传热和传热过程市公开课一等奖省赛课获奖课件

学习传热学工程目标各种工程中换热问题进行计算换热器设计……传热和传热过程第1页2

第十章

传热和换热器§1

经过肋壁传热§2

有复合换热时传热计算§3

传热增强和减弱§4换热器型式和基本结构§5平均温度法§6换热器计算传热和传热过程第2页各传热方式/模式：导热、对流、辐射增强/减弱换热基本路径

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减小/增大换热热阻（包括换热系数和面积）传热过程与计算：换热热阻实现增强/减弱换热基本方法

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增大/减小传热系数导热材料、对流强化、表面温度与表面辐射特征

-增大/减小传热面积简单回顾：传热和传热过程第3页§1经过肋壁传热设置肋片目：加大换热面积经过肋壁传热过程Tf1

Tw1

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热阻Tw1Tf1Tw2Tf2Tw2,m？传热和传热过程第4页经过肋壁传热过程Tf1

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热阻Tw1Tf1Tw2Tf2Tw2,m肋片效率：肋面热阻传热和传热过程第5页热阻Tw1Tf1Tw2Tf2肋面热阻以A2为计算基准肋壁总效率肋壁传热热流量以内壁面积为基准传热和传热过程第6页7

称为肋化系数经过肋壁传热系数肋壁传热热流量以内壁面积为基准记以内壁面积为基准(>1)所以，加了肋面传热总热阻减小，换热系数增大，有利于换热增强。增强效果则与多个原因相关。说明：以上分析没有考虑污垢热阻。 假如已知，怎样考虑？传热和传热过程第7页肋片设置效果相关注意事项

当壁面两侧换热系数有显著大小不一样时，肋片应 设置在哪个表面？ 气体侧？液体侧?

凝结/沸腾换热侧？非相变对流换热侧？

肋化系数大小与两个面换热系数差异有没有关系？

肋片间距能否很小？

传热和传热过程第8页9

§2

有复合换热时传热计算复合换热：对流换热与辐射换热共存工程实例举例：壁面对流与辐射计算与分析处理方法：分项计算之和辐射换热表面传热系数传热和传热过程第9页例题10-1例题10-2传热和传热过程第10页11

§3

传热增强与减弱增强传热目标：

减小换热设备体积（使之紧凑） 减小设备材料用量（设备制造成本） 减小运行动力消耗（设备运行成本）

减弱传热目标：

减小热量损失（节能、降耗） 维持温度条件（确保安全、工艺条件、特殊要求）

传热和传热过程第11页12

3-1增强传热方法

目标：减小各步骤热阻（=提升传热系数）

以壁面传热过程为例即是要减小热阻，最需要改进是热阻最大步骤传热和传热过程第12页13

要充分认识污垢影响严重性污垢导热系数小，形成热阻大，有时占总热阻百分比大，从而成为“瓶颈”。工程中处理：清污、除垢、过滤、电化学处理传热和传热过程第13页增强传热（减小热阻）常见方法①扩展传热面：肋片考评指标：单位设备体积换热能力②改变流动状态

增大流速 设置扰动装置或物件 设置引发旋转流动装置或物 加大流体对壁面冲击及扰动传热和传热过程第14页③改变流体物性

气体中加入固体颗粒，形成气-固悬浮体 增大致积比热容，增强对边界层扰动，增强辐射换热蒸汽或气体中加入雾化液滴传热和传热过程第15页④改变换热表面特征 增加表面粗糙度=>加大对对流换热、凝结换热边 界层扰动改变表面结构=>（沸腾换热）增多气化关键、降 低汽化关键形成条件；凝结换热表面凝结液汇 集与增多暴露表面表面涂层=>凝结换热：低表面能（液滴张力角） 涂层促成（或保持）珠状凝结；辐射换热：波长 选择性表面涂层可增强或减弱辐射换热传热和传热过程第16页⑤改变换热面几何特征（形状、尺寸等）

如管内对流换热=>小管径有利于提升对流换热系数；异型截面管有利于减小当量水力直径=>从而提升换热系数；凝结换热表面尺寸越小越有利于减小凝结液膜厚度，从而减小液膜导热热阻，进而增大凝结换热系数传热和传热过程第17页⑥改变能量传递方式如在对流换热流道中增设“对流-辐射板”结构，可大大增强流体与换热表面换热能力.金属丝网，陶瓷板、陶瓷环等.分析：因为增设金属丝网，流体与管内表面换热热流密度增加多少？可能与哪些原因相关？代价是什么？tWtf？？？？？CombinedConvection-Radiation

HeatTransfer例题10-3传热和传热过程第18页⑦利用外部力产生振荡，加大边界层扰动机械力声波或超声波静电场当然，有几个相关问题需要综合考虑：比如制造成本、运行（动力、能耗）成本、设备维护、性能持久性、等总之，一切能够减小热阻–

导热、对流（包含沸腾与凝结）、辐射等各个步骤–

办法，均能够考虑用来增强换热。传热和传热过程第19页20

3-2减弱传热方法

增加各步骤热阻（=减小传热系数）

办法上主要包含：

绝热（保温）材料（开发） 结构上考虑 绝热材料+尤其结构 改表面涂层材料（针对辐射）传热和传热过程第20页21

§4换热器型式和基本结构按工作原理换热器分类两种或两种以上温度不一样流体之间进行热量交换设备间壁式：不一样流体被固体壁面分隔混合式（直接接触式）：不一样流体相互直接接触回热式：回热材料间歇地与冷、热流体接触， 实现流体间热量交换本节内容：间壁式换热器传热和传热过程第21页22

按流体流动特征（方向）分类顺流式：两种流体流 动方向相同逆流式：两种流体流动方 向恰好相反岔流式：两种流体流动方 向垂直或以其它角 度交叉传热和传热过程第22页4-1管壳式换热器

传热和传热过程第23页4-2肋片管式换热器

传热和传热过程第24页4-3板式换热器

传热和传热过程第25页4-4板翅式换热器

传热和传热过程第26页4-5螺旋板式换热器

传热和传热过程第27页传热和传热过程第28页29

换热设备计算需要处理（确定）问题温度热流量换热系数换热面积A换热面冷热流体换热器基本计算公式针对不一样条件需要确定问题传热和传热过程第29页设计计算

校核计算换热器计算两种类型依据生产任务给定换热条件，比如流体类型及流量、进出口温度等，设计一台换热器，普通需要确定换热器型式、结构及面积。A对于已经有(或选定)换热器进行校核，以确认能否到达所要求换热目标。普通需要计算流体出口温度、换热量大小、以及流动阻力等。共同问题温差确实定因为沿程温差不一样传热和传热过程第30页31

§5

平均温度差在基本计算公式 中，是一个平均传热温差。在不一样型式换热器中，换热器温差有不一样特点。分析：局部传热温差随换热表面改变而改变换热器传热温差特点传热和传热过程第31页32

顺流和逆流条件下，局部传热温差随换热表面改变tAtA

顺流逆流热流体冷流体冷流体热流体思索： ①极端理想条件下，冷/热流体可能到达出口温度？ ②其它条件相同条件下，哪种布置更有利？传热和传热过程第32页33

什么参数能反应两种情形下换热性能不一样呢？tAtA换热温差！

平均温度差（以顺流为例）tAAxX位置处局部温差传热和传热过程第33页34

假设：换热系数可近似当成定值AdAtAx热流体失热=冷流体得热已知：M1,c1,M2,c2,K,A

进出口温差求：换热平均温度差平均温差从传热过程定义平均温差从热平衡关系确定平均温差dt1dt2传热和传热过程第34页从热平衡关系确定平均温差AdAtAxdt1dt2传热和传热过程第35页36

AdAtAx从热平衡关系确定平均温差dt1dt2一个做法,可行，但稍显麻烦教材中方法更简练传热和传热过程第36页37

AdAtAx从热平衡关系确定平均温差dt1dt2对数平均温差传热和传热过程第37页38

对于叉排等其它情形，平均换热温差采取逆流对数温差，并作修正。（参见图10-14、15、16）能够证实，逆流对数平均温差表示式类似，只需要将公式中温度差视为同一侧温差.例题：10-4、10-5、10-6传热和传热过程第38页39

传热和传热过程第39页设计计算

校核计算已知：已知：§6

换热器计算设计（计算）：校核：Ak换热器型式、结构、流程安排、换热面积换热器型式、结构、流程安排、换热面积每种计算中，均为中间计算量两种计算方法:

平均温差法和效能-传热单元数法传热和传热过程第40页6-1

平均温差法(LMTD)依赖于三个基本关系式//LogarithmicMeanTemperatureDifference设计计算求：A(型式、流程已经确定）按什么样步骤计算？求解步骤：已知：壁面导热、肋片、肋壁导热对流换热、凝结换热、沸腾换热辐射换热…..Arewedoneyet?YES!!例题10-7传热和传热过程第41页壁面导热、肋片、肋壁导热对流换热、凝结换热、沸腾换热辐射换热…与流体温度相关LMTD法校核计算求：已知：换热器型式、结构、流程安排、A按什么样步骤计算？求解步骤：需要采取试算法-〉依赖基本关系式相同（三个）假设一个出口温度之后，按设计计算步骤进行？Arewedoneyet?NO！！需要检验假设是否正确YES！！传热和传热过程第42页6-2

传热单元数法(-NTU法)两个新概念：NTUstandsfor

NumberofTransferUnits--换热器效能NTU--传热单元数

（一会儿就认识）

换热器效能

实际换热量

最大可能换热量只有小热容量流体出口温度才可能到达最理想温度值另一侧流体进口温度！传热和传热过程第43页

可能两个定义式热流体热容量小冷流体热容量小换热器效能与换热器设计计算、校核计算有什么关系？能否/怎样把计算中所包括到变量关联起来？有没有方便之处？共通定义式传热和传热过程第44页顺流条件下换热器效能（假定冷流体-2-为小热容流体）AdAtAdt1dt2瞬流条件下局部温差随面积改变关系热平衡关系传热和传热过程第45页冷流体2为小热容、顺流下换热器效能传热和传热过程第46页热流体1

为小热容顺流下换热器效能冷流体2为小热容顺流下换热器效能顺流下换热器效能传热和传热过程第47页顺流下换热器效能传热单元数逆流下换热器效能一侧为相变传热换热器