传热及换热器.ppt

对流传热速率方程式 热量衡算 小结 传热的三种基本方式 1、热传导 热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分或者传递到与之相接触的温度较低的另一物体的过程称为热传导，简称导热。 特点：物质间没有宏观位移，只发生在静止物质内的一种传热方式。 注意 任何热量的传递只能以热传导、对流、辐射三种方式进行。 传热过程往往不是以某种传热方式单独存在。是两种或三种传热方式的组合。 高温情况下，热辐射是主要形式。 对化工中常用的换热器，主要以导热和对流传热为主。 传导传热 二、导热系数 1、导热系数 对流传热小结 影响对流传热系数的因素 1.引起流动的原因 自然对流：由于流体内部存在温差引起密度差形成的浮升力，造成流体内部质点的上升和下降运动，一般u较小，?也较小。强制对流：在外力作用下引起的流动运动，一般u较大，故?较大。 影响对流传热系数的因素 2.流体的物性 当流体种类确定后，根据温度、压力（气体）查对应的物性，影响?较大的物性有：?，?，?，cp。 ?的影响：????； ?的影响：??Re???； cp的影响：cp??·cp单位体积流体的热容量大，则?较大； ?的影响: ? ?Re??? 影响对流传热系数的因素 3.流动型态 层流：热流主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导热系数比金属的导热系数小得多，所以热阻大。 湍流：质点充分混合且层流底层变薄，?较大。；但Re?动力消耗大。 影响对流传热系数的因素 4.传热面的形状、大小和位置 不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离，产生旋涡，增加湍动，使?增大。 （1）形状：比如管、板、管束等； （2）大小：比如管径和管长等； （3）位置：比如管子得排列方式（如管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。 对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定性影响的特性尺寸L来表示其大小。 影响对流传热系数的因素 5.是否发生相变 主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。发生相变时，由于汽化或冷凝的潜热远大于温度变化的显热（r远大于cp）。一般情况下，有相变化时对流传热系数较大。 影响对流传热系数的因素小结 1.引起流动的原因 2.流体的物性 3.流动型态 4.传热面的形状、大小和位置 5.是否发生相变 三、总传热系数 四、传热的平均温度差 换热器传热过程的强化 二、总传热速率方程 通过换热器中面积为S的间壁两侧的流体的传热速率方程，可以仿照对流传热速率方程写出： K——换热器的平均传热系数，W/m2·K 或 ——总传热热阻 传热基本方程可分别表示为： Ki、Ko、Km——分别为管内表面积、外表面积和内外侧的平均表面积的传热系数，W/m2·K Si、So、Sm——换热器管内表面积、外表面积和内外侧的平均面积，m2。 注：工程上大多以外表面积为计算基准，Ko不再加下标“o” 1、总传热系数K的来源 生产实际的经验数据 实验测定 3)公式计算 2、传热系数K的计算 流体通过管壁的传热包括： 1) 热流体在流动过程中把热量传递给管壁的对流传热 2) 通过管壁的热传导 3) 管壁与流动中的冷流体的对流传热 式中 K——总传热系数，w/m2·K。 讨论： 1．当传热面为平面时，dA=dA1=dA2=dAm，则： 2．当传热面为圆筒壁时，两侧的传热面积不等，如以外表面为基准（在换热器系列化标准中常如此规定），即取上式中dA=dA1，则： 或 式中 K1——以换热管的外表面为基准的总传热系数； dm——换热管的对数平均直径， 注意：P152公式5-30是考虑到换热设备管壁较薄或管径较大。 3、污垢热阻 在计算传热系数K值时，污垢热阻一般不可忽视，污垢热阻的大小与流体的性质、流速、温度、设备结构以及运行时间等因素有关。 若管壁内侧表面上的污垢热阻分别用Rsi和Rso表示，根据串联热阻叠加原则， 当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时， 若 则 总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所控制。 提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的α。 两侧的α相差不大时，则必须同时提高两侧的α，才能提高K值。 污垢热阻为控制因素时，则必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。 恒温差传热： 变温差传热： 传热温度差不随位置而变的传热 传热温度差随位置而改变的传热 传热 流动 形式 并流 ： 逆流 ： 错流 ： 折流 ： 两流体平行而同向的流动 两流体平行而反向的流动 两流体垂直交叉的流动 一流体只沿一个方向流动，而另一流体反复折流 一、恒温差传热 恒温差传热：两侧流体均发生相变，且温度不变，则冷热流体温差处处相等，