷沸腾：液体主体温度液体主体温度t ts， 气泡进入液体主体后冷凝气泡进入液体主体后冷凝。 饱和

24、沸腾：饱和沸腾：tts， 气泡进入液体主体后不会冷凝气泡进入液体主体后不会冷凝。（5）液体沸腾传热）液体沸腾传热59 必须有汽化核心必须有汽化核心b） 汽泡产生的条件汽泡产生的条件 液体必须过热液体必须过热 提供必须的汽化热量提供必须的汽化热量 汽化核心：体积很小的孔穴或汽化核心：体积很小的孔穴或 固体颗粒，气泡能固体颗粒，气泡能 附着在其周围生长。附着在其周围生长。60气泡的产生过程610.11.010102103hABCDEF自然对流核状沸腾膜状沸腾稳定区不稳定膜状沸腾温度差和表面传热系数关系t = (tw-ts)/实验条件实验条件: 大容积、饱和沸腾。大容积、饱和沸腾。 2) 大容积饱和

25、沸腾曲线大容积饱和沸腾曲线 曲线获得曲线获得：作图实验，并以ht ，即过热度）（swttt62AB段段 ：无相变自然对流，无汽泡产生，h 缓慢增加 BC段段 ：核状沸腾核状沸腾 一方面， 另一方面，汽膜覆盖，又使h h； 当两者作用相抵消，出现转折点临界点临界点（C点）。 临界值临界值：t、q、Q CD段段 ：核状、膜状共存，膜覆盖为主，t，h； DEF段段：稳定膜状沸腾，全部膜覆盖， t，h； 而后辐射作用加强， t，h。；，使，汽泡数随ht沸腾曲线意义沸腾曲线意义:说明说明：工业上，应严格控制在核状沸腾区内操作。63 3) 影响的因素影响的因素 h,物性： h,P压力： 加热壁面的影响：加

26、热壁面的影响： 粗糙壁面, h，光滑的壁面, h； 被油脂污染的壁面, h，清洁表面, h； 水平管束沸腾传热，上排管 h 。 响不同温度差：不同阶段，影644 ) 沸腾传热膜系数沸腾传热膜系数 参看有关手册，管外沸腾传热更为常用。参看有关手册，管外沸腾传热更为常用。 （a）水在）水在105 410105 5Pa 压力下的核状沸腾压力下的核状沸腾5 . 033. 2123. 0pth（b）不同液体在不同清洁面上的核状沸腾）不同液体在不同清洁面上的核状沸腾3/1)(vlwlnrpgrqcrPtcn、cwl常数常数65 计算基础：计算基础：热量衡算方程和传热速率方程热量衡算方程和传热速率方程 。

27、4.6.1 热流量衡算方程热流量衡算方程 冷流体吸收热量冷流体吸收热量 = 热流体放出热量热流体放出热量4.6 传热过程的计算传热过程的计算计算类型计算类型 ：设计型计算：已知设计型计算：已知th1，th2，tc1 ，qmc，qmh，K 求 传热面积A；操作型计算：操作型计算： 已知th1 ，tc1，qmc，qmh，K，A 求th2 、tc2、。tc2 th1tc1th266)()(12,21,cccpcmhhhphmttcqttcq即：)(21,hhhphmhttcq热流体放热量：)(12,cccpcmcttcq冷流体吸热量： (2) 有相变传热有相变传热cchhrDrD两侧均有相变：cch

28、hhphmrDttcq)(2 ,1 ,一侧沸腾：hhcccpcmrDttcq)(1 ,2 ,一侧冷凝：(1) 无相变传热无相变传热67管内壁热量：热流体对流传热管外壁热传导 冷流体对流传热4.6.2 总传热速率方程总传热速率方程 间壁传热过程：间壁传热过程：各部分传热速率方程：各部分传热速率方程：管内侧流体： 管壁导热： 管外侧流体：)(,whhiiittAhbttAwcwhmm/ )(,)(,000cwcttAh热流体冷流体thtcth,wtc,w68热流体冷流体thtcth,wtc,w对稳态传热对稳态传热:omimwcwhiiwhhAbttAhtt,100,1Ahttcwc0011AhAb

29、Ahttmiich因此，Rt00111AhAbAhKARmii令：)(chttKA总传热速率方程：69 式中，K 总传热系数，W/m2K。 注意注意： K 与 A 对应，选Ai、Am 或 A0 000011111AhAbAhAKAKAKmiimmii）代替（用平均传热温差chmtttmtKA总传热速率方程：)()(12,21,cccpcmhhhphmmttcqttcqtKA无相变，DrttcqtKAhhhphmm)(21,有相变，故稳态传热时，故稳态传热时，704.6.3 传热系数和传热面积传热系数和传热面积mtKAKAtm1K 传热系数传热系数，表示换热设备性能的重要参数。表示换热设备性能的

30、重要参数。(1) K的计算的计算 在实际生产中以外表面积A0作为传热面积。K的来源：的来源： 实验测定； 取生产实际的经验数据； 计算求得。71000000111AhARAbARAhAKdmidiii000001111hRAAbAARAAhKKKKdomiodiii表示，则有：用将0000111AhAbAhAKmii实际计算热阻应包括壁两侧污垢热阻：72(2) 污垢热阻污垢热阻 Rdi和和 Rdo污垢热阻影响：污垢热阻影响：使h，热流量。 污垢热阻取值：污垢热阻取值： 经验数据。 (3) 壁温计算壁温计算 忽略污垢热阻，稳态传热时： mwcwhiiwhhAbttAhtt,100,1Ahttcw

31、c结论：壁温接近表面传热系数大的一侧流体温度。结论：壁温接近表面传热系数大的一侧流体温度。iihwhAhtt,mwhwcAbtt,oocAhttwc,734.6.4 平均温度差平均温度差 (1) 恒温传热恒温传热 两侧流体温度恒定：恒定chmttt(2) 变温传热变温传热 一侧有温度变化thtc74 沿管长某截面取微元传热面积沿管长某截面取微元传热面积dA，tdAKd 两侧流体均有温度变化ccpcmhhphmdtcqdtcqd,传热速率方程传热速率方程：热量衡算方程热量衡算方程：tc1tc2th1th2tc1tc2th1th275 当qmhcph、 qmccpc=常数时， -th、 -tc为线

32、性关系， 所以， -(th- tc)也为线性关系。21)(ttdtd21)(tttdAKtdAttdAttttdK02112)(1hphmhcqdtd,cpcmccqdtd,ccpcmhhphmdtcqdtcqd,mtKAttttKA2121lnth1tc2th2 传热量dthdtcdAdtc1t=th-tc 平均传热温度差的推导 t2 t1762121lntttttm对数平均温度差：说明：说明： 并流：并流： 逆流：逆流：1 ,2 ,1chttt2,1 ,2chttt1 ,1 ,1chttt2,2,2chttt)(212/2121tttttm时，可近似取进、出口条件相同时， 并逆,mmtt工

33、业上，一般采用逆流操作（节省加热面积）。工业上，一般采用逆流操作（节省加热面积）。逆流并流77 一侧流体温度有变化，另一侧恒温时,并逆,mmtt错流、折流时平均温差 图算法图算法逆,mtmtt),(PRft温差校正系数：冷流体温升热流体温降1221cchhttttR两流体最初温差冷流体温升1112chccttttP11212 一侧流体变温时的温差变化78c）当t值小于0.8时，则传热效率低， 经济上不合理， 操作不稳定。 a）校正系数t可根据R和P两参数从相应的图中查得。 b）温差校正系数t恒小于1。 原因原因: 换热器内出现温度交叉或温度逼近现象。 避免措施避免措施: 采用多个换热器串联或采

34、用多壳程结构 说明：说明：794.6.5 传热效率和传热单元数法传热效率和传热单元数法 设计型计算无须试差法,操作型计算需用试差法。设计型计算设计型计算mcccpcmhhhphmtKAttcqttcq)()(12,21,;,12,1,cccpcmhhphmttcqtcq已知条件：AKttmh假定借助于假定的传热系数由此可求得得可用热流量衡算方程求,2总之，对于设计型计算冷、热流股的温度都已知，或者可以通过热流量衡算达到已知，无须试差。80 操作型计算操作型计算 已有一台面积为A的换热器，若用其加热某流体，未知和、但，、已知2211chchttttmmhcmtKAtttt22,假定显然必须试差，

35、即无法计算因此81逆流：逆流：)()(1221ccpcmchhphhmttcqttcqtc1th2 tc1th2th2th1tc1tc2传热温度传热th1 tc2温度温度传热逆 流 传 热 效 果 示 意 图(1) (1) 传热效率和传热单元数传热效率和传热单元数 传热效率传热效率 h)(11maxchphhmttcq)(11maxchpccmttcq或或82.,)()()()(2112111min,21min,maxhhchhhchhPhmhhhPhmhtttttttcqttcq则可求得已知若并流：并流：tc1th2 tc2th1th2th1tc2tc1传热温度温度传热 并流传热效果示意图8

36、3传热单元数传热单元数NTU (The Number of Transfer Units )dAttKdtcqdtcqdchccpcmhhphm),（hphmchhcqKdAttdt,对于热流体，则有AhphmttchhhcqKdAttdtNTUhh0,12hphmmhhhcqKAtttNTU,21温度传热面积tc1th2th1tc2dthdtcdA传热单元数物理意义：传热单元数物理意义：单位传热推动力引起的温度变化；84 传热效率和传热单元数的关系传热效率和传热单元数的关系 dcqcqttdcqddtcqddtcpcmhphmchcpcmchphmh,11)(min,min,)()(1)(h

37、phmcpcmhphmchcqdcqcqttd对较小，将上式写成设热流体热容量流率相85dAttKdch)(又因hhhhhhRNTURRNTU1exp11exp1cpcmhphmhcqcqR,min,)(令ccccccRNUTRRNUT1exp11exp1同理可得：86 应用应用已知R和NTU，可求得， 进而求th2 和tc2 ， 可避免试差计算。87为便于工程计算，将、NTU、R之间关系绘制成曲线1.00.64.03.00.02.05.01.00.40.20.00.8NTU 单程逆流换热器中与NTU和R间的关系R=00.250.50.751.0th1tc2th2tc1K=常数88iiiiRR

38、NTU11exp1）（单程并流换热器：1.00.64.03.00.02.05.01.00.40.20.00.8NTU图4.6.11单程并流换热器中与NTU和R间的关系R=00.50.751.0th1tc2th2tc1K=常数0.25894.7 换热器的传热强化途径换热器的传热强化途径mtKA强化方法：强化方法：提高K、A或tm 目的：目的：传热面积 ，使设备费用降低。（1）提高）提高K值值000000111hRddbddRddhKdmidiii降低污垢热阻；提高表面传热系数 * 若hi100 湍流),h0，强化传热。 冲刷沉积物，减小污垢热阻； 对壳体起支撑作用。代价：代价：壳体阻力，系统动力

39、消耗。108 弓形弓形圆盘形圆盘形109管板折流板单壳程水平圆缺形折流板管壳式换热器结构示意图110单壳程水平圆缺形折流板管壳式换热器流体在壳内的流动单壳程水平圆缺形折流板管壳式换热器流体在壳内的流动111112113单壳程圆盘形折流板管壳式换热器结构示意图管板折流板114单壳程圆盘形折流板管壳式换热器流体在壳内的流动单壳程圆盘形折流板管壳式换热器流体在壳内的流动115 分类及特点分类及特点 原因：原因：管、壳温度不同，产生热应力，结果：结果：t50时，管弯曲、断裂或管板变形固定管板式固定管板式 安装膨胀节；浮头式浮头式 本身具有补偿能力；U形管式形管式 本身具有补偿能力。分类：分类：根据所采

40、取的温差补偿措施，列管式换热器可分为：为此，采用各种补偿办法，消除或减小热应力。116a）固定管板式换热器）固定管板式换热器特点：特点： * 结构简单，成本低； * 可能产生较大的热应力； * 壳程不易机械清洗；适用：适用： * 壳程流体不易结垢或容易化学清洗； * 壳体与传热管壁温度之差小于50C，否则加膨胀节。单管程固定管板换热器117带膨胀节的固定管板换热器118 b）浮头式换热器）浮头式换热器 结构结构:119浮头式换热器特点：特点：消除了温差应力、便于清洗和检修； 结构复杂、成本高；适用：适用：应用广泛。 120c）U形管式换热器形管式换热器特点：特点：具有温度补偿作用； 管程不易清

41、清洗。适用：适用：可用于高温高压，适用于管程为洁净而不易结垢的流体。结构结构:121U型管换热器内的流体流动1224.8.2 列管式换热器的设计和选用列管式换热器的设计和选用 要求：要求：根据生产任务设计或选择合适的换热器 ( (计算传热面积，确定管、壳程数，管规格，管排布等） （1）列管式换热器设计和选用应考虑的问题）列管式换热器设计和选用应考虑的问题 (a)选择流程选择流程 一般原则：不洁净或易结垢的液体 腐蚀性流体 压力高的流体 管程管程饱和蒸汽流量小而粘度大的流体表面传热系数大的流体需要冷却的流体壳程壳程123(b) 流速的选择流速的选择 流速影响表面传热系数和污垢的大小。 流速 流体中颗粒沉积，甚至堵塞管路； 流速 流体阻力增大。 (c) 流动方式的选择流动方式的选择 对于同样的进、出口条件，传热量相同， A逆A并； 管程 或壳程，表面传热系数，但同时流动阻力， tm ，应权衡确定。 (d) 换热管规格和排列的选择 换热管规格：等，5 . 2382252195 . 225管子