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第九章 传热过程和换热器 §9-1 传热过程的分析与计算 §9-2 换热器的种类和基本结构 §9-3 管壳式换热器的热计算 1. 对数平均温差法 2. 有效度－传热单元数法 §9-5 传热的强化和削弱 §9-1 传热过程的分析与计算 传热过程通常由导热、热对流、热辐射组合形成 目的：增强传热 消弱传热 一、通过平壁的传热过程 通过平壁的传热公式 三、通过圆筒壁的传热过程 1. 传热公式 2.K的另一种表示方法 四．临界热绝缘半径r2c 为了减少管道的散热损失，采用在管道外侧覆盖热绝缘层或称隔热保温层的办法。 是否绝缘层越厚保温效果越好呢 函数 有一个极值存在 得 dc称为临界热绝缘直径 热绝缘层直径与dc的关系 对保温效果的影响分析 作业9-1；9-5；9-9 §9-2 换热器的基本型式和基本构造 定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置统称换热器。 分类：间壁式、蓄热式（或称回热式）、混合式及热管式 四大类。 一、间壁式换热器的分类 按流动方向分：顺流、逆流、交叉流、混流 按表面结构形式分类：壳管式、肋片管式、板翅式、螺旋板式及板式等。 套管式换热器 螺旋板式换热器 板翅式换热器 §9-3 管壳式换热器的热计算 (1-1型壳管式换热器） 二、 换热器热计算 换热器计算的两个基本公式 热平衡方程式 传热方程式 热平衡方程式 传热方程式 计算方法：对数平均温差法、有效度-传热单元数（ ε-NTU法）法 假设条件 1.换热器管壳无对外散热 2.换热管无轴向导热 3.流体为常物性 4.换热器内传热系数k为常量 ——换热器进口冷热液体温度差 ——换热器出口冷热流体温度差 多流程壳管式、交叉流、混流式换热器的 设计计算： 已知： 求: A ①求 Q ②求 th2 ③求 ④求 A 校核计算： 已知 : 求 : 1.假设th2 已知, 求得tc2 2.求 3.由所得Q再算th2与假设比较，若差别大假设后再算。 例题：某1-1型壳管式换热器利用水的余热预热空气。热水以50kg/h的流量流过管内，进口温度为80℃，出口温度为45 ℃；空气在管外从相反的方向流过，空气流量727.86kg/h，进口温度为25 ℃。冷热流体的比热为cph=4.18kJ/(kg* ℃)，cpc=1.005 kJ/(kg* ℃)。管内、外表面的对流换热系数各为500W/(m2· ℃)和50W/(m2·℃)，管的内直径和外直径分别为100mm和120mm，管子材料的导热系数为36W/(m* ℃)。试求所需的换热面积。 解:Q=mhcph(th1-th2) =50/3600×4.18×1000×（80-45）=2032W tc2=tc1+Q/(mccpc) =25+2032/(727.86/3600*1005)=35℃ =[（80-35）-（45-25）]/ln[(80-35)/(45-25)] =30.8 ℃ =44W/(m2*℃） A=Q/(k△tm）=2032/（44×30.8）=1.5m2 作业 9-16 换热器设计或校核计算 9-17 换热器设计计算 2.有效度-传热单元数法(ε-NTU法)(Heat exchanger effectiveness-Number of heat transfer units) 对于校核问题，可避免试算，无需假设流体出口温度 ； 必须是二流体的热容量mcp和传热系数k在整个换热面上基本不变的情况下才适用。 参数定义 热容比C 换热器有效度ε 传热单位数NTU ①热容比C: 二流体的热容量mcp之比: C＝(mcp)min/(mcp)max (9-18) 当mhcphmccpc 时： C＝(mcp)c/(mcp)h 当mhcphmccpc 时： C＝(mcp)h/(mcp)c ②换热器有效度ε：换热器的实际传热量与最大可能的传热量之比。或直接定义为热容量小的流体进出口温度差与热、冷流体进口温度差的比值。 1 （9-19） Q=ε(