1、第三章 傳熱及傳熱設(shè)備,主講：畢成良,本章重點,掌握三種傳熱方式的基本定律和計算方法。 重點掌握對流傳熱及其計算。 了解換熱器的類型、結(jié)構(gòu)。掌握列管式換熱器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計及選用。 了解新型換熱器的結(jié)構(gòu)及原理。掌握強化傳熱的途徑。,本章主要內(nèi)容,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 熱傳導 第三節(jié) 對流傳熱 第四節(jié) 傳熱計算 第五章 輻射傳熱 第六章 換熱器 小結(jié)、習題課,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述,化工生產(chǎn)需要大規(guī)模地改變物質(zhì)的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)，這些性質(zhì)的變化都涉及熱能的傳遞。 化學反應(yīng)：向反應(yīng)器提供熱量或從反應(yīng)器移走熱量；蒸發(fā)、蒸餾、干燥：按一定的速率向這些設(shè)備輸入熱量；高溫或低溫設(shè)備：隔熱保溫，減

2、少熱損失；熱能的合理利用和廢熱回收。,化工生產(chǎn)的傳熱問題,一、熱量傳遞的方式,熱傳導：依靠物體中微觀粒子的熱運動，如固體中的傳熱； 熱對流：流體質(zhì)點（微團）發(fā)生宏觀相對位移而引起的傳熱現(xiàn)象，對流傳熱只能發(fā)生在流體中，通常把傳熱表面與接觸流體的傳熱也稱為對流傳熱； 熱輻射：高溫物體以電磁波的形式進行的一種傳熱現(xiàn)象熱輻射不需要任何介質(zhì)作媒介。在高溫情況下，輻射傳熱成為主要傳熱方式。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述,（一）熱傳導 氣體 分子做不規(guī)則熱運動時相互碰撞的結(jié)果； 固體 導電體：自由電子在晶格間的運動； 非導電體：通過晶格結(jié)構(gòu)的振動實現(xiàn)； 液體 機理復雜。 特點：靜止介質(zhì)中的傳熱，沒有物

3、質(zhì)的宏觀位移。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述,（二）熱對流 自然對流：由于流體內(nèi)溫度不同造成的浮升力引起的流動。 強制對流：流體受外力作用而引起的流動。 特點：流動介質(zhì)中的傳熱，流體作宏觀運動。 （三）熱輻射 物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射。 能量轉(zhuǎn)移、能量形式的轉(zhuǎn)化。 不需要任何物質(zhì)作媒介 。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述,二、典型的換熱設(shè)備,直接混合式傳熱：冷熱兩種流體直接接觸，在混合過程中進行熱交換。不常用，如涼水塔。 間壁式換熱：參與傳熱的兩種流體被隔開在固體間壁的兩側(cè)，冷、熱兩流體在不直接接觸的條件下通過固體間壁進行熱量的交換。,套管式換熱器,第三章 傳熱及傳熱

4、設(shè)備第一節(jié) 概述,列管式換熱器,單程列管式換熱器,雙程列管式換熱器,二典型的換熱設(shè)備,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述,傳熱過程的基本問題, 載熱體用量的確定； 設(shè)計新的換熱器； 核算現(xiàn)有換熱器的傳熱性能； 強化或削弱傳熱的方法。,解決這些問題需要兩個基本關(guān)系式,熱量恒算式,若忽略過程熱損失,傳熱速率關(guān)系,傳熱速率(熱流量) Q ：單位時間內(nèi)所交換的熱量(W),傳熱通量(熱流密度) q： 單位時間單位傳熱面積上傳遞的熱量(W/m2),第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述,（一）間壁式換熱器,三、流體通過間壁換熱過程,傳熱速率Q（熱流量）：單位時間內(nèi)通過換熱器

5、的整個傳熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位 J/s或W。 熱流密度q （熱通量） ：單位時間內(nèi)通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位 J/(s. m2)或W/m2。,（二）傳熱速率與熱流密度,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述,（三）穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述,（四）兩流體通過間壁的傳熱過程,穩(wěn)態(tài)傳熱：,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述,式中 tm兩流體的平均溫度差，或K； A傳熱面積，m2； K總傳熱系數(shù)，W/(m2)或W/(m2K)。,（五）總傳熱速率方程,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,一、熱傳導基本概念,溫度場：某時刻，物體或空間各點的

6、溫度分布。,（一）溫度場和等溫面,非穩(wěn)態(tài)溫度場,穩(wěn)態(tài)溫度場,等溫面：在同一時刻，溫度場中所有溫度相同的點 組成的面。,不同溫度的等溫面不相交。,（二）溫度梯度,方向：法線方向，以溫度增加的方向為正。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,溫度梯度：兩等溫面的溫度差與其間的法線距離之比稱為溫度梯度，即:,式中 dQ 熱傳導速率，W或J/s； dA 導熱面積，m2； t/n 溫度梯度，/m或K/m； 導熱系數(shù)，W/(m)或W/(mK)。,負號表示傳熱方向與溫度梯度方向相反,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,單位時間通過單位面積的熱流量與其溫度梯度成正比，即:,二、傅里葉定律Fourier,第三

7、章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,三、熱導率/熱傳導系數(shù),熱導率：表示物質(zhì)導熱能力的物理量，稱為熱導率。 熱導率的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、壓力和溫度有關(guān) 固體的熱導率：金屬的熱導率較大，且隨溫度升高而略有下降；非金屬的熱導率較小，且一般隨溫升而增。在不是特別精確的計算時，我們可認為固體的熱導率是常數(shù)。 液體的熱導率：非金屬液體中水的熱導率最大。除水和甘油外，熱導率隨溫升而降。 氣體的熱導率：氣體的熱導率很小，不利于傳熱而有利于保溫。故一般的保溫材料都是多孔的。,在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量, = f(結(jié)構(gòu), 組成, 密度, 溫度, 壓力）,金屬固體 非金屬固體 液體 氣體,表征材料

8、導熱性能的物性參數(shù),三、熱傳導系數(shù),第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,1.固體熱傳導系數(shù)/熱導率,金屬材料 10102 W/(mK) 建筑材料 10-110 W/(mK) 絕熱材料 10-210-1 W/(mK),在一定溫度范圍內(nèi)：,對大多數(shù)金屬材料a 0 ， t ,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,2.液體熱傳導系數(shù)/熱導率,金屬液體較高，非金屬液體低； 非金屬液體水的最大； 水和甘油：t ， 其它液體：t ，,0.090.6 W/(mK),第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,3.氣體熱傳導系數(shù)/熱導率,t ， 一般情況下，隨p的變化可忽略； 氣體不利于導熱，有利于保溫或隔熱。,0

9、.0060.4 W/(mK),第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,4.熱傳導系數(shù)與溫度的關(guān)系 二者基本上呈直線關(guān)系，金屬和體液的熱傳導系數(shù)隨溫度增加而減少(水例外)，氣體與非金屬熱傳導系數(shù)隨溫度增加而增加。 5.熱傳導系數(shù)與壓強關(guān)系 固體和液體的熱傳導系數(shù)與壓強基本無關(guān)，氣體在壓強很高(大于200MPa) 或很低(小于2700Pa)時熱傳導系數(shù)隨壓強增加而增大或隨壓強降低而減小。,（一）單層平壁熱傳導,假設(shè)： 材料均勻，為常數(shù)； 一維溫度場，t沿x變化； A/b很大，忽略端損失。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,四、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導,積分：,第三章

10、 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,（二）多層平壁熱傳導,假設(shè)： 各層接觸良好，接觸面 兩側(cè)溫度相同。,t1,t2,b1,t,x,b2,b3,t2,t4,t3,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,各層的溫差,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,結(jié)論： 多層平壁熱傳導，總推動力為各層推動力之和，總熱阻為各層熱阻之和； 各層溫差與熱阻成正比。,推廣至n層：,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,（一）單層圓筒壁的熱傳導,特點： 傳熱面積隨半徑變化， A=2rl (2) 一維溫度場，t沿r變化。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,五、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導,在半徑r處取dr同心薄層圓筒,積分,第三章

11、 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,討論：,對數(shù)平均面積,熱阻,令,對數(shù)平均半徑,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,又,一般 時，,（二）多層圓筒壁的熱傳導,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,三層：,n層圓筒壁：,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導,1.對流傳熱過程,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,一、對流傳熱及其類型,流體流過與流體平均溫度不同的固體壁面時的熱交換過程在工程上稱為對流傳熱或“傳熱”過程。,湍流主體 溫度梯度小，熱對流為主,層流內(nèi)層 溫度梯度大，熱傳導為主,過渡區(qū)域 熱傳導、熱對流均起作用,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流

12、傳熱,對流傳熱過程大致可分四種基本類型 (1) 流體強制對流傳熱 若由于水泵、風機或其它外力作用引起流體運動，則稱為強制對流。 (2) 流體自然對流傳熱 若由于運動是因流體內(nèi)部各處溫度不同引起局部密度差異所致，則稱為自然對流。,2.對流傳熱的類型,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,(3) 蒸汽冷凝傳熱 蒸汽遇到溫度低于其飽和溫度的冷固體壁面時，蒸汽放熱并凝成液體，冷凝液在重力作用下沿壁面流下，這種傳熱類型叫蒸汽冷凝傳熱。 (4) 液體沸騰傳熱 液體從固體壁面取得熱量而沸騰，在液體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，氣泡在浮升時因繼續(xù)發(fā)生液體氣化而長大的傳熱類型叫液體沸騰傳熱。 (1)(2)類型的傳熱為液體無相

13、變的傳熱，(3)(4)類型的傳熱為流體有相變的傳熱。,2.對流傳熱的類型,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,二、對流傳熱速率與對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),式中 Q 對流傳熱速率，W； 1 、 2 熱、冷流體的對流傳熱系數(shù)， W/(m2K)； T 、TW、t、tW 熱、冷流體的平均溫度及平均壁溫，。,冷流體：,熱流體：,牛頓冷卻定律,三、對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響因素,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,1.流體的流動狀態(tài) 湍流 層流 2.引起流動的原因 自然對流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動。 強制對流：由于外力和壓差而引起的流動。 強制 自然,自然對流的產(chǎn)生：,設(shè) 熱處：t2，2； 冷處：

14、t1，1,體積膨脹系數(shù)，1/C.,或,而,得：,或,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,由溫度差而產(chǎn)生的單位體積的升力：,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,5. 是否發(fā)生相變 相變 無相變,4. 傳熱面的形狀，大小和位置 形狀管、板、管束等； 大小管徑、管長、板厚等； 位置管子的排列方式，垂直或水平放置。,3.流體的物性 cp-單位體積流體所具有的熱容量， -粘度，-熱傳導系數(shù)，-體積膨脹系數(shù)。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,6.流體的溫度 溫度升高，附加的自然對流強度增大。 7.溫度邊界層 假定以流體溫度t滿足tw-t=0.99(t

15、w-t )的等溫面為分界面，在此分界面與壁面間的流動層稱為溫度邊界層，通常對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)等于流體熱傳導系數(shù)與有效層流膜厚度之商，但有效層流膜厚度難以確定，因此要靠實驗測得。,四、對流傳熱的特征數(shù)及特征數(shù)關(guān)聯(lián)式的確定方法 1. 用量綱分析法確定有關(guān)特征數(shù),變量數(shù)目： 8個 基本量綱 4個：長度L，時間T，質(zhì)量M，溫度 無量綱特征數(shù)（8-4）=4,無相變時,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,1. 努塞爾特（Nusselt ）數(shù),表示對流傳熱系數(shù)的特征數(shù),2. 雷諾（Reynolds）數(shù),反映流體的流動狀態(tài)對對流傳熱的影響,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,3. 普蘭特（Prandtl

16、）數(shù),反映流體的物性對對流傳熱的影響,4. 格拉斯霍夫（Grashof）準數(shù),表示自然對流對對流傳熱的影響,一般形式：Nu=f (Re, Pr, Gr) 簡化：強制對流 Nu=f (Re, Pr) 自然對流 Nu=f (Pr, Gr),第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,使用特征數(shù)關(guān)聯(lián)式時應(yīng)注意： 1. 定性溫度：流體進出口的平均溫度、壁面的平均溫度、流體和壁面的平均溫度。 2. 定型尺寸：傳熱面幾何特征的長度。 3. 特征速度：流體的速度。 4. 熱流方向?qū)Ρ砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響 要表明液體物性對的影響僅用定性溫度是不夠的，還需要指明熱流方向。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,五、無

17、相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式 （一）流體在管內(nèi)作強制對流 1. 圓形直管內(nèi)的強制湍流,（1）應(yīng)用范圍：Re 104, Pr=0.7160, L/d 60, 氣體或低粘度的液體（2 水） （2）定性溫度：流體進出口的算術(shù)平均 值 （3）特征尺寸：管內(nèi)徑,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,討論： （1）加熱與冷卻的差別：,液體,氣體,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,物性一定時：,（2）影響因素：,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,公式修正：,（1）當L/d 2 水）,工程處理： 加熱： 冷卻：,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,（3） 彎管,（4）非圓形管道,用當量直徑

18、計算。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,2. 圓形直管內(nèi)流體處于過渡區(qū)時的對流傳熱系數(shù),2300 Re 104,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,3. 圓形直管內(nèi)強制層流,（1）隨熱流方向不同，速度分布情況不同；,（2）自然對流造成了徑向流動，強化了對流傳熱過程。,對于液體,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,自然對流可以忽略： Gr 25000,自然對流不能忽略：Gr25000 乘校正因子：,適用范圍：,定性溫度：,特征尺寸：管內(nèi)徑,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,（二）流體在管外強制對流傳熱,1. 流體在管束外垂直流過,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,應(yīng)用

19、范圍：Re=500070000; x1/d=1.25; x2/d=1.25 特征尺寸：管外徑；流速取各排最窄通道處 定性溫度：進、出口溫度平均值,Nu=C Ren Pr0.4,平均對流傳熱系數(shù)：,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,2流體在換熱器管間的流動,折流擋板形式：圓缺形、圓環(huán)形,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,設(shè)置折流擋板目的： 增加殼程流體的湍動程度，進而提高殼程的。,圓缺形折流擋板：,定性溫度：,應(yīng)用范圍：Re=2103106,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,正方形排列：,正三角形排列：,特征尺寸：（1）當量直徑de,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,（2

20、）流速u按流通截面最大處的截面計算：,式中 h兩塊折流擋板間距離，m； D換熱器殼徑，m；,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié) 對流傳熱,（三）自然對流時的對流傳熱系數(shù),定性溫度：膜溫（tm+tw）/2 特征尺寸：垂直的管或板為高度H 水平管為管外徑d0,各種情況下的C、n值及特征尺寸不同。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備 第三節(jié) 對流傳熱,總傳熱速率方程,式中 Q傳熱速率，W； tm兩流體的平均溫度差，； A傳熱面積，m2； K總傳熱系數(shù)，W/(m2) 。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,（一）恒溫傳熱,（二）變溫傳熱,tm與流體流向有關(guān),一、傳熱平均溫度差,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱

21、過程計算,1. 逆流與并流,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,以逆流為例推導tm,假設(shè)：（1）穩(wěn)態(tài)流動，qm1、 qm2為常數(shù)； （2）cp1、cp2為常數(shù)； （3）K沿管長不變化； （4）熱損失忽略不計。,對于微元：,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,而,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,逆流、并流均適用； 當t2/t12，則可用算術(shù)平均值。,對數(shù)平均溫度差,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,2. 錯流與折流, 1 tm tm逆, 0.9,若 0.8,，溫差損失大，傳熱不穩(wěn)定；,應(yīng)改變流型,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,（三）流向的選擇,

22、1. 所需傳熱面積, 逆流優(yōu)于并流。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,2. 載熱體消耗量,加熱任務(wù)：t1t2,（T2并）min=t2,（T2逆）min=t1, 逆流優(yōu)于并流。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,3. 溫度差分布,逆流時的溫度差分布更均勻。,4. 并流操作適用于熱敏性物料、粘稠物料等的加熱， 或生產(chǎn)工藝要求溫度不能過高或過低的場合。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,二、總傳熱系數(shù),K總傳熱系數(shù)，W/(m2K),（一）總傳熱系數(shù)計算,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,管內(nèi)對流,管外對流,管壁熱傳導,穩(wěn)態(tài)傳熱,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)

23、傳熱過程計算,（1）平壁 dA=dA1=dA2=dAm,討論：,（2）以外表面為基準 (dA=dA1),第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,K1以外表面為基準的總傳熱系數(shù)，W/(m2.K) dm對數(shù)平均直徑，m,以內(nèi)表面為基準：,d1/d22 可用算術(shù)平均值,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,（二）污垢熱阻,Rd1、Rd2傳熱面兩側(cè)的污垢熱阻，(m2K)/W,（三）提高K值的討論,設(shè)法減小控制熱阻。,（1）減小污垢熱阻防結(jié)垢、及時清洗。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,（2）若污垢熱阻與壁阻可忽略時，有,或,若,則,當1、 2相差較大時：,若,應(yīng)提高較小，進而提高

24、K。,當1、 2相差不大時，二者應(yīng)同時提高。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,三、壁溫的計算,穩(wěn)態(tài)傳熱,（1）大，b/Am?。ū谧栊。﹖WTW,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,TW接近于T，即大(熱阻小)側(cè)流體的溫度,（3）兩側(cè)有污垢,（2）當tW=TW,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,四、傳熱計算,總傳熱速率方程,熱量衡算式 (熱負荷),無相變,有相變,應(yīng)用條件： 定態(tài)流動，qm為常數(shù)； cP為常數(shù)； K為常數(shù)； 忽略熱損失。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,1. 設(shè)計型計算 已知：qm1、T1、T2（生產(chǎn)任務(wù)），t1、qm2等 求：傳熱面積A

25、或校核換熱器是否合適,步驟 :（1）計算熱負荷； （2）計算tm； （3）計算1、2及K； （4）計算A,若 A實 A計 或 Q換 Q需要， 換熱器合適。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,二、操作型計算 （1）已知：換熱器A， qm1、T1， qm2 、t1 求：出口T2、t2 （2）已知：換熱器A， qm1、T1， T2 、t1 求：qm2、 t2,注意：列管式換熱器中,流通面積,傳熱面積,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié) 傳熱過程計算,一、基本概念,1. 輻射：物體通過電磁波來傳遞能量的過程。,2. 熱輻射：物體由于熱的原因以電磁波的形式向 外發(fā)射能量的過程。,特點： 能量形式的轉(zhuǎn)

26、換 不需要任何介質(zhì),第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,能量守恒定律：,吸收率 反射率 穿透率,3. 物體對熱輻射的作用 總能量Q；被物體吸收Q ；被反射Q ；穿過物體Q,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,黑體：,白體(鏡體)：,透熱體：,灰體：以相同的吸收率吸收所有波長輻射能的物體,固體、液體： =0 + =1 氣體： =0 + =1,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,二、物體的輻射能力,物體在一定溫度下，單位表面積、單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部輻射能(波長從0到), E表示, W/m2,黑體輻射常數(shù), 5.669 10-8W/(m2 .K4),（一）黑體,四次方定律表明，熱輻射對

27、溫度特別敏感,Cb黑體輻射系數(shù), 5.669W/(m2 .K4),第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,（二）實際物體,黑度：,1,=f(物體的種類、表面溫度、表面狀況),C灰體的輻射系數(shù)，C= Cb,是物體輻射能力接近黑體輻射能力的程度,實驗測定,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,（三）克?；舴蚨?對灰體:,熱交換達到平衡時 T1=T2, q=0,任意物體:,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,結(jié)論： （1）物體的輻射能力越強，其吸收率越大 （2）= 同溫度下，物體的吸收率與黑度數(shù)值上相等 （3） ，E Eb 在任何溫度下、各種物體中以黑體的輻射能力為最大,第三章 傳熱及傳熱設(shè)

28、備第五節(jié) 輻射傳熱,（一）輻射傳熱速率,三、兩固體間的相互輻射,兩面積無限大的平行平板,兩平面有限大的平行平板,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱, 一物體被另一物體包圍,若外圍為黑體， 1=1 或 A2 A1，,則 C1-2=C1=Cb1,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,1. 溫度的影響 T4；低溫可忽略，高溫可能成為主要方式 2. 幾何位置的影響 3. 表面黑度的影響 ，可通過改變大小強化或減小輻射傳熱 4. 輻射表面間介質(zhì)的影響 減小輻射散熱，在兩換熱面加遮熱板（ 小熱屏）,（二）影響輻射傳熱的主要因素,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,四、高溫設(shè)備及管道的熱損失,對流

29、：,輻射：,令=1,總熱損失：,T對流-輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)，W/(m2.K),第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,（1）空氣自然對流，tW150C,（2）空氣沿粗糙壁面強制對流,管道及圓筒壁保溫層外,空氣速度u5m/s,平壁保溫層外,空氣速度u=5m/s,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,一、換熱器的分類,按用途分類 加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器,按冷、熱流體熱量交換方式分類,混合式、蓄熱式、間壁式,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第六節(jié) 換熱器,二、間壁式換熱器的類型,（一）夾套換熱器,優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單 缺點： A??； 釜內(nèi)小 強化措施： 釜內(nèi)加攪拌； 釜內(nèi)加蛇管 外循環(huán),第三章 傳

30、熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,（二）蛇管換熱器,1. 沉浸式,強化措施：容器內(nèi)加攪拌器，提高K,優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單 管內(nèi)能耐高壓 缺點： 管外小,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,2. 噴淋式,優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單 管內(nèi)能耐高壓 管外 比沉浸式大,缺點： 噴淋不易均勻 占地面積大,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,（三）套管換熱器,優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單 能耐高壓 (K)或tm大,缺點： 結(jié)構(gòu)不緊湊A/V小 接頭多，易漏,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,（四）列管換熱器,管板、管束、封頭、殼體,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,1. 固定管板式,特點：結(jié)構(gòu)簡單；但殼程檢修和清洗困難。,加熱補償圈（膨脹節(jié)）,當管內(nèi)外流體溫差 t 50 時，需考慮溫度熱補償。根據(jù)熱補償方式不同，列管式換熱器分為：,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,2. 浮頭式,特點：可完全消除熱應(yīng)力,便于清洗和檢修, 結(jié)構(gòu)復雜,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,3. U型管式,特點：結(jié)構(gòu)較浮頭簡單；但管程不易清洗。,第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié) 輻射傳熱,三、列管換熱器的選用,1. 根據(jù)工藝任務(wù)，計算熱負荷,2. 計算tm,3. 依據(jù)經(jīng)驗選取K，估算A,4. 確定冷熱流體流經(jīng)管程或殼程，選定u,先按單殼程多管程計算，如果0.8，應(yīng)增加殼程數(shù)；