1、,第10章 傳熱過程分析與換熱器熱計(jì)算,10.1 傳熱過程分析與計(jì)算 10.2 換熱器的類型 10.3 換熱器中的傳熱計(jì)算 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計(jì) 10.5 熱量傳遞過程的控制,10.1 傳熱過程分析與計(jì)算,10.1.1 通過平壁傳熱過程,傳熱方程,傳熱系數(shù),10.1.2 通過圓筒壁的傳熱過程,傳熱方程,傳熱系數(shù),【引申思考】增加保溫層是否一定會(huì)起到減少散熱的作用？,臨界熱絕緣直徑,傳熱熱阻,do,dcr,do,dcr,臨界熱絕緣直徑,【物理意義】添加保溫層后，增加還是降低散熱的判據(jù)。,管道外表面Bi,【例1】試分析如下情形的散熱,dodxdcr dodcrdx dcrdodx,【例2

2、】,10.1.3 通過肋壁的傳熱過程,傳熱方程,傳熱系數(shù),1,加肋換熱效果,1,肋化原則,肋片應(yīng)加在表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小側(cè),肋化基本原則,10.2 換熱器的類型,10.2.1 換熱器的分類（工作原理）,間壁式,混合式,蓄熱式,套管式,管殼式,交叉流式,板式,螺旋板式,10.2.2 間壁式換熱器的主要型式,套管式換熱器,順流,逆流,1-2型,2-4型,管殼式換熱器,交叉流換熱器,板式換熱器,螺旋板式換熱器,10.3 換熱器中的傳熱計(jì)算,能量守恒方程,傳熱方程,10.3.1 換熱器計(jì)算基本公式,能量守恒方程,傳熱方程,10.3.2 換熱器傳熱平均溫差,無相變順流問題,dA,對數(shù)平均溫差理論推導(dǎo),【1】傳

3、熱方程角度,【2】能量守恒角度,【3】溫差分布,【4】對數(shù)平均溫差,無相變逆流問題與順流問題的異同,順逆流式換熱器對數(shù)平均溫差通式,tc,o可以超過th,o,tlm,CF tlm,PF,【例題】要求某套管式換熱器熱流體從120冷卻到60，而冷流體由40 加熱到80 ，試分析其對數(shù)平均溫差。,【分析】關(guān)鍵是判斷換熱器的流動(dòng)方向,特殊運(yùn)行情況,【1】qm,hcp,hqm,c,cp,c或者qm,hcp,h,【2】qm,ccp,cqm,h,cp,h或者qm,ccp,c,【3】逆流，qm,ccp,c=qm,h,cp,h,t1= t2 = tlm,復(fù)雜布置,污垢熱阻,考慮污垢和肋片的總傳熱系數(shù),10.3.

4、3 換熱器總傳熱系數(shù),威爾遜圖解法,【步驟解析】管殼式換熱器，常物性，管內(nèi)為旺盛湍流。,【1】hi的確定,【2】ho的確定,【3】Rf 的確定,10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計(jì),10.4.1 設(shè)計(jì)類型與設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)計(jì)算 校核計(jì)算,k、A、qm1 c1 、qm2 c2 、t1、t1”、t2、t2”,熱計(jì)算參量,設(shè)計(jì)類型,設(shè)計(jì)方法,平均溫差法 -NTU法,10.4.2 平均溫差法,設(shè)計(jì)計(jì)算步驟,確定未知溫度； 初步布置換熱面，確定tlm; 確定k； 確定A； 核算流動(dòng)阻力。,直接應(yīng)用傳熱方程和熱平衡方程進(jìn)行熱計(jì)算方法。,校核計(jì)算步驟,假設(shè)一側(cè)流體出口溫度，根據(jù)熱平衡方程確定另一個(gè)出口溫度； 計(jì)算t

5、lm； 確定相應(yīng)工況下的k； 根據(jù)傳熱方程計(jì)算ht ； 根據(jù)熱平衡方程計(jì)算hb； 計(jì)算hb與 ht 相對偏差，并重復(fù)上述步驟，直至滿足精度要求。,10.4.3 效能-傳熱單元法,相關(guān)定義,理論最大換熱量max,效能,根據(jù)與NTU間的關(guān)系來進(jìn)行熱計(jì)算的方法。,熱容量比C,傳熱單元數(shù)NTU,與C、NTU之間的關(guān)系,參見P486-490,設(shè)計(jì)計(jì)算,校核計(jì)算,由熱平衡式確定待定 的溫度； 初步布置換熱面并計(jì)算k； 由4個(gè)進(jìn)出口溫度確定； 根據(jù) 計(jì)算NTU，進(jìn)而獲得kA，確定A； 核算換熱面流體的流動(dòng)阻力,修正與優(yōu)化換熱器布置與型式。,設(shè)計(jì)計(jì)算步驟,假定一出口溫度并根據(jù)熱平衡式確定另一溫度； 根據(jù)進(jìn)出口

6、溫度確定流體物性參數(shù)； 結(jié)合換熱器結(jié)構(gòu)，計(jì)算k； 根據(jù)kA，計(jì)算NTU ； 根據(jù)NTU 確定； 根據(jù)=(qmc)min(t1-t2)計(jì)算； 根據(jù)傳熱方程式計(jì)算出傳熱量”； 計(jì)算hb與 ht 相對偏差，并重復(fù)上述步驟，直至滿足精度要求。,校核計(jì)算步驟,10.5 傳熱強(qiáng)化與隔熱保溫技術(shù),10.5.1 傳熱的強(qiáng)化,專注于主要矛盾即熱阻大的環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化。,強(qiáng)化傳熱主要集中在對流及輻射區(qū)域，尤其是對流區(qū)域。 本節(jié)重點(diǎn)探討減小對流換熱熱阻，強(qiáng)化對流區(qū)域換熱的途徑,從影響對流換熱的因素來考慮 改變流體流動(dòng)狀況，破壞邊界層或增加擾動(dòng)； 改變換熱面的幾何形狀、尺寸及表面狀況； 改變流體物性。,從對流換熱實(shí)驗(yàn)規(guī)律

7、來考慮（以管內(nèi)湍流換熱為例）,從影響對流換熱過程的物理機(jī)制來考慮,無相變的對流換熱 沸騰換熱 凝結(jié)換熱,從是否有附加驅(qū)動(dòng)力來考慮 無源技術(shù)(被動(dòng)技術(shù)) 涂層表面；粗糙表面(圖10-37)；擴(kuò)展表面(圖10-38，10-39)；擾流元件；渦流發(fā)生器(圖10-41) ；螺旋管(圖10-40) ；添加物； 射流沖擊換熱 有源技術(shù)(主動(dòng)式技術(shù)) 對換熱介質(zhì)做機(jī)械攪拌；使換熱表面振動(dòng)；使換熱流體振動(dòng)；將電磁場作用于流體以促使換熱表面附近流體的混合；將異種或同種流體噴入換熱介質(zhì)或?qū)⒘黧w從換熱表面抽吸走。,10.5.2 隔熱保溫技術(shù),隔熱保溫措施 采用導(dǎo)熱系數(shù)很小的絕熱材料； 采用抽真空減小對流換熱的同時(shí)，

8、采用遮熱罩等措施增加輻射熱阻。,傳熱的削弱主要集中在降低導(dǎo)熱熱阻和輻射熱阻方面。,保溫效率（熱力管道）,傳熱削弱原則,通過增加傳熱過程的分熱阻以減小傳熱量。,【例題1】 在采用熱電偶測高溫?zé)煔鈺r(shí)，如何減少測試誤差？,普通型熱電偶工作原理,物理模型,數(shù)學(xué)表述,測試誤差,【引申思考1】如何減少測試誤差？,加遮熱罩式熱電偶工作原理,物理模型,數(shù)學(xué)表述,遮熱罩,熱電偶,【例題2】 中溫輻射時(shí)物體黑度的測試,A1,1=1,T1,能量守恒方程,【例題2】 中溫輻射時(shí)物體黑度的測試,A1,1=1,T1,比較法,【1】待測試樣2,a,【2】參考試樣2,b=1,【例題3】 薄壁套管式相變（水水蒸氣）換熱器，通過改變空氣流量，獲得一系列流體與壁面進(jìn)出口測量值，獲得換熱器的熱負(fù)荷、傳熱系數(shù)，流體的對流傳熱系數(shù)等參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測試值。,熱負(fù)荷,傳熱系數(shù),平均溫差,傳熱方程,【例題3】 薄壁套管式相變（水水蒸氣）換熱器，通過改變空氣流量，獲得一系列流體與壁面進(jìn)出口測量值，獲得換熱器的熱負(fù)荷、傳熱系數(shù)，流體的對流傳熱系數(shù)等參數(shù)。,冷流體側(cè)對流傳熱系數(shù),熱流體側(cè)對流傳熱系數(shù),