传热学 第四章 传热与换热器换热

传热学第四章传热与换热器换热第一页，共二十二页，2022年，8月28日第四章传热与换热器

在工程中，对于有三种基本换热方式的热量传递过程叫复合换热。通常把辐射和对流换热系数综合考虑，即为复合换热系数，也用α表示。

第二页，共二十二页，2022年，8月28日第一节传热过程的分析和计算

为了方便起见，对于传热过程的计算，依照牛顿冷却定律引入一个相当对流换热公式，则传热计算公式为：其中的K叫传热系数，它表示冷热流体为：温差为1℃时，通过单位面积传递的热量，K的单位是：W/(m2.℃)。K的大小与冷热流体的性质、流动情况，壁面材料、形状和尺寸等许多因素有关。WW第三页，共二十二页，2022年，8月28日第一节传热过程的分析和计算

α1tf2一，通过平壁的稳定传热（一）通过单层平壁的稳定传热如图有一单层平壁，面积为F,厚度为δ，导热系数为λ，平壁两侧流体的温度为tf1和tf2，两外侧面的温度tw1和tw2，放热系数为α1和α2，在稳定状态下，热流体传给壁面的热量，通过平壁的导热量以及壁面传给冷流体的热量均应相等。即w第四页，共二十二页，2022年，8月28日第一节传热过程的分析和计算

α1tf2单位面积的传热量为：w/m2w/（m2.℃)所以单层平壁的传热系数为：第五页，共二十二页，2022年，8月28日第一节传热过程的分析和计算

（二）通过多层平壁的稳定传热α1tf1对于多层平壁单位面积的传热量为：的形式，于是就有多层平壁的传热系数为：α2tf2w/（m2.℃)第六页，共二十二页，2022年，8月28日第一节传热过程的分析和计算

（二）通过多层平壁的稳定传热α1tf1α2tf2w/m2w对于多层平壁单位面积的传热量为：若传热面积为F，则传热量为：第七页，共二十二页，2022年，8月28日第一节传热过程的分析和计算

一，通过圆筒壁的稳定传热（一）通过单层圆筒壁的稳定传热如图为一单层圆筒壁，设内外直径分别为d1、d2，长度为L，导热系数为λ，且为常数，圆筒内外c侧流体分别维持均匀不变的温度tf1和tf2放热系数为α1和α2

;圆筒内外表面的温度为tw1和tw2，由于管道较长，沿轴向的导热可忽略不计，认为温度仅沿半径方向发生变化，故为一维稳态导热。则流体传给筒壁的热量，通过圆筒壁传递的热量，由圆筒壁传给流体的热量应相等，ttw1tw2r1r2α1tf1α2tf2第八页，共二十二页，2022年，8月28日第一节传热过程的分析和计算

于是：最后得到单层圆筒壁的单位管长传热量为：w/m第九页，共二十二页，2022年，8月28日第一节传热过程的分析和计算

显然，单层圆筒壁的传热系数为：w/（m℃）整个圆筒壁的传热量为：w第十页，共二十二页，2022年，8月28日第一节传热过程的分析和计算

（二）多层圆筒壁的传热w/（m℃）对于多层圆筒壁来说，也可以写成热阻的形式，则有：第十一页，共二十二页，2022年，8月28日第一节传热过程的分析和计算

w/m整个圆筒壁的传热量为：w单位管长的传热量为：第十二页，共二十二页，2022年，8月28日第一节传热过程的分析和计算

简化计算式为w/m第十三页，共二十二页，2022年，8月28日第二节传热的增强与削弱

工程中的传热问题，除了需要掌握他们的计算方法外，很多场合是要求对传热过程予以增强或者削弱。所谓增强传热，是指从分析影响传热的各种因素出发，采取某些技术措施提高换热设备单位面积的传热量，使设备趋于紧凑、重量轻、节省金属材料以及降低动力消耗等；而削弱传热是指采取隔热保温措施，使换热设备热损失降低，以达到节能、安全防护及满足工艺要求等目的：第十四页，共二十二页，2022年，8月28日第二节传热的增强与削弱

一、增强传热在冷热流体温度不变的情况下，增强传热的有效方法是提高传热系数。而传热系数的大小是由传热过程中各项热阻决定的，因此，为了增强传热，必须首先分析传热过程中的热阻。一般换热设备都是金属薄壁，热阻很小可忽略不计，在不计污垢热阻时，传热系数可写成：w/（m2.℃)第十五页，共二十二页，2022年，8月28日第二节传热的增强与削弱

一、增强传热从上式可以看出，要想增大传热系数K，必须增大换热系数小的那一项才有效。在工程中，常采用扩展传热换热系数小的一侧的面积，象肋壁，肋片管、波纹管、板翅式换热面等。除此之外，还有其它的一些增强传热的方法：1.改变流动状况。增加流速，增加扰动，采用射流等，但会增大流动阻力。2.使用添加剂。在气流中加入少量固体颗粒，在蒸汽中加入液滴。3.改变表面状况。增加粗糙度，表面涂层，涂张力小的材料以形成珠状凝结，或涂黑度大的材料以增强辐射。4.改变换热面形状和大小。如用小直径管子代替大直径管子，用椭圆型代替圆管。此外在凝结换热时尽量选择水平管。5.改变能量传递方式。在流道内放置对流-----辐射板，板与流体进行对流换热，同时，又以辐射方式与壁面换热。第十六页，共二十二页，2022年，8月28日第二节传热的增强与削弱

二、削弱传热在工程中削弱传热主要是在管道外覆盖保温层。第十七页，共二十二页，2022年，8月28日第三节换热器

一、换热器的基本形式与工作原理在间壁式换热器中，热流体和冷流体可以平行流动，也可以交叉流动。平行流动时，若冷热流体流动方向相同，称为顺流式，若冷热流体流动方向相反，则称为逆流式。当两种流体流动方向相互垂直时，成横流式或差流式。。平行流动时，若冷热流体流动方向相同，称为顺流式，若冷热流体流动方向相反，则称为逆流式。当两种流体流动方向相互垂直时，成横流式或差流式。如果几种情况都有称混流式。第十八页，共二十二页，2022年，8月28日第三节换热器

二、换热器的设计基本计算换热器的设计计算常用平均温差法。第十九页，共二十二页，2022年，8月28日第三节换热器

二、换热器的设计基本计算式中t1,t2分别为冷热流体的温度，而上角标分别表示进出口的温度。但是，热交换的过程中，温度在变化，工程中对于温差的计算，有以下几种方法：1.算术平均温度如果进出口处冷热流体的温度差分别为

算术平均温度差