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第九章 传热过程分析与换热器热计算 动力工程系 § 9-1 传热过程的分析和计算 传热过程 基本计算式(传热方程式) 1、通过平壁的传热 2 通过圆管的传热 对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示： 3、通过肋壁的传热 4、临界热绝缘直径 § 9-2 换热器的型式及平均温差 （2）壳管式换热器 （3）交叉流换热器 （4）板式换热器 （5）螺旋板式换热器 不论顺流还是逆流，对数平均温差可统一用以下计算式表示： 3、复杂布置时换热器平均温差的计算 套管式换热器及螺旋板式换热器的平均温差可以方便的按逆流或顺流布置的公式来计算。但对于壳管式换热器及交叉流式换热器的平均温差一般采用以下公式来计算： § 9-3 换热器的热计算 分为设计计算和校核计算。 换热器热计算的基本公式为 1、换热器计算的平均温差法 平均温差法用作设计计算时步骤如下： （1）初步布置换热面，计算出相应的传热系数 。 （2）根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度 中的那个待定的温度 。 （3）由冷、热流体的4个进、出口温度确定平均温 差，计算时要注意保持修正系数 具有合适 的数值。 （4）由传热方程求出所需要的换热面积 ，并核算 换热面两侧有流体的流动阻力。 （5）如流动阻力过大，改变方案重新设计。 根据 及 的定义及换热器两类热计算的任务可知，设计计算是已知 求 ，而校核计算则是由 求取 值。它们计算步骤都与平均温差中对应计算大致相似，故不再细述。 对于校核计算具体计算步骤： （1）先假设一个流体的出口温度，按热平衡式计算另一个出口温度 （2）根据4个进出口温度求得平均温差 （3）根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数k （4）已知k、A和 ，按传热方程式计算在假设出口温度下的 （5）根据4个进出口温度，用热平衡式计算另一个 ，这个值和上面的 ，都是在假设出口温度下得到的，因此，都不是真实的换热量 （6）比较两个 ? 值，满足精度要求，则结束，否则，重新假定出口温度，重复(1)~(6)，直至满足精度要求。 2 效能-传热单元数法 (1)传热单元数和换热器的效能 换热器的效能按下式定义： 换热器交换的热流量： ① 下面揭示换热器的效能与哪些变量有关。 以顺流换热器为例，并假设 则有 根据热平衡式得： ② 于是 式①， ②相加： 整理： 由上一节知道 ③ 带入③式得 把上一节中 带入上式得 ④ ⑤ 当 时，类似推导可得 ⑥ 将⑤⑥合并写成 ⑦ 令 ⑦可写成 类似的推导可得逆流换热器的效能为 称为传热单元数 当冷热流体之一发生相变时，即 趋于无穷大时，于是上面效能公式可简化为 当两种流体的热容相等时， ? 公式可以简化为 顺流： 逆流： 3、用效能—传热单元数法（法）计算换热器的步骤 4 换热器设计时的综合考虑 换热器设计是综合性的课题，必须考虑出投资，运行费用，安全可靠等诸多因素。 5 换热器的结垢及污垢热阻 污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热阻成为污垢热阻，用Rf表示， 式中：k为有污垢后的换热面的传热系数，k0为洁净换热面的传热系数。 对于两侧均已结构的管壳式换热器，以管子外表面为计算依据的传热系数可以表示成： 如果管子外壁没有肋化，则肋面总效率?o = 1。 管壳式换热器的部分污垢热阻可以在表9-1种查得。 § 9-4 传热的强化和隔热保温技术 强化传热的目的： ①缩小设备尺寸； ②提高热效率； ③保证设备安全。 削弱传热的目的： 减少热量损失 1、增强传热的方法 （1）扩展传热面 扩展传热壁换热系数小的一侧的面积，是增强传热中使用最广泛的一种方法，如肋壁、肋片管、波纹管、板翅式换热面等，它使换热设备传热系数及单位体积的传热面积增加，能收到高效紧凑的效益。 （2）改变流动状况 增加流速、增强扰动、采用旋流及射流等都能起增强传热的效果，但这些措施将引起流动阻力的增加。 a、增加流速 增加流速可改变流态，提高紊流强度。 b、流道中加插入物增强扰动 在管内或管外加进插入物，如金属丝、金属螺旋环、盘片、麻花铁、翼形物，以及将传热面做成波纹状等措施都可增强扰动、破坏流动边界层，增强传热。 c、采用旋转流动装置 在流道进口装涡流发生器，使流体在一定压力下从切线方向进入管内作剧烈的旋转运动，用涡旋流动以强化传热。 d、采用射流方法喷射传热表面 由于射流撞击壁面，能直接破坏边界层，故能强化换热。它特别适用于强化局部点的传