传热学试题第八章传热和换热器

1、tf1 -匕21、1_ +!h1AA1h2A2tf1 -匕21 .AN h2A2A1第八章传热和换热器第一节通过肋壁的传热一、肋片传热计算式1.以平壁的一侧为肋壁，分析肋壁的传热。设肋和平壁为同一种材料，平壁厚度为6,导热系数为九，肋表面积为A2(A2=A+A2,其中A2为肋片之间的基部面积，a2为肋片表面积)(1)无肋的光壁表面积为A,光壁侧流体1的表面传热系数为hi,温度为tf1,光壁面温度为twi0(2)肋壁侧流体2的表面传热系数为h2,温度为tf2,肋基壁面温度为tw2,肋片a2的平均壁温为tw2,m,设tfitf2o在稳态情况下，各传热环节的热量为：光壁换热：6=hiA(tf1-tw

2、1)平壁导热：6=：A(tw1-tw2)0肋壁换热：G=h2A2(tw2-tf2)+h2A2(tw2,m-tf2)肋片效率为：f=h2A2(tw2,mf2)=也士h2A2(tw2一tf2)tw2一tf2:-h2(A?.fA2)(tw2_tf2)=h2A2(tw2-tf2)A,A式中，=Ag,称为肋片的总效率A2整理以上各式，将肋壁传热公式写成两侧流体温差表示的形式，即:将上式写为：力=KA(tf1-tf2)1式中，k是以光壁面面积A为基准的传热系数k1 =2W/(m2 K)h1 h2 -式中,往往远大于1,所以总可以使P”大于1）A=&,称为肋化系数（加肋后的肋壁总面积与光壁面面积之比）,P1

3、（丁pA1tf1 - tf2式中,k2是以A2为基准的传热系数。k2A22W/(m K)h1h2如果壁面的任何一侧有污垢,则导热系数中应加上污垢热阻Rf ,即导热项的热阻为:对 k1 : - +Rf对 k2： (-+Rf )P加肋后，肋片一侧的热阻为:,它比无肋的光壁换热热阻小（刖1）,因而h2A2=k2A2(tf1-tf2)hAA1h2h1(D增大，一：。应合理确定肋高，使 马7达到一最佳值。(2)肋片间距:使换热量增大。.增加肋片改进换热的效果又与以下因素有关:肋片的高度：须同时考虑P与。二者的关系，肋高增加会使、下降，但却使表面积减少肋的间距，可使肋片的数量增多，肋壁的表面积相应增大，能

4、使P值增大，有利于减小热阻，增加传热。减小肋片间距可增强肋间流体的扰动，使表面传热系数h2增大。肋片间距不应小于热边界层厚度的两倍，以避免肋间流体温度升高，降低传热温差（3）肋的厚度（4）肋的形状：变截面肋（5）肋的材料：导热系数要大，材料要轻。二、加肋的目的1强化传热当换热器两侧的表面传热系数相差较大时，肋片应加在热阻大的一侧效果好。传热壁两侧的热阻差相差越大，在热阻大的一侧加肋产生的强化传热的效果越显著。当换热器两侧的表面传热系数都较低时，如气体换热器，则可在两侧都加肋片。2调节壁面温度在传热壁的低温侧加肋能降低壁面温度。当低温侧热阻壁高温侧热阻大时，在低温侧加肋既能强化传热，又能降低壁面

5、温度。如果低温侧热阻壁高温侧热阻小，则低温侧加肋的主要目的是降低壁面温度。同样，加肋片有时也能使壁温升高。第二节有复合换热时的传热计算复合换热：壁面上除对流换热外，还同时有辐射换热。在分析复合换热时，通常是把辐射换热量按对流换热公式折算成辐射换热表面传热系数，它与对流换热表面传热系数之和即为复合换热表面传热系数。第三节传热的增强和削弱3-1增强传热的方法3-2削弱传热的方法第四节换热器的型式和基本构造换热器的分类1、按工作原理分：间壁式冷热流体由固体壁隔开，不能相混合；混合式冷热流体相互混合（直接接触），如冷却塔，浴池等；回热式（蓄热式）冷热流体交替与固体壁接触，使固体壁周期地吸热和放热，从而

6、将流体的热量传给冷流体。如炼钢热风炉，燃气机空气预热器。2、按结构分（间壁式）：管壳式：结构坚固、制造方便肋片管式：如汽车的水箱板式：以板作为问壁板翅式螺旋板式管壳式换热器构造：传热面由管束构成，管子的两端固定在管板上，管束与管板再封装再外壳内，外壳两端有封头。流体II在管内流动，从进口封头流进管子里，再经出口封头流出。这条路径称为管程。（从管的一端流到另一端称为一个管程）当管子总数及流体流量一定时，管程数分得越多,则管内流速越高。流体I从外壳上的连接管进出换热器，这条路径称为壳程。流体I是在管外流动。在同样流速下，流体横向掠过管子的换热效果要比顺着管子纵向流过时好，因此外壳内一般装有折流挡板

7、，来改善壳程的换热。2-4型换热器示意图第五节平均温度差在非相变换热过程中，流体温度随换热过程而不断变化，所以换热器中各点的传热温差也不断变化，进行传热量计算必须了解换热器的平均传热温差A%。根据平均传热温差5m表示的传热方程式的一般形式为：G=k，Adtm一、简单顺流换热器平均温差的计算式 TOC o 1-5 h z 在推导平均温差计算式时的假定：，1、冷、热流体的质量流量M2和Mi及比热容C2和Ci在整个换热面上都是常量;IIb2、传热系数在整个传热面上不变；T3、换热器无散热损失；I4、换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计；5、在换热器中，任一种流体都不能既有相变又有单相介质换热。在换热

8、面Ax处，取一段微元换热面积dA分析。在dA两侧，冷、热流体的温度分别为t2及ti ,温差为At ,即 Atx =t1 -t2o(D通过微元面dA的热流量为：dG = k Atx dA热流体放出这部分热量后温度下降了 dtid：。= -M 1c1dti式中,是因热流体流过dA时，dt）为温度降，负值。对冷流体，则有：di =M 2c2dt2对式（1）微分，并利用式（3）、（4）的关系，有:d( L) =dti -出2 =-1,d- - J d中M 2c2将式（2）代入式（5）得：d（Mx）=_Rk&xdA一纱空Ax处，温差为&x对该式从0到Ax积分，已知Ax=0时，&x=&,.:个= ； -k

9、dA = l叶一 kAx =tx = Te-JkAx由此可见，温差沿换热面按指数曲线变化。整个换热面的平均温差Atm：A=0 k txdA =:tm1 A .1txdA 二 一A 0AA-kAt .ik A：te xdA =- W kA -1) kA在 Ax = A时，Atx=At,(根据 ln tx =N k Ax =lnt- = NkA),则:t：t!t t- t由此，tm（下 一1）二 XFlnIn tt、简单逆流换热器平均温差的计算式该式称为对数平均温差。同样，经过推导可得到逆流时换热器的平均温差：t-t”工t 二tm ：tln t在顺流时，N总是大于5,在逆流时可能出现 占*”的情况实际计算中，统一用下式计算：tmax - .:tmin.t min当max 、一.根据6=MiCi(titi)=M2c2(t2-12),确定冷、热流体的出口温度ti和t2。三、平均温度法与NTU法的比较：.设计计算时：平均温度法可从求出的温差修正系数名白看出选用的流动形式与逆流相比的差距，有助于流动形式的改进与选择，这是E-NTU法做不到的。两种方法的计算工作量不分上下。.校核计算时：平均温度法需反复进行对数计算，比a-NTU麻烦一些。当