化工原理第四章传热ppt课件

1、.,第四章,传 热,(heattransfer),任课教师：万惠萍,.,第一节 概述,1、物料的加热与冷却：,2、热量与冷量的回收利用：,3、设备与管道的保温：,一、传热过程的应用,使物料达到指定的温度,以节约能源，降低生产成本,以减少热量、冷量损失,.,1、热传导（Conduction）（导热）,原因：微观粒子的热运动,二、热量传递的基本方式,特点：无宏观位移,是固体内部热量传递的主要形式,根据传热机理的不同，分为三种：,.,2、对流传热（Convection）,原因：流体质点相对位移,特点：流体流动（自然、强制）,.,3. 辐射传热（Radiation）,原因：因热产生电磁波辐射,特点：不

2、需要媒介，可在真空中传递；,有能量形式变化,.,三、两流体通过间壁换热,1、间壁式换热器,2、两流体通过间壁的传热过程,（1）热流体以对流方式将热量传递到间壁的一侧壁面,（2）热量从间壁的一侧壁面以导热方式传递到另一侧壁面,（3）最后以对流方式将热量从壁面传给冷流体,.,（J/m2s）或（W /m2）,四、传热过程,（1）热流量Q：,单位时间内通过整个换热器的传热面所传递的热量,(J/s)或W,（2）热流密度（或热通量）q：,单位时间、通过单位传热面传递的热量,二者之间的关系：,（一）传热速率,注意：对传热速率的要求是相对的，需要加热、冷却时，要强化传热；要求保温时，要降低传热速率。,可用两种

3、方式表示：,.,（二）稳态传热与非稳态传热,稳态过程：,传热过程中，参数T1、T2、t1、t2、qm1、qm2等不随时间变化，但可以是位置的函数。,非稳态过程：,传热过程中，各参数是时间的函数时，为非稳态过程。,连续生产中的传热过程多为稳态传热,开车、停车以及改变操作条件时，为非稳态传热,.,一维稳定温度场内的等温面是平行或同心的圆筒面。,定态时：,（一）温度场和温度梯度,温度场：,物体内各点温度在时空中的分布。,一维稳定温度场：,等温面：,温度相同的点所组成的面。,等温面彼此不会相交。,第二节 热传导,一、傅立叶定律,.,温度梯度:,一维时：,梯度方向以温度增加方向为正，且垂直于等温面。,梯

4、度方向正好与传热方向相反。,.,（二）傅立叶定律,还可写成：,（4-2）,是热传导的基本定律,.,式中负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反,傅立叶定律与牛顿粘性定律类似。,（此处的类似是指非同类过程之间的相似性）,即热量从高温传至低温,傅立叶定律指出：,热流密度正比于传热面的法向温度梯度。,.,二、热导率,表征物质的导热能力， 越大，导热性能越好。,影响因素：,物质种类、环境温度等,物质的物理性质之一,（1） 固体导热系数,的数量级（W/m）：,金属：10102,建材：10-110,绝热材料：10-210-1,固体与温度的关系：,（W/m）,00时材料的导热系数 a温度系数（金属为，非金属

5、为+）,.,（3）气体导热系数,金属 合金 非金属,（2）液体导热系数,水、氯化钙、甘油、乙二醇：T ,其他液体：T ,液态金属 水 其他液体,气体导热系数很小。T ,总之：,固态金属 固态非金属 液体 绝热材料 气体,液体的较小，但比固体绝热材料大,.,在非金属液体中，水的热导率最大,.,三、平壁的稳态热传导,前提：,（4）材料密度均匀，导热系数为常数；,（2）平壁两侧温度均匀、恒定，且t1t2：,（3）壁内传热系定态一维热传导；,（1）平壁无限大，平壁长宽远大于厚度，边缘热量损失忽略。,傅立叶定律可写成：,=常数,（一）单层平壁的稳态热传导,.,对傅立叶定律式积分：,（4-5）,.,（4-

6、5a）,整理得：,（4-5）式还可写成：,（4-6）,.,(4-7),三层平壁如图，设层间接触良好,一维稳定导热必有：,Q1= Q2= Q3= Q,即：,（二）多层平壁的稳态热传导,依叠加原理：,.,n层时：,此式说明：某层热阻大，需要的温差也大，即以较大的温差克服较大的阻力，才能达到与其他层传热速率相同。,.,四、圆筒壁的稳态热传导,特点：传热面积、温度沿半径变化,设圆筒壁为无限长，目的也是按一维导热处理,（一) 单层圆筒壁的稳态热传导,（1）材料密度均匀，导热系数为常数； （2）圆筒壁内外两侧温度均匀、恒定； （3）内部温度仅沿半径方向（垂直于壁面）变化；,q沿r方向各截面传热量不等；,总

7、传热量Q沿r方向各处相等；,.,依傅立叶定律：,即,（4-9）,.,式(4-9)还可整理得：,（类似于平壁导热）,其中：,对数平均半径：,（4-11）,对数平均直径：,.,当 时，可用算术平均直径：,也可用对数平均面积：,圆筒壁热阻,由式,得,.,仿多层平壁的处理方法，热阻代入圆筒的热阻。,（二）多层圆筒壁的稳态热传导,三层圆筒壁如图，设层间接触良好,一维稳定导热：,注意： q1q2q3,原因是：热射线是放射性形式，各层面积不等。,Q1=Q2=Q3=Q,.,（4-12）,.,1根据传热机理的不同，传热过程可分为 、 和 三种方式。,2物质导热系数的顺序是：（ ）。 A 金属一般固体液体气体；

8、B 金属液体一般固体气体； C 金属气体液体一般固体； D 金属液体气体一般固体,A,3不需要任何介质的传热称为（ ）传热。 A 热传导；B 对流；C 辐射；D 热流动。,C,练习题,4. 稳定导热是指 不随时间改变。,系统各点温度,热传导,对流传热,热辐射,.,4、 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知各层厚度b1b2b3，热导率123，在稳定传热过程中，各层的热阻R1 R2 R3； 各层热流量Q1 Q2 Q3； 各层温差t1 t2 t3。, , ,= =,水的大于保温材料的，保温材料的，导致保温效果,5、一包有石棉瓦保温层的蒸汽管道，当石棉瓦受潮后，其保温效果应 ，主要原因是

9、： 。,6、外包绝热材料的金属蒸汽管道，当蒸汽压力增大时，绝热材料的热导率将变 ，而蒸汽管道的热导率将变 ，主要原因是 。,大,小,温度升高,.,主流区温度梯度很小，热阻小； 近壁面处温度梯度大，热阻大。,第三节 对流传热,工业上遇到的对流传热常指流体与固体壁面之间的热量交换，也称对流给热,热流体侧：,冷流体侧：,T,t,TW,tw,.,对流传热的类型,流体无相变的给热：,强制对流给热,自然对流给热,流体有相变的给热：,蒸汽冷凝给热,液体沸腾给热,湍流时，热阻主要集 中在层流内层。,.,如图：a、b两点温差为t,则,a、b两点形成压差,自然对流,b,a,-体积膨胀系数,当t较小时,.,环流速度

10、：,上式说明，只要有温差就有环流。,为了在一定空间内获得较为均匀的加热，加热器应放置在该空间的下部；反之，为了在一定空间内获得较为均匀的冷却，冷却器应放置在该空间的上部。,.,一、 对流传热方程与对流传热系数,目前，对流传热的工程计算仍采用半经验方法处理。,对流传热速率=,= 对流给热系数对流给热推动力,牛顿冷却定律,热流体侧：,冷流体侧：,给热系数；W/m2 TW、tW壁温； T、t流体平均温度； q热通量； W/m2,.,二、给热系数（ ）的影响因素,对流给热系数是对流传热过程研究的核心内容之一。,（1）流动形态和动力,流动形态：,层流传热膜，传热阻力，q,湍流传热膜，传热阻力，q,流动动

11、力：,自然对流湍动，传热膜，q,强制对流湍动，传热膜，q,.,确定这些物性的温度称作定性温度。,一般用流体主体的平均温度作为定性温度：,t1流体进口温度 t2流体出口温度,（2）流体的（物理）性质,对影响较大的有： 、cp、 、。,.,传热表面的形状，排列，放置方式，管径，管长，板高等。其中对传热影响最大的因素称作特征尺寸，,（3）传热表面的几何因素,垂直管或板：L,圆管：d,非圆管：de,（4）流体类型和相变情况,液体，气体，水蒸气；,牛顿型流体，非牛顿型流体；,有无相变化,.,准数关系式为：,三、对流传热的特征数关系式,将影响的众多因素组合为若干个无因次数群，再用实验数据确定他们之间的关系

12、，得到不同条件下计算的经验关联式。,目的：,无因次形式：,（4-17）,.,雷诺准数：,是Re的一种变形，表征自然对流的流动状态。,努塞尔准数：,普朗特准数：,格拉斯霍夫准数：,对流给热比导热增大的倍数,流体的物性参数,各无因次准数的物理意义,惯性力与粘性力之比,.,（4-19）,四、流体无相变时对流传热系数的经验关联式,低粘度流体圆直管内强制湍流给热系数,给热系数：,流体被加热时n=0.4，被冷却时n=0.3,.,Re10000 0.7Pr120 管长与管内径之比即L/ d60 低粘度流体（粘度不大于水粘度的2倍，即 2mPas）,应用条件：,.,例: 管内强制湍流时给热系数的计算 图示为一

13、列管式换热器示意图，由38根25mm2.5mm的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20被加热至80，苯的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。 试求管壁对苯的给热系数。 又问当苯的流量提高一倍，给热系数有何变化？,.,解：,（1）,0.7Pr120,查物性：=860kg/m3；cp=1.80kJ/(kg)； =0.45mPas； =0.14W/(m).,加热管内苯的流速为：,定性温度：,.,以上计算表明本题的流动情况符合式（ 4-19）的应用条件，故,若忽略定性温度的变化，当苯的流量增加一倍时，给热系数为：,（2）,水温50时，=0.45mPas，,2mPas,一般列管换热器L/d60

14、,.,（当管径不变时）,上例说明：,当流量不变时，与直径的关系：,注：,.,练习题,1、 对流给热过程是 和 之间的传热过程。,流体 固体壁面,热传导,热对流,2、对流传热是 与 共同作用的结果。,3、影响对流给热的因素有哪些？,答： （1）流动形态和动力 （2）流体的（物理）性质 （3）传热表面的几何因素 （4）流体类型和相变情况,.,五、流体有相变时的对流传热,有相变化时的对流传热，分为蒸汽冷凝给热和液体沸腾给热，由于伴有相变化，其给热系数远大于无相变过程。,.,（一） 蒸汽冷凝时的对流传热,1、蒸汽冷凝热阻特点,两相共存，气相无热阻，冷凝液将壁面覆盖，冷凝潜热通过液膜才能到达壁面，因此热

15、阻主要在液膜处，冷凝大。,2、冷凝方式,膜状冷凝：,壁面被液膜覆盖，液膜存在温度差，冷凝潜热需穿过液膜传递。传热阻力主要来自液膜。,滴状冷凝：,液膜不能覆盖壁面，给热系数较膜状冷凝大。,.,虽然滴膜，但滴状冷凝难于控制，目前应用的冷凝器仍按膜状冷凝设计。,.,3、影响冷凝给热的因素及强化措施,影响因素：,不凝性气体：,不凝性气体阻碍蒸汽与汽液界面的接触,蒸汽中含1%空气，给热系数下降约60%， 相当于附加一层气膜热阻。,蒸汽流速及流向：,流速较大且与膜同向，,流速较大且与膜逆向，,通常蒸汽入口设在换热器上部，以避免蒸汽和凝液逆向流动。,（若蒸汽吹散液膜， 反而 ）,.,强化措施：,（2）定期排

16、放不凝性气体。,（1）应尽可能减小液膜厚度，在壁面处开沟槽、加金属丝等。,., 大容积沸腾：,加热面浸没于无强制对流的液体中的沸腾。,加热表面浸入液体的自由表面之下,液体于加热面产生气泡，自由上浮,（二） 液体沸腾时的对流传热,液体的流动仅缘于自然对流和气泡的扰动,如水壶烧水,容器内液体温度高于饱和温度时，液体汽化而形成气泡的过程，称为沸腾。,沸腾分类：,., 管内沸腾：,流体受压差作用在管内流动时沸腾。, 饱和沸腾：,离开加热面的气泡不再凝结。, 过冷沸腾：,流体主体温度低于饱和温度，加热面上气泡离开后重新凝结。,流体在管内流动,流速对传热影响显著,气泡与液体一起流动（两相流）,.,汽化核心

17、：,1、沸腾的必要条件,液体过热：,沸腾给热热阻集中在紧贴加热表面的液体薄层内，热阻很低，给热强度高于无相变的液体给热。,粗糙的加热壁面的凹缝易于形成汽化核心。,加热壁面温度最高，可达到液体过热。,.,2、大容积饱和沸腾曲线,液体的大容积饱和沸腾随温差t（壁温与操作压强下液体的饱和温度之差）的变化，都会出现不同类型的沸腾状态。,.,当t 2.2，随t 缓慢增加。此时，紧贴加热表面的液体过热度很小，不足以产生气泡，给热是靠自然对流进行的，汽化现象只在液面上发生，严格说来还不是沸腾，而是表面汽化。,（1）自然对流：,.,（2）核状沸腾：,当t 2.2（ 2.225 ），加热面上有气泡产生，随t急剧

18、上升。这是由于气泡的产生和脱离对加热面附近液体的扰动越来越剧烈的缘故,.,（3）不稳定膜状沸腾：,t增大到某一定数值（ 25250 ）时，加热面上的汽化核心增多，气泡在脱离加热面之前便相互连接，形成气膜，把加热面与液体隔开，下降，称不稳定膜状沸腾。,.,t增至250，加热表面上形成一层稳定的气膜，把液体和加热面完全隔开，辐射传热的作用变得重要，再度增加，此阶段称为稳定膜状沸腾。,（4）稳定膜状沸腾：,.,工业上，应控制在核状沸腾阶段，此时有给热系数大、壁温低的优点。,膜状沸腾时，因气膜导热差，使壁温高，易烧坏设备，应用时应注意。,3、沸腾给热过程的强化,（1）加热表面：,粗糙有利，污垢不利。,

19、（2）液体性质：,、；,、 ,（3）操作压力：,pts、 ,（4）温度差：,t=tw-ts (ttc),.,练习题,1、饱和蒸汽冷凝时（冷凝膜层流流动），t， ; 液体核状沸腾时， t， 。,核状沸腾,2、工业上，沸腾应控制在 阶段，此时有 的优点。,3、在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对的影响是 。 （1）不凝性气体存在会使（值）大大降低 （2）不凝性气体存在会使（值） 升高 （3）不凝性气体的存在与否，对数据无影响,（1）,给热系数大、壁温低,.,Q= qm r,第四节 传热过程计算,一、热量衡算方程和热负荷,无相变时：,Q=qm1cp1（T1T2）,有相变时：,Qm2cp2（t2t1）

20、,=,（4-36）,（4-37）,.,管内热流体，管外冷流体。,二、局部传热速率方程式,热流体侧：,管壁导热：,冷流体侧：,在截面处取一微元体。,.,上三式也可写成：,依叠加原理：,.,则,即,三、总传热系数K,由式 可见，取不同面积为基准计算时，所对应的K值也不同。,若为平板传热：,dAi= dAm= dAo= dA,.,以管外表面计时，dA=dAo(dA2),K、Ki(K1)、Ko(K2)总传热系数；W/m2,以管内表面计时，dA=dAi(dA1),（习惯以外表面为主）,总热阻,（4-42c）,.,的数值将主要由其中最大热阻所决定。,当忽略管壁内、外表面积的差异时，,当oi时，,当io时，

21、,若壁阻忽略不计，,则,传热速率,、 、,具有不同数量级时，,传热速率受控于热阻大（对流给热系数小的）的那一侧流体的对流给热。,，,必定Ko,必定Ki,（4-45）,.,薄壁时：（可按平壁处理）,四、污垢热阻,考虑到有污垢热阻时的总传热系数,厚壁时：,（4-44）,.,常见流体的污垢热阻：,.,壁温TW接近于热阻较小或给热系数较大的一侧流体温度。,（4-47）,五、壁温计算,若忽略管壁内、外表面积的差异，则,金属壁热阻可忽略，即TWtW，则,传热面两侧温差之比等于两侧热阻之比。,.,六、传热平均温度差,假设：,（1）定态传热过程；,（2）流体无相变；,（3）冷、热流体质量流量（qm）、比热(c

22、p) 、 总传热系数（K）为常量,（4）热损失忽略。,1、两侧均变温传热,因冷、热流体流向不同，传热过程可分为：逆流、并流、折流及错流换热。,（一）变温传热,.,逆流换热过程,并流换热过程,.,传热过程的积分表达式,积分得：,（1）逆流传热,.,由热量衡算知 Q=qm1cp1(T1T2)= qm2cp2(t2t1),在冷流体入口端和任一截面间取控制体进行热量衡算：,qm1cp1(TT2)= qm2cp2(tt1),.,A,B,(T-t)2,(T-t)1,T,t,(T-t),此式为一直线方程，如图中直线AB。,线上每一点代表换热器某一截面上冷、热流体的温度。,推动力（T-t）等于操作线与对角线间

23、的垂直距离,C,称之为换热器的操作线。,T=t,.,式两侧同时减t后得：,可见，（T-t）与t成直线关系；,求微分得：,同理（T-t）与T也成直线关系,.,t1= (T-t)1= T1-t2,其中,t2= (T-t)2= T2-t1,由式得：,.,将 代入 中，积分得：,若 t1 / t2 2时，可用算术平均值求平均传热温差,对数平均温差,.,由上面可得到：,（4-1）,Q= qm r,.,（2）并流传热,并流时，逆流传热的总传热方程及对数平均温差关系式,仍可用，,只是,t1=T1-t1 t2=T2-t2,.,并流,逆流,热流体,冷流体,温度差,70,10,30,50,并流平均温度差：,逆流平

24、均温度差：,当逆流的T1、T2、t1、t2与并流相同时，, tm逆 tm并,（3）逆流与并流传热的比较,例：,逆流传热推动力大,., 当换热器的传热量Q和总传热系数K一定时，,，逆流所需的传热面积小；,并流特点：, 易于控制温度，出口温度比较恒定（ t2T2）；, 冷流体快速升温，使粘度下降，K升高。,逆流可将冷流体温度升得更高：t2T2 可将热流体温度降得更低： T2 t2, 逆流时，可节省冷却剂或加热剂用量。,.,传热温差不变，平均温差就等于冷、热流体的温度差，即tm=T-t,一侧恒温,两侧恒温,2、一侧变温传热,其传热平均温差与流体的流动方向无关,（二）两侧恒温,.,计算步骤：,计算热负

25、荷：,确定流向（逆流、并流），计算平均温度差：,确定流程（管内、管外流体），流速，垢阻。计算总传热系数K：,计算换热面积：,七、 传热计算,.,如果内管改用直径为764mm的钢管代替，其余条件不变，试求所需管长。,【例】 某套管换热器，内管为573mm，外管为1084mm钢管。管内苯被加热，苯进口温度40，出口温度70，苯流量为3800kg/h。环隙为130饱和蒸汽冷凝，汽化热为2178kJ/kg，冷凝给热系数11630W/m2。苯在5080之间的物性参数平均值为密度880kg/m3，比热 cp1.86kJ/kg， 粘度0.39cP，导热系数0.134W/m，管内垢阻为0.000265m2/W

26、，管壁热阻及管外垢阻忽略不计，求：,加热蒸汽消耗量（kg/h）？,所需传热面积Ao？,当苯流量增加50%时，为保证苯的进出口温度不变，加热蒸汽温度应提至多少？,.,解：,根据热量恒算：,qm1r1 =qm2cp2(t2t1)=Q,蒸汽消耗量：,传热量：,.,根据传热速率方程：,总传热系数 Ko：,根据已知：,Ri=0.000265， Ro=0 ，o=11630，,i的求取：,管内流体对流给热系数：,.,管内流速：,雷诺准数：,普兰特准数：,0.7 Pr 120,管内流体粘度苯0.39cP=0.39 mPas,苯2 mPas,.,假设 L/d60，,则：, Ko=601 （W/m2),管内流体被

27、加热，b=0.4,.,传热面积：,验证：,故：L/d=7.4/0.051=14560,原假设成立,t1=130-40=90,t2=130-70=60,平均温差tm：,=1.32/(3.140.057)=7.4m,.,流量增加50%， qm2=1.5qm2；苯进、出口温度不变,根据, Ko=764 （W/m2),.,根据传热速率方程：,设蒸汽温度应提至T，,即,解得：T=143.5,.,与直径的关系：,其它条件不变，换管后，假设 L/d60，,., Ko=397.1 （W/m2),因Q、tm不变，故传热面积：,检验：L/d=8.38/0.068=12360，所以假设成立,.,第六节 换热器,（一

28、） 按用途分类,加热器，冷却器，冷凝器，蒸发器,（二）按冷、热流体的接触方式分类,直接接触式，间壁式，蓄热式,一、换热器的分类,本节讨论：,常用换热器的结构、性能及特点；,换热器基本尺寸、传热面积的计算；,根据生产需要，选择合适的换热设备。,.,二、 间壁式换热器类型,（一）夹套式换热器（Jacket Heat Exchanger ）,结构：,夹层,特点：结构简单，加热面受限，传热系数低。,.,（二）沉浸式蛇管换热器 （Cockle Pipe Heat Exchanger ）,特点：,置于容器内，耐高压，耐腐蚀，管外流体湍动小。,.,（三）喷淋式换热器（ShowerHeat Exchanger

29、 ）,结构：,特点：,管内热流体，管外冷流体，湍动大，操作环境差。,.,（四）套管式换热器 （Double Pipe Heat Exchanger）,结构：,特点：,结构简单，耐高压，流速高，可纯逆流；接头易泄漏，单位体积传热面积小。,.,（五）螺旋板式换热器,结构紧凑，耗材低，传热系数高，不易结垢和堵塞，能利用低温热源，结构紧凑，单位容积传热面积大 ；但捍缝处易漏、操作压强和温度不宜太高，不易检修。,特点：,.,（六）板式换热器（Plate Heat Exchanger）,.,特点：传热面积可调节，传热系数高，结构紧凑； 但不耐高温、高压，处理量不大,.,（七）板翅式换热器,特点：湍流程度大

30、，轻巧牢固；易堵塞，清洗困难,.,（八）翅片管换热器,要求：翅片与管表面的连接应紧密，否则接触热阻大。,.,（九）管壳（列管）式换热器 （Shell & Tube Heat Exchanger）,、基本结构,特点：,单位体积换热面积大，管内、外流体湍动较大，结构紧凑。,.,管板：,固定管束,管束：,构成传热面（外侧表面积）,管程：,隔板：,划分管程（于封头与管板间）,管内流动行程（单管程，两管程，多管程）,增加管程可提高管内流体流速，但流动阻力增大,（注意：管程数与管内流体流速的关系：,若管程数增为n管程，则流速变为原来的n 倍）,纵向挡板：,划分壳程（平行于管束）,壳程：,管外流动行程（单壳

31、程，两壳程，多壳程）,增加壳程可提高管外流体流速，但流动阻力增大,折流板：,增加管外流体的湍动，提高管外对流给热系数,.,.,2、主要形式与特点,（1）固定管板式,结构：,两端管板与壳体焊接，管束不可拆,特点：,结构简单，制作成本低；,冷、热流体温差大时应考虑温度补偿（膨胀节）。,清洗管内易，管外难 （壳程通洁净流体）；,.,（2）浮头式换热器,结构：,一端管板不与外壳相连，可沿轴向自由浮动，管束可拆。,特点：,易于清洗；无须温度补偿；结构复杂。,.,（3）型管式换热器,结构：,一个管板，加热管呈型。,特点：,无须温度补偿；结构较简单；清洗管外易，管内难。,.,给热系数大的流体,三、列管式换热

32、器的设计和选用,1、流体流动通道的选择 (P173),管程中：,易结垢（不易清洗）的流体（U形管例外）,有腐蚀性的流体,有毒性的流体,压力高的流体,壳程中：,饱和蒸汽,被冷却的流体,流量小或粘度大的流体,.,2、流动方式的选择,逆流或并流、管程数和壳程数要适当,当流量一定时，管程或壳程越多，越大，对传热过程有利；但流体阻力损失也增大，而且阻力损失增加的更大。,注意：改变管程数后，管内流速同时发生变化。 如：四管程时速度u=4单管程时速度u,管程Np0.8 阻力损失Np3 ； Np-管程数,.,3、换热器的规格和管排列方式,管排列方式： 三角形和正方形,管长：1.5m、2m、3m、4.5m、5m

33、、6m、9m,管子标准：,19mm2mm和25mm2.5mm,.,目的：加大壳程流体的速度，使湍动程度加剧，以 提高壳程流体的给热系数,4、折流挡板,种类：,圆缺形和盘环形,注意：挡板数增加使给热系数增加，但同时阻力 损失增加得更多。,因此，在选择挡板数时，要兼顾传热与流体压降两方面的得失。,.,5、管壳式换热器的选用计算,计算热负荷（热量衡算）,计算平均温度差tm,估算传热系数K估 ，估算传热面积A估,根据A估初选换热器（A实 、DN 、p）,确定垢阻，由Ri、Ro、u 、 i、o 计算传热系数K计，计算传热面积A计,校核： A实A计1.101.25,.,设计参数（参考值）,.,.,起冷却作

34、用。主要有水、空气、各种冷冻剂（如冷冻盐水）,四、载热体及其选择,加热剂：,起加热作用。主要有热水、水蒸汽、矿物油、联苯混合物、熔盐和烟道气,冷却剂：,选择载热体时应参考以下几个方面：, 温度必须满足工艺要求；, 温度应易于调节；, 不会分解，毒性要小，使用安全；, 价廉易得，传热性能好。, 腐蚀性小，不易结垢；,.,五、传热过程的强化,由Q=KAtm式可知应强化的项目,增大K：,措施：,（i o b R ）,K, qm,u,Re, 增加管程数，壳程加挡板，增大湍流程度；, 使用有相变的流体做加热剂；, 使用的流体（如液态金属做加热或冷却剂）；, 减小垢阻（常清洗）,强化传热过程，即提高冷、热

35、流体间的传热速率。,.,增大A：,指增大单位体积的传热面积。从结构方面考虑：, 可增大小的一侧的传热面积，如加翅片、波纹管等,逆流传热温差大于并流，可选取逆流传热过程。另外，提高加热剂温度（或降低冷却剂的温度）也可提高tm 。,增大tm ：,.,1水在逆流操作的套管换热器中冷却某物料。要求热流体的T1、T2及流量不变。若因冷却水进口温度t1增高，为保证完成生产任务，提高冷却水的流量，其结果（ ）。 （1） K，tm不变；（2） Q不变，tm，K； （3） Q ，tm ；（4） Q不变， tm 不定，K,一、选择题,（2）,2在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否合理。甲：传热管

36、的壁温将接近加热蒸汽温度。乙：换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数。（ ） A . 甲、乙均合理； B. 甲、乙均不合理 C. 甲合理、乙不合理； D. 乙合理、甲不合理,A,练习题,.,3一套管换热器，环隙为120蒸汽冷凝，管内空气从20 被加热到50 ，则管壁温度应接近于 。 A 35 ；B 120 ；C 77.5 ；D 50 ,B,4在设计管壳式换热器时，设置隔板以提高 流速，设置折流板以提高 流速，以达到强化传热的目的。管程内流体流速的选取，对一般液体取 ，气体取 ，如该换热器用蒸汽冷凝来加热原油，那么水蒸汽应在 程流动。 A . 壳程； B. 管程； C. u=0.53m/s； D. u=530m/s； E. u=30100m/s,B,A,C,D,A