热交换器学习教案

1、会计学1热交换器热交换器第一页，共50页。24-5 4-5 热交换器热交换器(Heat Exchanger)教学教学(jio xu)目的：目的：课课 型：型：教学方法：教学方法：参考文献：参考文献：重重 点：点：了解几种工业上常用的热交换器，掌握了解几种工业上常用的热交换器，掌握(zhngw)它们的构造及操作原理。它们的构造及操作原理。列管式热交换器的构造列管式热交换器的构造(guzo)及操作原理及操作原理化工设备化工设备讲述、图片演示讲述、图片演示化工原理夏清、陈常贵主编化工原理夏清、陈常贵主编第1页/共50页第二页，共50页。3第2页/共50页第三页，共50页。4第3页/共50页第四页，共

2、50页。5第4页/共50页第五页，共50页。6第5页/共50页第六页，共50页。7单位容积有较大的换热面积单位容积有较大的换热面积(min j)(每每m3有效容积的传有效容积的传热面一般为热面一般为6080m2.m-3)，是传热效率较高的热交换器。，是传热效率较高的热交换器。第6页/共50页第七页，共50页。8第7页/共50页第八页，共50页。9第8页/共50页第九页，共50页。10第9页/共50页第十页，共50页。11第10页/共50页第十一页，共50页。12第11页/共50页第十二页，共50页。13折流杆折流杆折流杆平行排列折流杆平行排列(pili)在同一平在同一平面上，各组相互面上，各组

3、相互偏转偏转90度。度。优点：流动阻力优点：流动阻力(zl)小；流体湍流程度强小；流体湍流程度强烈。烈。折流杆换热器管束折流杆换热器管束(gunsh)示意图示意图第12页/共50页第十三页，共50页。14第13页/共50页第十四页，共50页。15第14页/共50页第十五页，共50页。16(5) (5) 翅片管翅片管作用：作用：增大传热面积增大传热面积(表面积可为光滑管的表面积可为光滑管的29倍倍)；提；提高流体的湍流高流体的湍流(tunli)程度，从而提高传热膜系程度，从而提高传热膜系数。数。NOTENOTE：流经翅片一侧的应是传热：流经翅片一侧的应是传热(chun r)(chun r)膜系数

4、膜系数小的流体。小的流体。第15页/共50页第十六页，共50页。17(6)流体流经管内流体流经管内(un ni)或管间的选择：或管间的选择：原则：对传热有利原则：对传热有利(yul)(yul)，减少腐蚀和污垢沉积，减少腐蚀和污垢沉积， 减低压降及减轻设备质量，便于清洗等。减低压降及减轻设备质量，便于清洗等。腐蚀性流体腐蚀性流体(lit)(lit)走管走管程。程。 混浊或易析出沉渣结垢的流体走管程，因管混浊或易析出沉渣结垢的流体走管程，因管内流体可获得较大流速。内流体可获得较大流速。流量小的或粘滞性流体走管程流量小的或粘滞性流体走管程，因可获得较大，因可获得较大流速而有较高的传热膜系数。流速而有

5、较高的传热膜系数。第16页/共50页第十七页，共50页。18压力高的流体压力高的流体(lit)(lit)宜在管内通过，有利于设备宜在管内通过，有利于设备制造和降低材料消耗。制造和降低材料消耗。液液- -液热交换时，温度液热交换时，温度(wnd)(wnd)高的液体走管程，可高的液体走管程，可减少热损失。减少热损失。饱和水蒸气宜走壳程，易于排出冷凝液，同时饱和水蒸气宜走壳程，易于排出冷凝液，同时饱和水蒸气的传热膜系数高，让传热系数低的饱和水蒸气的传热膜系数高，让传热系数低的走管内，因流速走管内，因流速(li s)高而可以提高传热膜高而可以提高传热膜系数。系数。第17页/共50页第十八页，共50页。

6、19第18页/共50页第十九页，共50页。20常用于制药、有机合成和食品工业中。常用于制药、有机合成和食品工业中。夹套反应釜换热时，传热系数夹套反应釜换热时，传热系数K比较低。比较低。第19页/共50页第二十页，共50页。21换热面积一般小于换热面积一般小于15m2.m-3。第20页/共50页第二十一页，共50页。22第21页/共50页第二十二页，共50页。23第22页/共50页第二十三页，共50页。24五、板式五、板式(bnsh)换换热器热器第23页/共50页第二十四页，共50页。25优点优点(yudin)：1、传热板薄，单位容积、传热板薄，单位容积(rngj)有很大的传热有很大的传热面面(

7、可达可达250m2)，并且外表面小，热损失小。，并且外表面小，热损失小。2、传热系数高；流体流动、传热系数高；流体流动(lidng)阻力并不大。阻力并不大。3、操作灵活性大。操作灵活性大。4、金属消耗小，制造、检修、清洗均较方便。金属消耗小，制造、检修、清洗均较方便。第24页/共50页第二十五页，共50页。26优点：优点：结构紧凑，有大的传热面积（结构紧凑，有大的传热面积（50m2.m-3或更多）流或更多）流体允许体允许(ynx)有较高流速，有较高传热系数，约为有较高流速，有较高传热系数，约为列管式的列管式的12倍，且污垢不易沉积。倍，且污垢不易沉积。缺点：要求加工缺点：要求加工(ji gng

8、)质量高，检修和清洗较为困难。质量高，检修和清洗较为困难。第25页/共50页第二十六页，共50页。27特点：特点： 热量热量(rling)的传递经历了气化的传递经历了气化冷凝过程，传冷凝过程，传热膜系数都很大，管壁的温度也相当均匀。热膜系数都很大，管壁的温度也相当均匀。第26页/共50页第二十七页，共50页。28热棒实验热棒实验(shyn)第27页/共50页第二十八页，共50页。291、比较不同类型、比较不同类型(lixng)换热器的优缺点。换热器的优缺点。2、如何选择换热器？、如何选择换热器？第28页/共50页第二十九页，共50页。30通风管措施。在路基内横向埋设水平通风管，冬季冷空气在管内

9、对流，加强了路基填土的散热，有利于降低基底地温(dwn)，提高冻土的稳定性。 第29页/共50页第三十页，共50页。31另一降温的方式是给路基表面盖上一层遮光板。“试想，夏天的太阳光辐射在路基上，下面的冻土肯定会受不了。”吴柏青说，就像夏天外出(wi ch)要戴太阳帽一样。 第30页/共50页第三十一页，共50页。32片石气冷措施。片石气冷路基是在路基垫层之上，片石气冷措施。片石气冷路基是在路基垫层之上，设置一定厚度和空隙度的片石层，因片石层上下界面间设置一定厚度和空隙度的片石层，因片石层上下界面间存在温度梯度，引起片石层内空气的对流，热交换作用存在温度梯度，引起片石层内空气的对流，热交换作用

10、以对流为主导，利用高原冻土区负积温量值大于正积温以对流为主导，利用高原冻土区负积温量值大于正积温量值的气候特点，加快了路基基底地层的散热，取得降量值的气候特点，加快了路基基底地层的散热，取得降低地温、保护冻土的效果。低地温、保护冻土的效果。 碎石碎石( (片石片石) )护坡或护道措施。在路基一侧或两护坡或护道措施。在路基一侧或两侧堆填碎石或片石，形成护坡或护道。碎石侧堆填碎石或片石，形成护坡或护道。碎石( (片石片石) )护坡护坡空隙内的空气在一定温度梯度作用下产生对流，寒季碎空隙内的空气在一定温度梯度作用下产生对流，寒季碎石石( (片石片石) )内空气对流换热作用强烈，有利于地层散热；内空气

11、对流换热作用强烈，有利于地层散热；暖季碎石暖季碎石( (片石片石) )内空气对流作用减弱，对热量的传入产内空气对流作用减弱，对热量的传入产生屏蔽作用，减少了暖季的传热生屏蔽作用，减少了暖季的传热(chun r)(chun r)，达到了降，达到了降低地温、保护冻土的效果。低地温、保护冻土的效果。第31页/共50页第三十二页，共50页。33辐射传热辐射传热(chun r)的机理的机理辐射传热过程是热物体以波的形式向四周散播辐射能，辐射传热过程是热物体以波的形式向四周散播辐射能，辐射能遇到另一物体时，被全部或部分地吸收辐射能遇到另一物体时，被全部或部分地吸收(xshu)，被吸收被吸收(xshu)的辐

12、射能重新转变成为热能。的辐射能重新转变成为热能。辐射与传导或对流的差别：辐射与传导或对流的差别：辐射能的发生是由于物体的原子内部激动的结果，它可辐射能的发生是由于物体的原子内部激动的结果，它可以直接传播以直接传播。任何绝对零度以上的物体均能辐射能量（这也。任何绝对零度以上的物体均能辐射能量（这也是遥感技术的根据），是遥感技术的根据），辐射的强度和波长与物体的温度有关辐射的强度和波长与物体的温度有关。热辐射的波长范围一般是热辐射的波长范围一般是0.840nm (可见光为可见光为0.40.8 m,红红外线为外线为0.7500 m).第32页/共50页第三十三页，共50页。34基本概念基本概念射到物

13、体射到物体(wt)表面的辐射能，一部分被反射，一部分被表面的辐射能，一部分被反射，一部分被吸收，其余部分则透过，它们在总辐射能中的分数分别称吸收，其余部分则透过，它们在总辐射能中的分数分别称为反射率、吸收率和透过率。为反射率、吸收率和透过率。单原子和对称双原子气体（如单原子和对称双原子气体（如N2N2、O2O2、H2H2）能让全部）能让全部辐射能透过辐射能透过(tu (tu u)u)，称为透热体。，称为透热体。一氧化碳以及三原子以上包括碳氢化合物的气体，则吸一氧化碳以及三原子以上包括碳氢化合物的气体，则吸收某些波长范围的辐射能，而让某些波长范围的透过，收某些波长范围的辐射能，而让某些波长范围的

14、透过，它们它们(t men)称为半透体。称为半透体。第33页/共50页第三十四页，共50页。35能完全吸收能完全吸收(xshu)辐射能的称为黑体或绝对黑体。辐射能的称为黑体或绝对黑体。能完全反射辐射能的物体能完全反射辐射能的物体(wt)称为镜体或绝对白体。称为镜体或绝对白体。实际实际(shj)物体只能部分吸收辐射能，通称为灰体。物体只能部分吸收辐射能，通称为灰体。物料表面越粗糙，则对辐射能的吸收率越高。颜色与吸收率没有直接关系，许多浅色物体的吸收率也很高。NOTENOTE：第34页/共50页第三十五页，共50页。36包括黑体的任何包括黑体的任何(rnh)物体的发射率（反映其辐物体的发射率（反映

15、其辐射能力）与吸收率之比恒为一个常数。射能力）与吸收率之比恒为一个常数。该温度该温度(wnd)下物体的吸收率越大，发射率也越大。下物体的吸收率越大，发射率也越大。物体的发射率与黑体发射率之比称为物体的物体的发射率与黑体发射率之比称为物体的黑度黑度 。由于黑体有最大的发射率，物体黑度越大其发射率就越强。由于黑体有最大的发射率，物体黑度越大其发射率就越强。第35页/共50页第三十六页，共50页。37 物体的辐射能量分布在所物体的辐射能量分布在所 有的有的 波长范围波长范围(fnwi)，其分布关系，其分布关系随温度的随温度的 改变而改变。改变而改变。 各温度曲线各温度曲线(qxin)下的面积，下的面

16、积，表示单位时间、单位面积的物体反表示单位时间、单位面积的物体反射的总辐射能量，称为物体的辐射射的总辐射能量，称为物体的辐射能力能力E。 随温度随温度(wnd)的提高，辐射能力急剧增大。的提高，辐射能力急剧增大。第36页/共50页第三十七页，共50页。38 黑体黑体(hit)的辐射能力的辐射能力E0与绝对温度的四次方成正比：与绝对温度的四次方成正比：400)100(TE0黑体(hit)的辐射系数（也称为Stefan-Boltzmann常量）,其值为5.67,单位W.m-2.K-4。 实际物体的辐射能力较黑体低实际物体的辐射能力较黑体低440)100()100(TTE第37页/共50页第三十八页

17、，共50页。39 图中各温度曲线下方各波长图中各温度曲线下方各波长(bchng)的纵轴距离称为辐射强度的纵轴距离称为辐射强度I。各温度有一最高辐射强度。随温度的提各温度有一最高辐射强度。随温度的提高，最高辐射强度急剧增大，并往波长短高，最高辐射强度急剧增大，并往波长短的方向移动，即属于可见光波长范围的方向移动，即属于可见光波长范围(fnwi)的辐射能在总辐射能中的比重增加的辐射能在总辐射能中的比重增加大。大。 500以下以下(yxi)，物体的辐射能几乎，物体的辐射能几乎全部是红外部分，全部是红外部分，500以上，辐射以上，辐射的波长向可见光转移，物体开始呈现红色，而到的波长向可见光转移，物体开

18、始呈现红色，而到1250 1500时，辐射强度增大，可见光波长范围的辐射增长更多，物体呈时，辐射强度增大，可见光波长范围的辐射增长更多，物体呈亮白色光泽。亮白色光泽。第38页/共50页第三十九页，共50页。40炉塘或物料色泽炉塘或物料色泽温度温度/炉塘或物料色泽炉塘或物料色泽温度温度/本身颜色开始转色暗 褐赤 褐。亮 红325以下325520520580580650。830880黄红橘红。白亮 白8809509501000。1350145014501600第39页/共50页第四十页，共50页。41远红外加热是利用(lyng)物料吸收远红外辐射器发出的远红外线（波长1150 m ，常用215 m ），转变为热能而将物料加热或干燥。特别适用于有机物、高分子材料以及含水物料(w lio)的加热，因为这些物料(w lio)在远红外区有很宽的吸收带（水的远红外吸收波峰为2.7 m ）,在受到照射时容易吸收远红外线,吸收后分子发生剧烈的震荡,使之迅速升温.第40页/共50页第四十一页，共50页。传导和对流传热时的传热速率直接与温度差成正比。辐射(fsh)传热时的传热速率则与温度的四次方之差成正比。传热过程中，传导、对流和辐射往往同时发生。高温（如500以上）时辐