《传热学》课件-第十一章 传热

第十一章传热11.1基本概念概要11.2通过平壁、圆筒壁的传热11.3传热的增强与消弱本章小结本章基本要求1．掌握复合换热及传热过程的概念，理解复合换热系数在不同情况下的简化处理。2．掌握传热方程式及传热系数的物理意义，理解传热系数和传热热阻的关系。3．熟练掌握通过平壁和圆筒壁的传热计算及热阻表达式，会画传热过程热路图。4．掌握强化及削弱传热的基本原则，了解其基本途径及一般措施。5．了解保温经济厚度的概念。6．能够对电厂中的一些换热设备进行传热分析。11-1基本概念一、复合换热概念:同一表面上同时存在着对流换热和辐射换热的综合热传递现象.电厂中热力设备和管道的散热大都是复合散热。对流换热辐射换热平壁tftwq对q辐复合换热示意图特例：1）锅炉炉膛中高温烟所对水冷壁的换热时？？

2）凝汽器内蒸汽与管壁的换热时？？传热过程传热过程：指高温（热）流体通过固体壁面将热量传给低温（冷）流体的过程。电厂中，大多数换热设备都是表面式换热器，其换热就是传热过程；如过热器的传热，水冷壁的传热；冷油器中的换热，凝汽器中的换热等。特点：传热过程有时存在三种基本传热方式；一个传热过程至少由三个环节组成；传热过程中，放热和吸热同时进行。过热器传热过程蒸汽烟气烟气导热对流辐射对流烟气蒸汽管壁烟气管外壁管内壁蒸汽对流导热对流辐射123蒸汽电厂中换热设备传热过程图省煤器传热过程:烟气→管子外壁→管子内壁→水水冷壁传热过程:烟气→管子外壁→管子内壁→水凝汽器传热过程：蒸汽→管子外壁→管子内壁→水

对流对流导热冷油器传热过程:油→管子外壁→管子内壁→水导热对流对流辐射电厂中换热设备传热过程锅炉炉墙的散热过程其热路图为：烟气→墙内壁→保温1外→保温2外→墙外壁→空气辐射对流导热导热导热烟气空气tf2qtf11/α11/α2δ1/λ1δ2/λ2δ3/λ3电厂中换热设备传热过程包有保温材料的蒸汽管道的散热过程蒸汽→管内壁→管外壁(保温层内层)→

保温外层→空气对流对流导热导热其热路图为：q蒸汽空气????传热方程式式中:Φ---为传热量；A----为传热面积；∆t---为热流体与冷流体间的平均温差；

K----为传热系数，W/(oC)。传热系数和传热热阻传热系数：在数值上，传热系数K等于冷、热流体间温差为1oC、传热面积为1m2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。传热过程越强，传热系数越大，反之则越弱。传热热阻：整个面积的传热热阻：单位传热面积热阻：不同的传热过程，其传热系数和传热热阻的具体表达式不同导热和对流换热热阻热流量与热流密度热阻热阻单位导热对流换热传热系数的大致数值范围冷流体热流体总传热系数KW/(m2·℃)水水1000～

2500水气体10～

100气气10～

30水轻油340～

910水重油60～

280有机溶剂有机溶剂115?40水水蒸气冷凝2000～

6000气体水蒸气冷凝30～

300水低沸点烃类冷凝455～

1140水沸腾水蒸气冷凝2000～

4250轻油沸腾水蒸气冷凝455～

102011-2平壁和圆筒壁的传热一、通过平壁的传热1、单层平壁的传热传热过程的三个环节1）左流体—左壁面；

2）左壁面—右壁面；3）右壁面—右流体；对流、辐射对流、辐射导热传热量及总热阻计算单位面积传热总热阻：热流密度：整个面积传热总热阻：传热量：传热系数由串联热阻叠加原理得传热过程总热阻有壁温计算其计算与多层平壁导热时界面温度的计算方法相同：多层平壁的传热多层平壁传热的热路图qtf1tf21/α11/α2δ1/λ1δ2/λ2如电厂中，锅炉炉墙散热，汽轮机汽缸壁散热属多层平壁传热问题。通过圆筒壁的传热

电厂中，大都数换热设备采用管式换热器，传热通过管壁来实现的。图1）管内流体—内壁；

2）内壁—外壁；3）右壁面—右流体；对流对流、辐射导热单层圆筒壁传热的特点和计算由串联热阻叠加原理得单层圆筒壁传热过程的总热阻圆筒壁传热的简化计算当管壁较薄（d2/d1≤2)或计算要求不高时，常将圆筒壁简化为平壁来计算。K----按平壁计算的传热系数；Am---按计算直径计算的传热面积；dm----计算直径，当α1≈α2时，取dm=1/2(d2+d1)

当α1《α2时，取dm=d1多层圆筒壁传热

以双层为例：双层传热热阻：n层传热热阻：传热的增强与削弱一、增强传热（一）提高传热系数（即减小传热热阻）1、减小导热热阻采用导热性能好的薄金属壁；减小各种污垢（水垢、油垢、灰垢等）热阻。如：定期急时清洗换热管壁面，冲灰，担高水质等。2、减小对流换热热阻增大流速；但要考虑流速增加带来的其它问题。增加扰动（采用内螺纹管、波纹管、增装扰流子，超声波、机械振动等），但要防腐、防堵；相变换热时急时排出不凝结气体和疏水。3、减小辐射换热热阻增加系统黑度、增加相互间角系数、提高辐射源温度等。扩展传热表面积通常在热阻大(换热系数小)（气体侧）的一侧加装肋片.直肋环肋膜式水冷壁板翅式内肋针状肋扩展传热表面积火电厂中很多设备就是用加肋片的方法强化传热。如锅炉中的膜式水冷壁和肋片式省煤器就是在管外加肋。肋片式省煤器与光管省煤器相比，可节省材料30%，节省省煤器高度尺寸约30%，总金属消耗量可节省10%，而且改变了管外烟气流动状况，减小了磨损。换热面表面加肋除能增强传外，还能有效地调节壁温，在传传低温侧加肋，既能增加传热，又能降低壁温，增加受热面工作的安全性。通过肋片传热分析加肋侧的面积A2＝肋片表面积A2’＋两肋片之间壁的表面积A2”Φtf1tf21/（A1α1）δ1/（A1λ1）δ2/（A2λ2）

不加肋时,A1=A2可见,由于加肋,A2>A1,使传热热阻减小了,传热增强了.加大传热温差提高热源温度,但受工作条件限制；降低冷源温度，但受环境限制；通过合理布置流体的流动方式(常采用逆流)来实现加大温差。削弱传热1、保温隔热的目的（1）减小热损失；（2）保证流体温度，保证工业要求；（3）保证设备正常运行；（4）减小环境污染；（5）保证工作人员安全2、对保温材料的要求（1）热导率小；（2）温度稳定性好；（3）有一定机械强度；（4）吸水吸湿性好。3、最佳厚度的确定传热实例分析1、锅炉水冷壁传热分析传热特点：烟气与灰垢层外表面的复合换热热阻较大（主要热阻），而管壁导热热阻及管内沸腾换热热很小。火焰温度高，而管壁温度不高，它只比管内水温高10～200C.传热实例分析2、汽缸壁传热分析主要热阻在保温层；缸壁本身导热热阻和缸内壁与蒸汽的换热热阻很小，温差小，不必担心热变形。但保温层损坏或脱落时，会产生热变形和热损失。传热实例分析3、省煤器传热分析最大热阻在管外的灰垢层导热热阻省煤器传热实例分析4、凝汽器传热分析凝汽器传热总热阻增强凝汽器传热的措施：减小铜管内侧冷却水对流换热热阻1/α1；如提高流速等。减小污垢热阻Rf；如定期清洗等。减小铜管外侧蒸汽凝结换热热阻；如合理布置管束；加强密封，减小漏气；装置凝结水挡板，使凝结水直接进入热水井；采用高