第4章傳熱4.1概述4.1.1傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用雙管程固定管板換熱器1）加熱或冷卻，使物料達(dá)到指定的溫度；2）通過(guò)換熱，回收利用熱量；3）保溫，以減少熱損失。14.1.2

傳熱的基本方式熱傳導(dǎo)：固體的主要傳熱方式,分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng).對(duì)流：流體主要傳熱方式流動(dòng)中，流體質(zhì)點(diǎn)相互碰撞，傳熱。傳熱速率與流動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)。輻射：物體發(fā)射電磁波，在紅外、可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有熱效應(yīng)。不需傳播介質(zhì)，兩物體不需接觸。4.1.3穩(wěn)態(tài)傳熱和非穩(wěn)態(tài)傳熱

穩(wěn)態(tài)傳熱：各點(diǎn)溫度分布不隨時(shí)間而改變

非穩(wěn)態(tài)傳熱：各點(diǎn)溫度隨位置和時(shí)間而變24.2.1

基本概念和傅立葉定律

（1）溫度場(chǎng)所研究的具有一定溫度分布的空間范圍。4.2

熱傳導(dǎo)

穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)：

非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)：3法向等溫面等溫面、溫度梯度與熱流方向

（2）描述溫度場(chǎng)特性的幾個(gè)參數(shù)

①等溫面

具有相同溫度的點(diǎn)組成的面

特點(diǎn)：等溫面上各點(diǎn)溫度相等，等溫面不會(huì)相交。

②溫度梯度沿等溫面法線方向的溫度變化率。方向：沿溫度增高方向?yàn)檎?，且與等溫面垂直。4（3）熱流量Φ(傳熱速率)

單位時(shí)間內(nèi)所傳導(dǎo)的熱量，w。（4）傅立葉定律λ：熱導(dǎo)率，w/（mK），w/（m

℃）；負(fù)號(hào)：Φ與方向相反(熱流量從高溫向低溫)。熱流密度：表明：

54.2.2熱導(dǎo)率說(shuō)明：

●

物性參數(shù)，標(biāo)志物質(zhì)導(dǎo)熱性能；

●

影響因素：λ=f(材料，溫度)；

●

來(lái)源：實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，工業(yè)上常見(jiàn)物質(zhì)的熱導(dǎo)率可從有關(guān)手冊(cè)中查得。定義式:

68幾種氣體的導(dǎo)熱率412653t/℃072004006001000800165432λ×102/(Wm-1℃－1）1－水蒸氣2－氧氣3－二氧化碳4－空氣5－氮?dú)?－氬氣幾種氣體的熱導(dǎo)率：70161026242012各種液體的導(dǎo)熱率水115141312111098765432λ×85.98/(Wm-1℃－1）t/℃λH2O×85.98/(Wm-1℃－1）475153555759491－無(wú)水甘油2－蟻酸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－異丙苯12－苯13－甲苯14－二甲苯15－凡士林油2060100140幾種液體的熱導(dǎo)率：8

物質(zhì)熱導(dǎo)率的大致范圍

物質(zhì)種類(lèi)熱導(dǎo)率純金屬100~1400

金屬合金50~500液態(tài)金屬30~300非金屬固體0.05~50

非金屬液體0.5~5絕熱材料0.05~1

氣體0.005~0.59不同物質(zhì)隨溫度變化的一般規(guī)律固體：104.2.3

平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)(1)單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)熱量衡算：bx1x2txt1t2

單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)Φ①熱導(dǎo)率為常數(shù)熱流量：11平壁內(nèi)的溫度分布：沿壁厚方向，溫度分布為一直線。t2t1x/mt/℃

單層平壁導(dǎo)熱溫度分布Φ12②熱導(dǎo)率和溫度有關(guān)即：λ=f(t)時(shí)，沿壁厚方向，溫度分布為非線性。13t/℃x/m單層平壁導(dǎo)熱的熱流量與壁內(nèi)的溫度分布14x/mt2t1t/℃t2t3t4多層平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱溫度分布Φ(2)

多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)條件：多層平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱(x方向)。15(3)圓筒壁①單層圓筒壁t2t1Φr2r1drdtL16②多層圓筒壁r1t3t2r4r3r2t1t417熱流體冷流體thtcth,wtc,wΦΦ4.3對(duì)流傳熱（1）概述流體質(zhì)點(diǎn)碰撞、混合，傳遞熱量包括對(duì)流傳熱和熱傳導(dǎo)對(duì)流傳熱與流動(dòng)狀況密切相關(guān)湍動(dòng)程度越高，傳熱速率越大。（2）分類(lèi)自然對(duì)流：溫差引起密度差，使流體流動(dòng)。

強(qiáng)制對(duì)流：流體靠外加動(dòng)力流動(dòng)，形成對(duì)流。184.3.1熱邊界層的概念

（1）熱邊界層近壁處，流體溫度顯著變化的區(qū)域。(t-tW)/(t∞-t)=0.99t'∞Φt∞t∞t∞-tt∞-ttWu0tyδt19（2）熱邊界層的厚度（3）熱邊界層的特點(diǎn)層內(nèi)（近壁處）：集中全部的溫差和熱阻層外（流體主體）：等溫區(qū)，無(wú)溫差和熱阻（4）熱邊界層發(fā)展過(guò)程圓管內(nèi)20流動(dòng)邊界層對(duì)熱邊界層的影響：湍流區(qū)：質(zhì)點(diǎn)相互混合交換熱量，溫差小。層流內(nèi)層：導(dǎo)熱為主，熱阻大、溫差大。

說(shuō)明：流動(dòng)邊界層對(duì)傳熱邊界層影響顯著，改善流動(dòng)狀況，特別是減薄層流內(nèi)層厚度，可使傳熱速率大大提高。214.3.2對(duì)流傳熱速率方程和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)熱流體冷流體thtcth,wtc,wΦΦth1th2tc1tc2（1）牛頓冷卻定律22熱流體：冷流體：

③h是計(jì)算關(guān)鍵，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。（2）對(duì)流傳熱過(guò)程的簡(jiǎn)化模型

①真實(shí)模型流體主體→過(guò)渡層→層流內(nèi)層對(duì)流對(duì)流,導(dǎo)熱導(dǎo)熱23ThmTcmδL1ThwδL2δ1‘δ2‘TCW②簡(jiǎn)化模型

有效膜（虛擬膜）：集中全部溫差，以熱傳導(dǎo)方式傳熱。對(duì)流傳熱問(wèn)題→導(dǎo)熱問(wèn)題244.4表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)4.4.1影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的因素

（2）流體流動(dòng)原因

強(qiáng)制對(duì)流：外部機(jī)械作功，一般流速較大，h也較大。

自然對(duì)流：由流體密度差造成的循環(huán)過(guò)程,

一般流速較小，h也較小。（1）流體流動(dòng)狀態(tài)25（3）流體的物理性質(zhì)

定性溫度：計(jì)算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的特征溫度26（4）傳熱面的形狀、位置和大小壁面的形狀，尺寸，位置、管排列方式等，造成邊界層分離，增加湍動(dòng)，使h增大。27（5）相變化的影響有相變傳熱：蒸汽冷凝、液體沸騰，無(wú)相變傳熱：強(qiáng)制對(duì)流、自然對(duì)流，

一般地，有相變時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。例：水強(qiáng)制對(duì)流，蒸汽冷凝，28（a）確定相關(guān)因素（b）構(gòu)造函數(shù)形式（c）列出量綱指數(shù)的線性方程組（M、L、T、）4.4.2無(wú)相變化時(shí)對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析（1）量綱分析過(guò)程M：1=c+d+e+iΘ：-1=-d-fT：-3=-a-c-3d-2f-2iL：0=a+b-c+d-3e+2f-2i29（d）規(guī)定已知量（指數(shù)），確定余下指數(shù)表達(dá)式（e）整理特征數(shù)方程形式指定其中a、f、i為已知數(shù)，則：b=a+3i-1；c=f-a-2i；d=1-f；e=a+i30①努賽爾數(shù)說(shuō)明：反映對(duì)流傳熱的強(qiáng)弱，包含表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；

說(shuō)明：反映流動(dòng)狀態(tài)對(duì)h

的影響。（2）特征數(shù)的物理意義②雷諾數(shù)31

③普朗特?cái)?shù)說(shuō)明：▲反映流體物性對(duì)傳熱的影響

▲反映動(dòng)量擴(kuò)散和熱擴(kuò)散的相對(duì)大小32說(shuō)明：反映自然對(duì)流的強(qiáng)弱程度。

④格拉曉夫數(shù)（浮升力特征數(shù)）334.4.3

無(wú)相變化的對(duì)流傳熱（1）管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱①流體在圓形直管內(nèi)湍流時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)a)一般流體34流體被加熱，n=0.4流體被冷卻，n=0.3定性溫度：tm=(t1+t2)/2特征尺寸：管內(nèi)徑di適用條件：說(shuō)明：35b)粘度較大流體近似取：適用條件：(η>2η水)36c)流體流過(guò)短管（l/d<50）影響：處于傳熱進(jìn)口段，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。計(jì)算：采用以上各式計(jì)算h，并加以校正。d)圓形直管內(nèi)過(guò)渡流時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

37e)圓形直管內(nèi)強(qiáng)制層流定性溫度：tm=(t1+t2)/2；特征尺寸：管內(nèi)徑di。

適用條件：38f)圓形彎管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流特點(diǎn)：離心力使徑向壓力不均，產(chǎn)生二次環(huán)流；

g)非圓形管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流Rd套管環(huán)隙39

②管外強(qiáng)制對(duì)流

a)流體橫向流過(guò)單管A

流體橫向流過(guò)單根圓管外時(shí)流動(dòng)情況40沿整個(gè)管周的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：ReCn0.4~44~4040~40004000~4000040000~4000000.9890.9110.6830.1930.02660.3300.3850.4660.6180.805特征尺寸：管外徑41◆管束的排列方式直列（正方形）、錯(cuò)列（正三角形）b)流體橫向流過(guò)管束的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)x2x1d直列管束中管子的排列42x1x2d

錯(cuò)列管束中管子的排列43直列第一排管直接沖刷；第二排管不直接沖刷；擾動(dòng)減弱第二排管以后基本恒定。錯(cuò)列第一排管錯(cuò)列和直列基本相同；第二排管阻擋減弱，沖刷增強(qiáng)；第三排管以后基本恒定。x2x1dx1x2d44傳熱系數(shù)的計(jì)算C、ε、n

取決于管排列方式和管排數(shù)。直列nεnε排列錯(cuò)列C12340.60.60.60.6x1/d=1.2~3C=1+0.1x1/dx1/d>3C=1.30.1710.2280.2900.2900.1710.1570.1570.15745適用范圍：特征尺寸：管外徑整個(gè)管束平均：46

c)流體在列管換熱器管殼間的傳熱裝有圓缺折流板的列管換熱器

圓缺折流板管板47折流擋板：殼程流體的流動(dòng)方向不斷改變，較小Re（Re=100），即可達(dá)到湍流。缺點(diǎn)：流動(dòng)阻力↑，殼程壓降↑作用：●提高湍動(dòng)程度，↑h，強(qiáng)化傳熱；

●加固、支撐殼體。4810102103104101021管殼式換熱器表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算曲線ReRePr有折流擋板時(shí)殼程流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：49特征尺寸：流道的當(dāng)量直徑。也可采用關(guān)聯(lián)式：50流速的確定：按最大流通截面(最小流速)計(jì)算。DS1S2B

說(shuō)明：無(wú)折流板時(shí)，流體平行流過(guò)管束，按管內(nèi)公式計(jì)算，特征尺寸為當(dāng)量直徑。51(1)蒸汽冷凝方式

①膜狀冷凝凝液呈液膜狀（附著力大于表面張力）熱量：蒸汽相→液膜表面→固體壁面。

②滴狀冷凝凝液結(jié)為小液滴（附著力小于表面張力）有裸露壁面，直接傳遞相變熱。比較兩種冷凝方式的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

h滴狀冷凝＞h膜狀冷凝，相差幾倍到幾十倍，但工業(yè)操作上，多為膜狀冷凝。膜狀冷凝滴狀冷凝4.4.4有相變化的對(duì)流傳熱52(2)膜狀冷凝傳熱膜系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)①垂直管外或壁面上的冷凝（a）液膜層流（b）液膜湍流

注意：壁溫未知時(shí)，計(jì)算應(yīng)采用試差法。53

水平圓管外膜狀冷凝②水平管冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（a）水平單管外冷凝理論計(jì)算：按傾斜壁對(duì)方位角做積分（0-1800）。

層流時(shí)，

54水平管外膜狀冷凝55

（b）水平管束外冷凝水平管束的排列通常有直排和錯(cuò)排兩種：12342123第一排管子：冷凝情況與單根水平管相同。其他各排管子：冷凝情況必受到其上排管流下冷凝液的影響，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)依次下降。56管排數(shù)不同時(shí):▲采用平均管排數(shù)：57(4)影響冷凝傳熱的因素

冷凝液膜兩側(cè)的溫度差：

流體物性的影響：

不凝性氣體的影響：形成氣膜，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大幅度下降。

蒸氣過(guò)熱的影響：過(guò)熱蒸汽，若壁溫高于飽和溫度，傳熱過(guò)程與無(wú)相變對(duì)流傳熱相同；若壁溫低于飽和溫度，按飽和蒸汽冷凝處理。

蒸氣流速的影響：流速不大時(shí)，影響可忽略；流速較大時(shí)，且與液膜同向，h增大；流速較大時(shí)，且與液膜反向，h減小。58

沸騰分類(lèi)：

①按設(shè)備尺寸和形狀不同

池內(nèi)沸騰（大容積飽和沸騰）；強(qiáng)制對(duì)流沸騰（有復(fù)雜的兩相流）。

②按液體主體溫度不同

過(guò)冷沸騰：液體主體溫度t<ts，氣泡進(jìn)入液體主體后冷凝。

飽和沸騰：t≥ts，

氣泡進(jìn)入液體主體后不會(huì)冷凝。（5）液體沸騰傳熱59

必須有汽化核心b）汽泡產(chǎn)生的條件

液體必須過(guò)熱提供必須的汽化熱量汽化核心：體積很小的孔穴或固體顆粒，氣泡能附著在其周?chē)L(zhǎng)。60氣泡的產(chǎn)生過(guò)程610.11.010102103hABCDEF自然對(duì)流核狀沸騰膜狀沸騰穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定膜狀沸騰溫度差和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)系Δt=(tw-ts)/℃實(shí)驗(yàn)條件:大容積、飽和沸騰。

2)大容積飽和沸騰曲線

曲線獲得：62AB段：無(wú)相變自然對(duì)流，無(wú)汽泡產(chǎn)生，h緩慢增加

BC段：核狀沸騰

一方面，

另一方面，汽膜覆蓋↑，又使h↓；當(dāng)兩者作用相抵消，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)—臨界點(diǎn)（C點(diǎn)）。

臨界值：Δt、q、Q

CD段：核狀、膜狀共存，膜覆蓋為主，Δt↑，h↓；

DEF段：穩(wěn)定膜狀沸騰，全部膜覆蓋，Δt↑，h↓；而后輻射作用加強(qiáng)，Δt↑，h↑。沸騰曲線意義:說(shuō)明：工業(yè)上，應(yīng)嚴(yán)格控制在核狀沸騰區(qū)內(nèi)操作。63

3)影響的因素

加熱壁面的影響：

粗糙壁面,h↑，光滑的壁面,h↓；

被油脂污染的壁面,h↓，清潔表面,h↑；

水平管束沸騰傳熱，上排管

h↓。644)沸騰傳熱膜系數(shù)

參看有關(guān)手冊(cè)，管外沸騰傳熱更為常用。（a）水在105~4×105Pa壓力下的核狀沸騰（b）不同液體在不同清潔面上的核狀沸騰n、cwl——常數(shù)65

計(jì)算基礎(chǔ)：熱量衡算方程和傳熱速率方程。

4.6.1熱流量衡算方程冷流體吸收熱量=熱流體放出熱量4.6

傳熱過(guò)程的計(jì)算計(jì)算類(lèi)型：設(shè)計(jì)型計(jì)算：已知th1，th2，tc1

，qmc，qmh，K

求傳熱面積A；操作型計(jì)算：

已知th1

，tc1，qmc，qmh，K，A

求th2

、tc2、Ф。tc2

th1tc1th266

(2)有相變傳熱(1)

無(wú)相變傳熱674.6.2總傳熱速率方程

間壁傳熱過(guò)程：各部分傳熱速率方程：管內(nèi)側(cè)流體：

管壁導(dǎo)熱：

管外側(cè)流體：熱流體冷流體thtcth,wtc,wΦΦ68熱流體冷流體thtcth,wtc,wΦΦ對(duì)穩(wěn)態(tài)傳熱:69

式中，K—總傳熱系數(shù)，W/m2·K。

注意：K

與

A

對(duì)應(yīng)，選Ai、Am或

A0

故穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，704.6.3 傳熱系數(shù)和傳熱面積K—傳熱系數(shù)，表示換熱設(shè)備性能的重要參數(shù)。(1)K的計(jì)算在實(shí)際生產(chǎn)中以外表面積A0作為傳熱面積。K的來(lái)源：實(shí)驗(yàn)測(cè)定；取生產(chǎn)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；計(jì)算求得。71實(shí)際計(jì)算熱阻應(yīng)包括壁兩側(cè)污垢熱阻：72(2)污垢熱阻Rdi和Rdo污垢熱阻影響：使h↓，熱流量↓。

污垢熱阻取值：經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(3)壁溫計(jì)算忽略污垢熱阻，穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)：

結(jié)論：壁溫接近表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的一側(cè)流體溫度。734.6.4平均溫度差

(1)恒溫傳熱兩側(cè)流體溫度恒定：(2)變溫傳熱

①一側(cè)有溫度變化t’ht’c74

沿管長(zhǎng)某截面取微元傳熱面積dA，

②兩側(cè)流體均有溫度變化傳熱速率方程：熱量衡算方程：tc1tc2th1th2tc1tc2th1th275

當(dāng)qmhcph、qmccpc=常數(shù)時(shí)，

Φ-th、Φ-tc為線性關(guān)系，所以，Φ-(th-tc)也為線性關(guān)系。th1tc2th2

傳熱量dthdtcdAdФtc1Δt=th-tc

平均傳熱溫度差的推導(dǎo)ФΔt2Δt1Ф76說(shuō)明：

并流：①逆流：②③進(jìn)、出口條件相同時(shí)，

工業(yè)上，一般采用逆流操作（節(jié)省加熱面積）。逆流并流77

④一側(cè)流體溫度有變化，另一側(cè)恒溫時(shí),⑤

錯(cuò)流、折流時(shí)平均溫差

圖算法11212

一側(cè)流體變溫時(shí)的溫差變化78c）當(dāng)ε△t值小于0.8時(shí)，則傳熱效率低，經(jīng)濟(jì)上不合理，操作不穩(wěn)定。a）校正系數(shù)ε△t可根據(jù)R和P兩參數(shù)從相應(yīng)的圖中查得。

b）溫差校正系數(shù)ε△t恒小于1。原因:

換熱器內(nèi)出現(xiàn)溫度交叉或溫度逼近現(xiàn)象。

避免措施:

采用多個(gè)換熱器串聯(lián)或采用多殼程結(jié)構(gòu)說(shuō)明：794.6.5

傳熱效率和傳熱單元數(shù)法

設(shè)計(jì)型計(jì)算無(wú)須試差法,操作型計(jì)算需用試差法。

●設(shè)計(jì)型計(jì)算總之，對(duì)于設(shè)計(jì)型計(jì)算冷、熱流股的溫度都已知，或者可以通過(guò)熱流量衡算達(dá)到已知，無(wú)須試差。80

●

操作型計(jì)算

已有一臺(tái)面積為A的換熱器，若用其加熱某流體，81逆流：tc1th2＝tc1th2th2th1tc1tc2傳熱溫度傳熱t(yī)h1＝tc2溫度溫度傳熱逆流傳熱效果示意圖(1)傳熱效率和傳熱單元數(shù)

①傳熱效率

或82并流：tc1th2＝tc2th1th2th1tc2tc1傳熱溫度溫度傳熱

并流傳熱效果示意圖83②傳熱單元數(shù)NTU(TheNumberofTransferUnits)溫度傳熱面積tc1th2th1tc2dthdtcdA傳熱單元數(shù)物理意義：?jiǎn)挝粋鳠嵬苿?dòng)力引起的溫度變化；84③傳熱效率和傳熱單元數(shù)的關(guān)系

8586④應(yīng)用

已知R和NTU，可求得ε，

進(jìn)而求th2

和tc2

，可避免試差計(jì)算。87為便于工程計(jì)算，將ε、NTU、R之間關(guān)系繪制成曲線1.00.64.03.00.02.05.01.00.40.20.00.8NTUε

單程逆流換熱器中ε與NTU和R間的關(guān)系R=00.250.50.751.0th1tc2th2tc1K=常數(shù)881.00.64.03.00.02.05.01.00.40.20.00.8NTUε圖4.6.11單程并流換熱器中ε與NTU和R間的關(guān)系R=00.50.751.0th1tc2th2tc1K=常數(shù)0.25894.7換熱器的傳熱強(qiáng)化途徑強(qiáng)化方法：提高K、A或Δtm

目的：傳熱面積↓，使設(shè)備費(fèi)用降低。（1）提高K值①

降低污垢熱阻；②提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

*若hi<<h0，提高h(yuǎn)小(hi)的一側(cè)；

*兩側(cè)h相近，應(yīng)同時(shí)提高兩側(cè)流體的h

。90提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的方法

◆無(wú)相變傳熱

a）提高管內(nèi)流速代價(jià)：流動(dòng)阻力↑，動(dòng)力消耗↑，操作費(fèi)用↑。

經(jīng)濟(jì)優(yōu)化：選擇適宜流速，使總費(fèi)用最低。優(yōu)點(diǎn)：總傳熱系數(shù)↑，傳熱面積↓，設(shè)備投資費(fèi)↓91流速↑非工藝物流：流量↑工藝物流：流通截面積↓殼程：折流擋板數(shù)目↑管程：?jiǎn)喂艹獭p(多)管程

b）制造人工粗造表面

促進(jìn)邊界層分離，減薄層流底層，強(qiáng)化傳熱。c）加設(shè)擾流元件

管內(nèi)裝入麻花鐵、螺旋圈或金屬絲片；增強(qiáng)湍動(dòng)，破壞層流底層。92◆有相變傳熱

冷凝：1）采用滴狀冷凝，

2）及時(shí)排放不凝氣體，

3）氣、液流向一致，

4）合理布置冷凝面，

5）利用表面張力（溝槽，金屬絲）。沸騰：1）保持核狀沸騰，

2）制造人工表面，增加汽化核心數(shù)。

（2）提高傳熱推動(dòng)力

限制：兩側(cè)均為工藝物流時(shí)，溫度不能任意改動(dòng)。

適用：一側(cè)為公用工程物流(加熱蒸汽、冷凝水)時(shí)，其進(jìn)口溫度可調(diào)。93例：提高冷卻水用量tc2↓，Δtm↑

提高加熱蒸氣壓力P↑，ts↑，Δtm↑

蒸發(fā)、閃蒸P↓，ts↓，Δtm↑（3）增加傳熱面積改善傳熱表面，增加單位體積設(shè)備的傳熱面積。如采用：不同異形管；開(kāi)槽及加翅片；折流形式；多孔、高效傳熱面。94波紋管式傳熱管95縱向翅片管橫向翅片管螺旋槽紋管縮放管96翅片管的截面97分類(lèi):①按用途---加熱器、冷卻器、冷凝器、再沸器、蒸發(fā)器等。

②按傳熱特征直接接觸式：冷、熱直接混合。

蓄熱式：

4.8換熱器間壁式：冷、熱兩流體由金屬壁隔開(kāi)，不直接接觸，熱流體冷流體thtcth,wtc,wΦΦ流體通過(guò)間壁的熱交換冷流體熱流體熱流體冷流體

蓄熱式換熱器示意圖984.8.1間壁式換熱器的類(lèi)型(1)夾套式換熱器

◎結(jié)構(gòu)：夾套式換熱器主要用于反應(yīng)過(guò)程的加熱或冷卻，是在容器外壁安裝夾套制成。

◎優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

◎缺點(diǎn)：傳熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)小。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器。也可在釜內(nèi)安裝蛇管。加熱蒸汽釜冷凝水物料物料攪拌器

夾套式換熱器99(2)沉浸式蛇管換熱器

◎結(jié)構(gòu)：這種換熱器多以金屬管子繞成，或制成各種與容器相適應(yīng)的情況，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。

◎優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于防腐，能承受高壓。

◎缺點(diǎn)：由于容器體積比管子的體積大得多,因此管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小。

為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。

蛇管的形狀100(3)噴淋式換熱器◎結(jié)構(gòu)：多用于冷卻管內(nèi)的熱流體。將蛇管成排地固定于鋼架上，被冷卻的流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水由管上方的噴淋裝置中均勻淋下，故又稱噴淋式冷卻器。

◎優(yōu)點(diǎn)：傳熱推動(dòng)力大，傳熱效果好，便于檢修和清洗。

◎缺點(diǎn)：噴淋不易均勻。直管水槽

噴淋式冷卻器101（5）列管式換熱器

列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用。

◎優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。

◎結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。

重點(diǎn)介紹：固定管板式浮頭式U型管式。102103①列管式換熱器的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。管束結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意104雙管程固定管板換熱器流通截面積：傳熱面積：說(shuō)明：管程數(shù)↑，流通截面積↓，管內(nèi)流速↑，hi↑，強(qiáng)化傳熱。105單管程換熱器管、殼程流體流動(dòng)106雙管程換熱器內(nèi)的流體流動(dòng)107常用形式：弓形，圓盤(pán)形。

折流擋板作用：提高殼程流體湍動(dòng)程度(Re>100湍流),↑h0，強(qiáng)化傳熱。沖刷沉積物，減小污垢熱阻；對(duì)殼體起支撐作用。代價(jià)：殼體阻力↑，系統(tǒng)動(dòng)力消耗↑。108

弓形圓盤(pán)形109管板折流板單殼程水平圓缺形折流板管殼式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖110111112113單殼程圓盤(pán)形折流板管殼式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖管板折流板114115②分類(lèi)及特點(diǎn)原因：管、殼溫度不同，產(chǎn)生熱應(yīng)力，結(jié)果：Δt＞50℃時(shí)，管彎曲、斷裂或管板變形固定管板式

——安裝膨脹節(jié)；浮頭式

——本身具有補(bǔ)償能力；U形管式

——本身具有補(bǔ)償能力。分類(lèi)：根據(jù)所采取的溫差補(bǔ)償措施，列管式換熱器可分為：為此，采用各種補(bǔ)償辦法，消除或減小熱應(yīng)力。116a）固定管板式換熱器特點(diǎn)：*結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；*

可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；

*

殼程不易機(jī)械清洗；適用：

*

殼程流體不易結(jié)垢或容易化學(xué)清洗；

*殼體與傳熱管壁溫度之差小于50C，否則加膨脹節(jié)。單管程固定管板換熱器117帶膨脹節(jié)的固定管板換熱器118b）浮頭式換熱器

結(jié)構(gòu):119浮頭式換熱器特點(diǎn)：消除了溫差應(yīng)力、便于清洗和檢修；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高；適用：應(yīng)用廣泛。120c）U形管式換熱器特點(diǎn)：具有溫度補(bǔ)償作用；管程不易清清洗。適用：可用于高溫高壓，適用于管程為潔凈而不易結(jié)垢的流體。結(jié)構(gòu):121U型管換熱器內(nèi)的流體流動(dòng)1224.8.2列管式換熱器的設(shè)計(jì)和選用

要求：根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)設(shè)計(jì)或選擇合適的換熱器

(計(jì)算傳熱面積，確定管、殼程數(shù)，管規(guī)格，管排布等）（1）列管式換熱器設(shè)計(jì)和選用應(yīng)考慮的問(wèn)題

(a)選擇流程一般原則：不潔凈或易結(jié)垢的液體腐蝕性流體壓力高的流體管程飽和蒸汽流量小而粘度大的流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體需要冷卻的流體殼程123(b)流速的選擇流速影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和污垢的大小。

◆

流速↓

流體中顆粒沉積，甚至堵塞管路；

◆流速↑

流體阻力增大。

(c)流動(dòng)方式