[物理]11 传热过程和换热器热计算基础.ppt

§11-1 传热过程 对流换热热阻 一双层玻璃，宽1.1m，高1.2m，厚3mm，导热系数为1.05W/(m·K)；中间空气层厚5mm，设空气层只有导热作用，导热系数为0.026W/(m·K)。室内空气温度为25℃，表面传热系数为20W/(m2·K)；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15W/(m2·K)。 试计算： 传热过程各环节的单位面积热阻； 通过玻璃窗的热流密度和热流量。 §11-2 传热的增强和减弱 §11-3 换热器的基本概念 一、概述 1. 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。 *河海大学机电工程学院 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础 · 热工基础 1.传热过程： 热量由热流体通过固体壁面传给冷流体的过程。 k为传热系数W/(m2·℃)。 在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差为1℃、传热面积为1m2时的热流量值，是表征传热过程强烈程度的物理量。 传热过程越强，传热系数越大，反之则越弱。 2. 单层平壁 热流密度： 传热系数： 导热热阻 4. 多层圆筒壁 3. 多层平壁 例题：一房屋的混凝土外墙的厚度为?=200mm ，混凝土的热导率为?=1.5W/(m·K) ，冬季室外空气温度为tf2=-10℃, 有风天和墙壁之间的表面传热系数为h2=20W/(m2·K)，室内空气温度为tf1= 25℃,和墙壁之间的表面传热系数为h1=5 W/(m2·K)。假设墙壁及两侧的空气温度及表面传热系数都不随时间而变化，求单位面积墙壁的散热损失及内外墙壁面的温度。 解：由给定条件可知，这是一个稳态传热过程。通过墙壁的热流密度，即单位面积墙壁的散热损失为 根据牛顿冷却公式，对于内、外墙面与空气之间的对流换热 【例11-1】已知墙厚200 mm；室内空气温度为20℃，室外的空气温度为－10℃；砖墙导热系数λ=0.95 W/(m·℃)；室内空气对墙面的对流表面传热系数h1=8 W/(m2·℃)，室外空气的对流表面传热系数h2=22 W/(m2·℃)。试求室内外空气通过单位面积砖墙传递的热量和砖墙内侧的温度。 【解】 通过单位面积砖墙传递的热量： q=(tf1-tf2)/ (1/h1+δ/λ+1/h2)=70.91 W/m2 砖墙内表面温度： tw1= tf1-q/h1=284.1 K 作业： 11-1 强化传热的目的：缩小设备尺寸、提高热效率、提高传热能力 削弱传热的目的：减少热量损失 举例：两侧分别为蒸汽和空气的金属管壁 空气侧换热系数：h1=30 W/(m2·℃) 蒸汽冷凝侧换热系数： h2=5000 W/(m2·℃) 改善空气侧的放热系数是强化传热的关键。 一、强化传热 1.强化换热的原则： 哪个环节的热阻大，就对哪个环节采取强化措施 2.强化换热的手段： 在表面传热系数较小的一侧采用肋壁。 二、削弱传热 增大传热总热阻 ——增加一层附加导热热阻（在需要减少散热损失的管道外敷设适当的热绝缘层） 强化传热的基本途径有三个方面： 1 、 提高传热系数：应采取有效的提高传热系数的措施，如必须提高两侧表面传热系数中较小的项。另外应注意：在采取增强传热措施的同时，必须注意清除换热设备运行中产生的污垢热阻，以免抵消强化传热带来的效果。 2 、 提高换热面积：采用扩展表面，即使换热设备传热系数及单位体积的传热面积增加，如肋壁、肋片管、波纹管、板翅式换热面等；当然必须扩展传热系数小的一侧的面积，才是使用最广泛的一种增强传热的方法。 3 、 提高传热温差：在冷、热流体温度不变的条件下，通过合理组织流动方式，提高传热温差。 【思考】为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不明显。试分析原因。 【思考】热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大？ 【思考】有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水。有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管。请你评价这一方案的合理性。 【分析】冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流换热热阻较小，不占主导地位，因而采用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，故效果不明显。 【思考】为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不明显。试分析原因。 【分析】采用水冷时，管道内外均为换热较强的水，两侧流体的换热热阻较小，因而水垢的产生在总热阻中所占的比例较大，而空气冷却时，气侧热阻较大，这时，水垢的产生对总热