传热过程与换热器的热计算201简化.pptx

第10章 传热过程分析与 换热器热计算 10.1 传热过程分析与计算 10.2 换热器的类型 10.3 换热器中的传热计算 10.4 间壁式换热器的热设计 10.5 热量传递过程的控制 10.1 传热过程分析与计算 10.1.1 通过平壁传热过程 p传热方程 p传热系数 10.1.2 通过圆筒壁的传热过程 p传热方程 p传热系数 【引申思考】增加保温层是否一定会起到减少散热的作用 ？ p临界热绝缘直径 n传热热阻 dx dx R Rx Rho R Rhi + R dodcr dodcr n临界热绝缘直径 【物理意义】添加保温层后，增加还是降低散热的判 据。 n管道外表面Bi 【例例1 1】试分析如下情形的散热试分析如下情形的散热 do1 p 加肋换热效果 1 肋化原则 肋片应加在表面传热系数小侧 p 肋化基本原则 10.2 换热器的类型 10.2.1 换热器的分类（工作原理） 间壁式混合式蓄热式 套 管 式 管 壳 式 交 叉 流 式 板 式 螺 旋 板 式 10.2.2 间壁式换热器的主要型式 p 套管式换热器 顺流 逆流 1-1型 1-2型2-4型 p 管壳式换热器 p交叉流换热器 管流 叉流 带肋片，内外侧流体均不混合 管流 叉流 不带肋片，单侧流体混合 p板式换热器 p螺旋板式换热器 10.3 换热器中的传热计算 A n能量守恒方程 n传热方程 10.3.1 换热器计算基本公式 n能量守恒方程 n传热方程 10.3.2 换热器传热平均温差 p 无相变顺流问题 dx Ax x dA n对数平均温差理论推导 【1】传热方程角度 【2】能量守恒角度 【3】温差分布 dx Ax x dA 【4】对数平均温差 dx Ax x dA p 无相变逆流问题与顺流问题的异同 p顺逆流式换热器对数平均温差通式 x T 【1】 12 x T 【2】 2 1 n tc,o可以超过th,o n tlm,CF tlm,PF 【例题】要求某套管式换热器热流体从120冷却到60， 而冷流体由40 加热到80 ，试分析其对数平均温差。 【分析】关键是判断换热器的流动方向 p特殊运行情况 【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 x T 【1】 12 x T 【2】 2 1 x T 【3】 12 p复杂布置 p 污垢热阻 p 考虑污垢和肋片的总传热系数 10.3.3 换热器总传热系数 p 威尔逊图解法 【步骤解析】管壳式换热器，常物性，管内为旺盛湍 流。 【1】hi的确定 【2】ho的确定 【3】Rf 的确定 10.4 间壁式换热器的热设计 10.4.1 设计类型与设计方法 n 设计计算 n 校核计算 k、A、qm1 c1 、qm2 c2 、t1、t1”、t2、t2” p 热计算参量 p 设计类型 p 设计方法 n平均温差法 n-NTU法 10.4.2 平均温差法 p 设计计算步骤 n 确定未知温度； n 初步布置换热面，确定tlm; n 确定k； n 确定A； n 核算流动阻力。 直接应用传热方程和热平衡方程进行热计算方法。 p 校核计算步骤 n 假设一侧流体出口温度，根据热平衡方程确定另一 个出口温度； n 计算tlm； n 确定相应工况下的k； n 根据传热方程计算ht ； n 根据热平衡方程计算hb； n 计算hb与 ht 相对偏差，并重复上述步骤，直至满 足精度要求。 10.4.3 效能-传热单元法 p 相关定义 n 理论最大换热量max n 效能 根据与NTU间的关系来进行热计算的方法。 n 热容量比C n 传热单元数NTU n 与C、NTU之间的关系 参见P486-490 设计计算 校核计算 n 由热平衡式确定待定 的温度； n 初步布置换热面并计算k； n 由4个进出口温度确定； n 根据 计算NTU，进而获得kA，确定A； n 核算换热面流体的流动阻力,修正与优化换热器布置与型 式。 p 设计计算步骤 n 假定一出口温度并根据热平衡式确定另一温度； n 根据进出口温度确定流体物性参数； n 结合换热器结构，计算k； n 根据kA，计算NTU ； n 根据NTU 确定； n 根据=(qmc)min(t1-t2)计算； n 根据传热方程式计算出传热量”； n 计算hb与 ht 相对偏差，并重复上述步骤，直至满足精度 要求。 p 校核计算步骤 10.5 传热强化与隔热保温技术 10.5.1 传热的强化 专注于主要矛盾即热阻大的环节进行强化。 n强化传热主要集中在对流及辐射区域，尤其是对流区域。 n本节重点探讨减小对流换热热阻，强化对流区域换热的途径 p从影响对流换热的因素来考虑 n 改变流体流动状况，破坏边界层或增加扰动； n 改变换热面的几何形状、尺寸及表面状况； n 改变流体物性。 p从对流换热实验规律来考虑（以管内湍流换热为例） p从影响对流换热过程的物理机制来考虑 n 无相变的对流换热 n 沸腾换热 n 凝结换热 p 从是否有附加驱动力来考虑 n无源技术(被动技术) 涂层表面；粗糙表面(图10-37)；扩展表面(图10-38 ，10-39)；扰流元件；涡流发生器(图10-41) ；螺旋管(图 10-40) ；添加物； 射流冲击换热 n有源技术(主动式技术) 对换热介质做机械搅拌；使换热表面振动；使换热流 体振动；将电磁场作用于流体以促使换热表面附近流体的混 合；将异种或同种流体喷入换热介质或将流体从换热表面抽 吸走。 10.5.2 隔热保温技术 p 隔热保温措施 n采用导热系数很小的绝热材料； n采用抽真空减小对流换热的同时，采用遮热罩等措施 增加辐射热阻。 传热的削弱主要集中在降低导热热阻和辐射热阻方面。 p 保温效率（热力管道） p 传热削弱原则 通过增加传热过程的分热阻以减小传热量。 【例题1】 在采用热电偶测高温烟气时，如何减少测试误差？ p 普通型热电偶工作原理 n 物理模型 n 数学表述 n 测试误差 【引申思考1】如何减少测试误差？ p 加遮热罩式热电偶工作原理 n 物理模型 n 数学表述 遮热罩 热电偶 【例题2】 中温辐射时物体黑度的测试 A1,1=1,T1 A2,2,T2 tf n 能量守恒方程 【例题2】 中温辐射时物体黑度的测试 A1,1=1,T1 A2,2,T2 tf n 比较法 【1】待测试样2,a 【2】参考试样2,b=1 【例题3】 薄壁套管式相变（水水蒸气）换热器，通 过改变空气流量，获得一系列流体与壁面进出口测量值 ，获得换热器的热负荷、传热系数，流体的对流传热系 数等参数的实验测试值。 p 热负荷 p 传热系数 p 平均温差 p 传热方程 空气 饱和蒸汽 【例题3】 薄壁套管式相变（水水蒸气）换热器，通 过改变空气流量，获得一系列流体与壁面进出口测量值 ，获得换热器的热负荷、传热系数，流体的对流传热系 数等参数。 p 冷流体侧对流传热系数 空气