1、化工原理電子教案/目錄,1,目錄,第五章 傳熱及設備 第一節(jié)概論 第二節(jié) 熱傳導 一、熱傳導速率方程 二、熱導系數 三、平壁穩(wěn)定熱傳導 四、圓筒壁穩(wěn)定熱傳導,化工原理電子教案/目錄,2,目錄,第三節(jié)對流傳熱 一、對流傳熱分析 二、對流傳熱準數方程式 三、強制對流時的對流傳熱系數 1、管內層流 2、管內湍流 3、管外強制對流 4、自然對流 四、蒸汽冷凝時的傳熱 五、液體沸騰時的傳熱 對流傳熱系數小結 的數量級,化工原理電子教案/目錄,3,第五節(jié) 傳熱過程的計算 一、間壁換熱器的傳熱方程 二、污垢熱阻計算 三、換熱器的傳熱量計算 四、平均溫度差tm計算 （一）恒溫傳熱 （二）變溫傳熱 （三）折流與

2、錯流傳熱 五、加熱與冷卻方法 5、傳熱單元數法 6、壁溫的計算,第四節(jié) 熱輻射 一、熱輻射的基本概念 二、熱輻射基本定律 三、物體間的輻射傳熱,4/141,第五章 傳熱,第一節(jié)概述,熱傳導 （導熱）,對流傳熱,輻射傳熱,傳熱有三種方式：(舉例電熱爐燒水),機理：,相互接觸的物質之間 靜止的物質內部 層流流動的物質內部,發(fā)生在,管內層流,熱量入,對流傳熱系數或給熱系數，W/m2K,氣體-靠分子或原子的無規(guī)則若運動； 固體-金屬靠自由電子，非金屬靠晶格的震動 液體-兩種觀點（見教材）,導熱,導熱,自然對流,5/141,第二節(jié) 熱傳導,一、傳熱速率基本方程及導熱率,影響因素：與物質種類、T、濃度有關

3、，一般 與 P 無關 T ， 氣體 水， 甘油，其它液體的 金屬， 非金屬。,獲取方法：,查相關物性數據手冊，如附錄二四。,6/141,三、無限大多層平壁熱傳導,第二節(jié) 熱傳導,特點：同單層平壁,此外，通過每一層的Q（或 q）都相同,對每一層均有：,作業(yè)：,7/141,第二節(jié) 熱傳導,思考1：若上述平壁的右側與環(huán)境進行對流傳熱，設環(huán)境溫 度為t0、對流傳熱系數為，則傳熱量如何計算？,t1,t4,8/141,四、無限長單層圓筒壁熱傳導,第二節(jié) 熱傳導,特點：屬一維導熱，A常數， Q為常數， q常數,若為常數，則：,-可見溫度分布 為對數關系,在(t1，t)積分，得：,在(t1，t2)積分，得：,

4、9/141,（一）單層圓筒壁穩(wěn)定導熱,四、圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導,-對數平均半徑,三種平均的比較,10/141,對數平均、算術平均、幾何平均的比較：,紅線-算術平均（最大）黃線-幾何平均（其次）綠線-對數平均（最?。?平均值,x=5時,對數平均,幾何平均,算術平均,返回上頁,且x與y相差越大，對數平均值與x、y中最小者越接近,11/141,（二）多層圓筒壁穩(wěn)定熱傳導,四、圓筒壁穩(wěn)定熱傳導,對每一層均有：,12/141,四、一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導,思考2： 氣溫下降，應添加衣服，應把保暖性好的衣服穿在里面好，還是穿在外面好？,b,b,1,2,Q,Q,b,b,2,1,作業(yè)：,13/141,影響因素： 接觸

5、面的粗糙程度， 接觸面的壓緊力， 接觸面空隙內的流體性質。,接觸熱阻：兩固體之間由于未緊密接觸而導致的,接觸熱阻一般通過實驗測定或憑經驗估計,返回目錄,14/141,第三節(jié) 對流傳熱,強制對流-湍流流動的流體與外界的傳熱,自然對流-靜止流體、層流流動流體與外界的傳熱,流向,近壁面?zhèn)鳠岱糯髨D,一、對流傳熱分析,15/141,二、對流傳熱準數方程,影響的因素主要有： 1.引起流動的原因：自然對流和強制對流 2.流動型態(tài)：層流或湍流 3.流體的性質：、cp、等 4.傳熱面的形狀、大小、位置：如圓管與平板、垂直與水平、 管內與管外等 5.有相變與無相變： cp或汽化潛熱r,因次分析法：回憶第一章有關內

6、容,用因次分析法、再結合實驗，建立經驗關系式。,定理：,16/141,二、對流傳熱準數方程,-格垃曉夫數Gr是雷諾數的一種 變形，相當于自然對流時的“雷諾數”,無因次數群：,-努塞爾數，表示導熱熱阻與對流熱阻之比,-普朗特數，反映物性的影響。 一般地，氣體的Pr1,17/141,二、對流傳熱準數方程,故,定性溫度：確定物性的溫度，有兩種,主體平均溫度,膜溫,18/141,三、流體強制對流時的,（一）流體在管內強制流動的,當Gr25000，需考慮自然對流對傳熱的影響，式（5-65）乘上一個大于1的校正系數：,1、管內層流時,0.6Pr6700， Gr25000（自然對流影響可以忽略）， 溫差（壁

7、溫與流體主體溫度之差）不大。,使用范圍為： 管子的進口段， 恒壁溫、 Re2300、,思考：為什么需乘上一個大于1的校正系數？,-傳熱主要以導熱方式為主（有時有自然對流）,19/141,三、流體強制對流時的,2、管內湍流,（教材式5-63）,20/141,三、流體強制對流時的,2、管內湍流,思考1：與u、d有何比例關系？,思考2：為什么加熱時n取0.4，冷卻時取0.3？,氣體的Pr1,液體被加熱,或氣體被冷卻,或氣體被加熱,速度分布,時，變大,時，變小,作業(yè)：,21/141,Why？,Why？,若不滿足適用范圍時，需修正：,（1）對于短管，L/d50,乘上一個大于1的校正系數，見圖5-25,（

8、2）當壁面與流體主體溫差較大時，需引入一個校正項：,教材式（5-64）,（5）非圓形管的強制湍流：,上式仍可使用，但需將d 換成 de,（4）彎管內：,乘上一個大于1的校正系數：式（5-68）,（3）過渡流：,乘上一個小于1的校正系數：式（5-67）,Why？,22/141,三、流體強制對流時的,（二）管外強制對流,（3）流體在管殼間的對流傳熱：,Why？,（1）流體橫向流過單管傳熱：見圖527,（2）流體橫向流經管束（管簇）的傳熱：,處處不同，需平均。,式（5-71）,有擋板，Re100即可達到湍流。式（5-72）,23/141,三、流體強制對流時的,（三）流體在攪拌槽內的對流傳熱,24/1

9、41,（一）蒸汽在水平管外冷凝,液膜是主要熱阻,四、蒸汽冷凝時的傳熱,25/141,四、蒸汽冷凝時的傳熱,水平管束：,膜狀冷凝傳熱的強化： 減薄冷凝液液膜厚度； 選擇正確的蒸汽流動方向； 在傳熱面上垂直方向上刻槽或安裝若干條金屬絲等； 用過熱蒸汽； 及時排放不凝性氣體。,第一排的與單管相似， 第二排的比第一排小， 第三排的比第二排小， 若干排后，基本上不變。 平均比單排的?。ㄊ?-80與5-80a對比） 。,膜狀冷凝：,26/141,五、液體沸騰時的對流傳熱,2、沸騰傳熱（大容積）,（1）產生沸騰現象的必要條件： 液體過熱、 有汽化核心,（2）沸騰傳熱機理：氣泡的不斷形成、長大、脫離壁面，熱量

10、隨氣泡被帶入液體內部；同時引起液體的攪動。,27/141,六、液體沸騰時的傳熱時的傳熱,（3）大容積沸騰傳熱的沸騰曲線,沸騰曲線,過熱度不大，氣泡沒有；,膜狀沸騰,自然對流,核狀沸騰,工業(yè)上常用,28/141,六、液體沸騰時的傳熱時的傳熱,（4）核狀沸騰傳熱系數的主要影響因素：,表面粗糙度：粗糙表面大，但粗糙度達到一定極限后， 就基本上沒影響了。,過熱度： 與t的23次方成正比。,29/141,對流傳熱系數小結,注意經驗式的適用范圍、定性溫度、定性尺寸,30/141,的數量級,空氣中,水中,總之：,油類中,返回目錄,31/141,第四節(jié) 輻射傳熱,一、基本概念,（一）什么是輻射傳熱？,（二）、

11、吸收率、發(fā)射率、透過率,熱輻射線波長在0.4m40m，主要有可見光、紅外線,靠電磁波傳熱的方式，稱為。,自然界中凡是溫度在0 K以上的物體，都會不停地向四周發(fā)射熱輻射能。,32/141,第四節(jié) 輻射傳熱,（三）黑體、白體、透熱體、灰體,灰體-以相同的吸收率吸收所有波長的熱輻射能的物體。工業(yè)用的大多數固體材料可近似為灰體。,-透熱體，如單原子或對稱雙原子構成的氣 體（ He ， H2，O2 等）,吸收率A1,反射率R1,透過率D1,-絕對黑體，如沒有光澤的黑漆,-絕對白體或鏡體，如十分光亮的金屬,如圖可見，實際物體的輻射特性曲線過于復雜，工程上為方便處理，以灰體近似替代實際物體。,！注意：灰體是

12、一種假想體。,33/141,二、熱輻射（發(fā)射）基本定律,-黑度（或輻射率）,屬物性，與材料性質和溫度、濃度等有關,（二）克?；舴蚨?（一）熱輻射四次方定律,E1,E0,AE0,1 2,注意： 只是數值上相等 發(fā)射能力強的吸收能力也強,34/141,三、兩物體間的輻射傳熱,如圖兩物體之間的輻射傳熱量QAB不僅與兩物體的發(fā)射能力有關，還與兩者的相互位置、周圍環(huán)境的對其輻射有關，很復雜。本節(jié)重點討論兩灰體組成的封閉體系的輻射傳熱速率的計算。,QAB,環(huán)境,環(huán)境,35/141,三、兩灰體間輻射傳熱速率,影響角系數的因素： 兩物體間的距離r、兩物體表面積A、兩物體的放置角度等。,1、角系數,輻射能被攔

13、截的百分數，用12、 21表示,可以證明：,36/141,三、兩灰體間的輻射傳熱速率,思考2：如圖，兩相距很近的無限大平板，角系數為多少？,思考1：如圖，由N個面組成的閉合體，任一面的所有角系數之和為多少？,37/141,三、兩灰體間的輻射傳熱速率,-投入輻射,W/m2,-有效輻射， W/m2,2、幾個概念,物體與環(huán)境交換的熱量,物體,環(huán)境,38/141,三、兩灰體間的輻射傳熱速率,3、對兩灰體組成的封閉體系的輻射傳熱速率Q1-2：,對灰體1（灰體2）表面作熱量衡算，有：,J1,G1,39/141,三、兩灰體間的輻射傳熱速率,對灰體1與灰體2之間的任一面作熱量衡算，有：,表面熱阻,表面熱阻,J

14、1,J2,空間熱阻,加和定理,40/141,三、兩灰體組成的封閉體系的輻射傳熱速率,（式5-98，式5-102）,41/141,三、兩灰體間的輻射傳熱速率,（式5-98，式5-102）,1-2=1，A1=A2=A小,1-2=1，,（式5-97）,具體地：,1-2=1，,（式5-101）,A1=A小,42/141,三、兩灰體間的輻射傳熱速率,思考：如圖所示，寫出兩無限大平行平板之間平行插入第三塊板時的輻射傳熱量計算式。,表面熱阻,空間熱阻,空間熱阻,表面熱阻,表面熱阻,表面熱阻,43/141,三、兩灰體間的輻射傳熱速率,對照：兩無限大平行平板之間的輻射傳熱,熱屏,44/141,影響輻射傳熱的因素

15、：,溫度：與T4有關，,表面黑度：,介質：如插入熱屏，增大熱阻，減小Q,幾何位置：1-2,45/141,四、氣體熱輻射的特點,只有不對稱的雙原子氣體和多原子氣體具有熱輻射能力； 氣體只在某些波段范圍內具有熱輻射能力； 氣體的熱輻射發(fā)生在整個體積內，而不是在表面。且沿程變化。,46/141,五、輻射、對流的聯合傳熱,其中：,暴露在空氣中的設備的熱損失計算中：,聯合傳熱膜系數，用經驗式計算,47/141,第四章、第五章小結,導熱 概念：導熱系數（單位、固液氣的相對大小、t對的影響） 公式：,1、傅立葉定律,2、一維穩(wěn)態(tài)導熱,48/141,第四節(jié) 間壁式換熱器的傳熱,換熱器是導熱方式、對流傳熱方式在

16、工業(yè)應用中的典型代表。故在介紹完導熱和對流傳熱之后，我們接著介紹換熱器的傳熱過程及計算（教材第三節(jié)）。 首先，需簡單了解一下換熱器的結構（教材第六章），以便正確地進行換熱器的計算。,49/141,第四節(jié) 間壁式換熱器的傳熱,一、換熱器簡介,分類,換熱器在我國石油化工、煉油、冶金、輕工、制藥、食品等行業(yè)應用極為普遍，占全部工藝設備投資的2040。,冷熱流體直接接觸，傳熱直接、效率高、熱阻小,冷熱流體隔一固體壁面，傳熱效率不如直接接觸式。工業(yè)應用最廣。,50/141,間壁式換熱器：,管式：套管式*、列管式*、 蛇管式、噴淋式 板式：螺旋板、板式、 板翅式、翅片管式 熱管： 夾套式：,請點擊觀看動畫

17、,以后再介紹,51/141,列管式換熱器：,管程數：單管程、雙管程、多管程殼程數：單殼程、雙殼程、多殼程,四管程,請點擊觀看動畫,冷、熱流體一次經過換熱器,管程流體兩次經過換熱器,管程、殼程流體兩次經過換熱器,管程流體四次經過換熱器,52/141,二、間壁式換熱器的傳熱過程分析,2,1,三個串聯傳熱環(huán)節(jié)： 熱流體側的對流傳熱 間壁的導熱 冷流體側的對流傳熱,傳熱,間 壁,熱流體,冷流體,流向,流向,53/141,三、間壁式換熱器的傳熱過程計算,1、 總傳熱速率方程,式中：,牛頓冷卻定律：,熱流體側的對流傳熱,dQ,間壁的導熱,其中dA可取dA1、dAm、dA2等。,-總傳熱速率方程,冷流體側的

18、對流傳熱,54/141,三、間壁式換熱器的傳熱過程計算,-總傳熱熱阻,Q,2、Q的計算,無相變時：,有相變時：,55/141,三、間壁式換熱器的傳熱過程計算,（1）查經驗數據：表5-6 （2）實驗測定 （3）分析計算,若取平均，微元面積可以用有限傳熱面積替代，則,（其中A可取A1、Am、A2均可）,3、 K的計算,分析計算公式：,前面已推得：,56/141,三、間壁式換熱器的傳熱過程計算,Q,考慮到實際傳熱時，間壁兩側還有污垢熱阻，則上式變?yōu)椋?（其中A可取A1、Am、A2均可）,總熱阻,對流熱阻,污垢熱阻,導熱熱阻,污垢熱阻,對流熱阻,若等號右邊五項熱阻中有一項特別大，則總熱阻1/K的數值主

19、要取決于這一最大者，這一最大熱阻稱為控制熱阻。 設法減小控制熱阻的值，可以顯著地改善換熱器的傳熱效果。,57/141,作業(yè)：,58/141,三、間壁式換熱器的傳熱過程計算,4、tm的計算,（1）恒溫差傳熱,T,T,t,t,Q,-t 恒定不變，故,冷凝,沸騰,59/141,（2）變溫差傳熱,-t 處處不等,冷凝,沸騰,無相變,無相變,無相變,無相變,60/141,（2）變溫差傳熱,以冷、熱流體均無相變、逆流流動為例：,前面已推得：,t2,t1,61/141,-對數平均溫差,（逆、并流適用）,對照,得：,作業(yè)：,62/141,若流動非逆、并流，如錯流、折流，則tm需采用相應的計算式，如式5-25。

20、,工程上，為了簡便計算， tm常用下述方法：,其中：,根據R、P查圖,思考1：證明，相同進出口溫度下， tm,逆總是大于tm,并。,思考2：為什么總是小于1？,63/141,小結,LMTD法-對數平均溫差法 Logarithmic Mean Temperature Diffrence,（逆、并流）,（其他流動情況）,64/141,5、傳熱單元數法（-NTU）,引入3個無量綱數群：,熱容流量之比CR： 傳熱效率： 傳熱單元數NTU：,傳熱單元數法公式推導：,熱流體,冷流體,65/141,5、傳熱單元數法（-NTU）,以逆流為例：,(),前面已推得：,66/141,5、傳熱單元數法（-NTU）,代

21、入式（）中得：,（逆流總傳熱速率方程）,（逆流總傳熱速率方程）,類似地，有,故可統(tǒng)一寫成：,（逆流總傳熱速率方程）,67/141,5、傳熱單元數法（-NTU）,（并流總傳熱速率方程）,參見圖5-2022,類似推導可得并流時：,已知CR、NTU三者中任意兩項，查圖或用公式可以很方便地求出另外一項。,圖5-2022的規(guī)律：（比公式直觀！） CR一定時，NTU，則； NTU一定時， CR，則。,68/141,（逆流總傳熱速率方程）,表示為相變過程。,思考1：使用式（5-44）、（5-45）時，是否有必要先判斷哪種流體的熱容流量較?。?思考2：逆流時，若CR=1，則NTU=？,思考3： CR=0代表什

22、么含義？,不必,69/141,為什么稱為“傳熱效率”？,實際傳熱速率：,最大可能傳熱速率：,當熱流體的熱容流量ms1cp1最小時,當冷流體的熱容流量ms2cp2最小時：,的物理意義：,-傳熱效率,-傳熱效率,-傳熱效率,70/141,為什么稱NTU為“傳熱單元數”？,什么是“傳熱單元”？,什么是“傳熱單元數”？,傳熱單元的個數-傳熱單元數。 如圖，傳熱單元數為5。,以逆流為例，將整個傳熱面分成若干段，,每一段均滿足：,1,2,3,4,5,71/141,為什么稱NTU為“傳熱單元數”？,1,2,3,4,5,72/141,傳熱單元數的幾何意義：,思考1：傳熱單元數大好還是小好？,NTU就是圖中陰影

23、部分面積,如圖，NTU小就意味著達到相同的出口溫度（T2或t2）時，所需的A小。,73/141,小結,-NTU法,（逆流時）,（并流時）,或查圖5-20,或查圖5-21,查圖,74/141,LMTD法與-NTU法比較,兩種方法本質相同，至少應熟練掌握其中一種方法； 使用時方便程度各有優(yōu)劣。詳見下面的習題課內容。,75/141,習題課,-根據換熱任務，求取換熱器面積。,-操作條件改變后，對已有的換熱器換熱 能力或出口溫度進行核算。,76/141,習題課-設計型問題舉例,【例1】在套管式油冷卻器里，熱油在252.5mm的金屬管內流動，冷卻水在套管環(huán)隙內流動，油和水的質量流量皆為216kg/h，油的

24、進、出口溫度分別為150和80，水的進口溫度為20。油側對流傳熱系數為1.5kW/m2K，水側的對流傳熱系數為3.5kW/m2K ，油的比熱為2.0kJ/kgK 。 試分別計算逆流和并流操作所需要的管長。 忽略污垢熱阻及管壁導熱熱阻。,252.5mm,77/141,【解法一】 ： LMTD 法,逆流時：,(以外表面為基準),252.5mm,78/141,252.5mm,并流時：,79/141,結論：在相同條件下，,逆流,并流,80/141,逆流時：,按冷、熱流體當中的任一計算均可。以下以熱流密度最小的熱流體為基準計算。,代入式（1）得：,252.5mm,【解法二】 ： -NTU法,（逆流時）,

25、（1）,81/141,(以外表面為基準),-參見解法一,82/141,并流時：,代入式（2）得：,83/141,總結：對設計型問題，建議使用LMTD法。,作業(yè)：,84/141,習題課-操作型問題計算舉例,【例2】有一臺現成的臥式列管冷卻器，想把它改作氨冷凝器，讓氨蒸汽走管間，其質量流量950kg/h，冷凝溫度為40，冷凝傳熱系數1=7000W/m2K。冷卻水走管內，其進、出口溫度分別為32和36，污垢及管壁熱阻取為0.0009 m2K/W（以外表面計）。假設管內外流動可近似視為逆流。試核算該換熱器是否合用？ 列管式換熱器基本尺寸如下： 換熱管規(guī)格 252.5mm 管長 l=4m 管程數 M=4

26、 總管數 N=272根 外殼直徑 D=700mm 附：氨冷凝潛熱 r=1099kJ/kg 34下水的物性：,85/141,污垢及管壁熱阻為0.0009 m2K/W（以外表面計）,【解法一】 ： LMTD 法,根據已定的換熱任務，求出所需面積A需，然后與實際已給的面積A實比較。若A需A實，則換熱器合用。這樣，將上述操作型問題轉化為了設計型問題。,其中：,86/141,1=7000kW/m2K,污垢及管壁熱阻為Ra2=0.0009 m2K/W（以外表面計）,污垢及管壁熱阻為0.0009 m2K/W（以外表面計）,代入下式：,87/141,即換熱器合用,!注意 此題比較Q也可以，但比較K或tm則不妥

27、。,88/141,【解法二】 ： -NTU法,污垢及管壁熱阻為0.0009 m2K/W（以外表面計）,逆流。因熱流體有相變，按冷流體計算較為方便，此時,前已求得：,89/141,習題課-操作型問題計算舉例,【例3】如圖所示，單管程列管式換熱器，內有180根191.5mm的管子，每根長3米，管內走流量為2000 kg/h的冷流體，與熱流體進行逆流換熱，其進口溫度為30。已知(ms2Cp2) / (ms1Cp1) = 0.5 （下標2代表冷流體，下標1代表熱流體）。冷流體的Cp2=1.05kJ/(kg)，2=210-2cP，2=0.0289W/(m)，熱流體的進口溫度為T1=150，熱流體側、管壁

28、及垢層的熱阻可忽略。試求熱流體的出口溫度T2。,90/141,180根191.5mm，長3米， (ms2Cp2) / (ms1Cp1) = 0.5 Cp2=1050J/(kg)， 2=210-2cP， 2=0.0289W/(m)， 熱流體側、管壁及垢層的熱阻可忽略。,注意：不必試差！,【解法一】 ： LMTD 法,91/141,180根191.5mm，長3米， (ms2Cp2) / (ms1Cp1) = 0.5 Cp2=1050J/(kg)， 2=210-2cP， 2=0.0289W/(m)， 熱流體側、管壁及垢層的熱阻可忽略。,92/141,（1）,又,（2）,聯立求解式1、2得：,180根

29、191.5mm，長3米， (ms2Cp2) / (ms1Cp1) = 0.5 Cp2=1050J/(kg)， 2=210-2cP， 2=0.0289W/(m)， 熱流體側、管壁及垢層的熱阻可忽略。,93/141,180根191.5mm，長3米， (ms2Cp2) / (ms1Cp1) = 0.5 Cp2=1050J/(kg)， 2=210-2cP， 2=0.0289W/(m)， 熱流體側、管壁及垢層的熱阻可忽略。,【解法二】 ： -NTU法,ms2cp2=2000 1050/3600=583.33W/(),A2=Nd2L180 0.016 3=27.130m2,類似解法一求得：,（逆流時）,9

30、4/141,180根191.5mm，長3米， (ms2Cp2) / (ms1Cp1) = 0.5 Cp2=1050J/(kg)， 2=210-2cP， 2=0.0289W/(m)， 熱流體側、管壁及垢層的熱阻可忽略。,（逆流時）,（逆流）,95/141,180根191.5mm，長3米， (ms2Cp2) / (ms1Cp1) = 0.5 Cp2=1050J/(kg)， 2=210-2cP， 2=0.0289W/(m)， 熱流體側、管壁及垢層的熱阻可忽略。,對照：LMTD法,又,96/141,總結： 對操作型問題，兩種方法均可用，但 -NTU法計算量少些。注意：兩種方法均不必試差。,97/141

31、,習題課-操作型問題定性分析,【例4】無相變的冷、熱流體在套管式換熱器中進行換熱，今若熱流體的質量流量增大，而其它操作參數不變，試定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。,快速分析法：,【解法一】,98/141,總結： “快速分析法”是基于換熱的基本規(guī)律而做出的簡單推斷，是工程上常用的有效、快捷的方法，這種方法并不能處理所有問題，尚需掌握下面要介紹的兩種方法之一。,99/141,定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。,【解法二】 ： -NTU法,K：,T2：,t2：,教材圖5-2022,-NTU法,K,由教材圖5-2022,100/141,定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。

32、,Q：,逆流,并流,tm：,作圖知，無法判斷,101/141,總結： “-NTU法”要用到-NTU-CR關系圖。能處理所有問題，是需掌握的方法之一。,102/141,【解法三】：LMTD法,定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。,K：,K,(1),(2),(3),(4),103/141,定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。,Q：,排除法,(1),(2),(3),(4),假設Q不變,假設Q變小,式（1）,tm,式（2）,T2,式（3）,t2不變,ms1,并流,逆流,如圖,tm,矛盾，故假設不成立,104/141,定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。,Q：,排除法,(1),(

33、2),(3),(4),假設Q,式（1）,tm,式（2）,T2,式（3）,t2,ms1,并流,逆流,如圖,tm,矛盾，故假設不成立,105/141,定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。,t2：,(1),(2),(3),(4),t2,式（3）,并流,逆流,T2：,排除法,假設T2不變,式（2）,t2,作圖,K隨ms1增加的幅度小于0.8次方,式（4）,式（1）,Q隨ms1增加的幅度小于0.8次方,矛盾，故假設不成立,假設T2,106/141,定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。,(1),(2),(3),(4),并流,逆流,式（2）,t2,作圖,K隨ms1增加的幅度小于0.8次方,式

34、（4）,式（1）,Q隨ms1增加的幅度小于0.8次方,矛盾，故假設不成立,假設T2,Q隨ms1增加的幅度大于1次方,107/141,定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。,tm：,作圖知，無法判斷（同解法二）,108/141,總結： 對操作型問題的定性分析，用-NTU 法更簡便些。,109/141,練習1 無相變的冷、熱流體在列管式換熱器中進行換熱，今若冷流體的進口溫度t1下降，而其它操作參數不變，試定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。,T1,t2,t1,T2,110/141,快速分析法： t1，則必有t2，Q，K不變。故T2。,【解法一】,t2,t1,T1,T2,定性分析K、Q

35、、t2、T2、tm的變化趨勢。,111/141,t2,t1,T1,T2,【解法二】 ： -NTU法,教材圖5-2022,-NTU法,定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。,112/141,t1,T1,T2,定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢。,【解法三】：LMTD法,Q：,K：,t2：,T2：,tm：,(1),(2),(3),(4),排除法,式（2）,式（1）,作圖,113/141,練習2： 在一列管式換熱器中用飽和水蒸汽預熱某有機溶液（無相變），蒸汽走殼程，今若蒸汽壓力變大，而其它操作參數不變，試定性分析K、Q、t2、tm的變化趨勢。,蒸汽壓力變大，則T變大,K不變，Q，故t2

36、 ，tm,114/141,練習3： 無相變的冷、熱流體在列管式換熱器中進行換熱，今若將單管程變成雙管程，而其它操作參數不變，試定性分析K、Q、T2、t2、tm的變化趨勢。,單管程變成雙管程，則u，故1，K ，NTU 。 而CR不變。,T2 ，t2,tm,Q,115/141,作業(yè)：,116/141,6、壁溫的計算,計算需要壁溫；選擇換熱管材料需要壁溫。,對穩(wěn)定傳熱過程，有：,思考：若管壁熱阻忽略，熱流體側1遠大于冷流體側 2 ，則壁溫更接近哪一側流體的溫度？,更接近熱流體的溫度,返回目錄,117/141,第五節(jié) 間壁式換熱器介紹（教材第六章）,間壁式換熱器：,該換熱器使用最廣泛，技術最成熟。本節(jié)

37、將詳細介紹，其它換熱器作一般性介紹。,118/141,一、列管式換熱器（管殼式換熱器）,1、構造,列管式（管殼式）換熱器是一種傳統(tǒng)的、應用最廣泛的熱交換設備。由于它結構堅固，且能選用多種材料制造，故適應性極強，尤其在高溫、高壓和大型裝置中得到普遍應用。,119/141,一、列管式換熱器（管殼式換熱器）,殼體、管板、管束、頂蓋（封頭）、擋板,120/141,一、列管式換熱器（管殼式換熱器）,當殼體和管壁之間的溫差在50以上時，由于兩者熱膨脹程度不同，可能會出現將管子扭曲或從管板上拉松，因此，要考慮溫度補償問題。,2、溫度補償問題：,121/141,一、列管式換熱器（管殼式換熱器）,思考：如何判斷

38、管壁溫度tw、殼體壁溫Tw更接近哪一個溫度：熱流體 溫度T、冷流體溫度t or環(huán)境溫度 t0？,若0大，則Tw更接近t0；若1大，則Tw更接近T。,若1大，則tw 更接近T ；若2大，則tw更接近t。,122/141,一、列管式換熱器（管殼式換熱器）,3、溫度補償方法：,換熱器兩端管板和殼體是連為一體的（見圖6-10）。 當殼體和管子之間的溫差較?。?070 )且殼體承受壓力不太高時，可采用補償圈（又稱膨脹節(jié)）。,（1）補償圈補償-固定管板式換熱器,特點：,結構簡單、制造成本低，,適用于殼體和管束溫差小、管外物料比較清潔、 不易結垢的場合。,123/141,一、列管式換熱器（管殼式換熱器）,（2）浮頭補償-浮頭式換熱器,特點：,（3）U型管補償-U型管式換熱器,一端管板用法蘭與殼體連接固定，另一端在殼體中自由伸縮，整個管束可以由殼體中拆卸出來（見圖6-11）。,用于殼體與管子間溫差大的場合，但管內清洗比較困難。,適用于殼體與管束間溫差大、 需經常進行管內、外清洗的場合。,每根管子都為U形，可以自由伸縮（見圖6-12）。,特點：,124/141,一、列管式換熱器（管殼式換熱器）,4、選用、設計簡介,已知：換熱任務（一種流體的進、出口溫度、流量）,設計內容：,冷卻劑或加熱劑的選定：,常用的冷卻劑有：水、空氣、液氨、冷凍鹽水等,常用的加熱劑有：水蒸汽