传热学V4-第十章 传热分析与热交换器计算
传热学第十章
（2） 管壳式换热器 由管子和外壳构成。
（2） 管壳式换热器 由管子和外壳构成。
2壳程、4管程换热器
管壳式换热器结构牢固可靠、耐高温高压。
列管式冷凝器实例
波纹管换热器
波纹换热管
（3） 肋片管式换热器 由带肋片的管束构成的换热装置。
肋片管式换热器适用于管内液体和管外气体之间 的换热，且两侧表面传热系数相差较大的场合。
（4） 板翅式换热器 由金属板和波纹板形翅片层叠、交错焊接而成。
板翅式换热器结构紧凑、传热系数高。
（5） 板式换热器 由若干片压制成型的波纹状金属板叠加而成。
（5） 板式换热器
1 ,2 介质 3 环行孔道
垫圈 4 板片密封
垫圈 5 激光切焊
焊缝 6 焊接密封
流道
特点：结构紧凑 ,占用空间小；传热系数高 ；端部温差小(可达1℃); 热损失小 ，热效率高(≥98%); 适应性面式，在工程中最常用 混合式—适用于冷热流体为同类介质的场合 回热式(蓄热式) —适用于气体与气体间的换热,
为非稳态过程
2. 按表面的紧凑程度分: 紧凑式与非紧凑式 紧凑程度用当量直径d e (d h) 或传热面积密度 β来衡量 (β---单位体积中的传热面积)
kAo hi Ai 2 l di ho Ao
ri r0
通过肋壁的传热系数
10-2 换热器的类型
换热器：换热器也称热交换器，是把热量从一种 介质传给另一种介质的设备
换热器广泛应用于广泛应用于化工、能源、机械、 交通、制冷空调、航空航天以及日常生活等各个领 域。
换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛采用 的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回 收和节能利用的主要设备。
紧凑式—β≥700m2/m3, 或dh≤6mm 层流换热器—β＞3000m2/m3, 或100μm ≤dh≤1mm 微型换热器–β＞15000m2/m3, 或100μm≤dh≤1mm
《传热学》第10章-传热过程与换热器计算
hr
=
Φr
A(tw − tf
)
辐射换 热量
h = hc + hr
总换热量
ห้องสมุดไป่ตู้
对流换热表面 传热系数
Φ = Φc + Φr = (hc + hr )A(tw − tf ) = hA(tw − tf )
例题
v 热电厂中有一水平放置的蒸汽管道，内径为 d1=100mm，壁厚δ1=4mm，钢管材料的导热系数 为 λ1=40 W/(m.K)，外包厚度为δ2=70mm厚的保温 层，保温材料的导热系数为λ2=0.05 W/(m.K)，。管 内蒸汽温度为tf1=300℃，管内表面传热系数为 h1=200 W/(m2.K)，保温层外壁面复合换热表面传 热系数为h2=8 W/(m2.K)，，周围空气的温度为 t∞=20℃，。试计算单位长度蒸汽管道的散热损失 Φl及管道外壁面与周围环境辐射换热表面传热系数 hr2。
临界热绝缘直径
Rk =
1 πd1lh1
+
1 2πλ1l
ln
d2 d1
+
1 2πλxl
ln
dx d2
+
1 πd x lh2
dx
当d2较小时，总热阻 Rk 先随着 dx 的增大而减小, 然后再随着 dx 的增
大而增大, 中间出现极小值，相应热 流量 Φ出现极大值 .
热阻 Rk 取得极小值时的保温层 外径 dx 称为临界绝缘直径 , 用 dc 表示
优点是结构与制造工 艺简单、价格低廉， 流通阻力小；缺点是 不易清洗、承压能力 低。
间壁式换热器流动型式
在冷、热 流体进口 温度相 同、流量 相同、换 热面面积 相同的情 况下，
传热学第十章传热过程和换热器计算
1
10.1 传热过程的分析和计算
传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流 体中去的过程。（两个流体通过壁面的换热过程。） 【传热过程是传热学中特指的概念】
传热方程式： Φ = K A Δt
式中：K为传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过程，
K的计算公式不同。
25
（1）加大传热温差 tm
在冷、热流体进、出口温度相同的情况下，逆流的平均温 差最大，顺流的平均温差最小，因此从强化传热的角度出 发，换热器应当尽量布置成逆流。
（2）减小传热热阻 Rk
1）多布置换热面，增加总传热面积A，可降低总传热热阻， 加大传热量。
2）降低污垢热阻。
3）减小对流换热热阻Rh1、Rh2。如果两个热阻相差较大，应 抓住主要矛盾，设法减小其中最大的热阻。
Φ Ko Ao (t fi t fo )
说明： 也可以以内表面为基准。
ho
4
3. 带保温层的金属圆管传热 —— 临界热绝缘直径
圆管外敷保温层后：
Φ
1
l(t fi t fo ) 1 ln( di 2 )
1
hidi 2
di
ho (di 2 )
可见，保温层使得导热热阻增加，换热削弱；降低对流 换热热阻，使得换热增强，那么，综合效果到底是增强 还是削弱呢？
传热工程技术的两个方向：强化传热技术与削弱传热技术 （又称隔热保温技术）。
24
无论是强化传热还是削弱传热，一般都是从改变传热温差和 改变传热热阻两方面入手。
以换热器内的传热过程为例：
kAtm
tm 1
tm Rk
tm Rh1 R Rh2
kA
传热强化途径： （1）加大传热温差 tm； （2）减小传热热阻 Rk 。
第10章 传热过程分析与换热器的热计算
2024/8/5
肋面总 效率
(2)肋壁传热过程分析
10.1 传热过程的分析和计算
解得：
2024/8/5
10.1 传热过程的分析和计算
肋壁的传热系数： (a)以肋侧总表面积A0为基准的肋壁传热系数为：
(b)以光侧表面积Ai为基准的肋壁传热系数为：
(c)未加肋时平壁的传热系数为：
得截面Ax处的温差Δtx与Ax的关系为:
将上式沿全换热面积分平均，即可得整个换热 面的平均温差Δtm:
= ……
或：
2024/8/5
2.逆流换热器
2024/8/5
10.3 换热器的平均温差
3. 平均温压的简化计算 －－用算术平均温差代替对数平均温差
条件：
2024/8/5
10.3 换热器的平均温差
2024/8/5
10.4 间壁式换热器的热设计
10.4.3 换热器热设计的效能—传热单元数法 [ (ε-NTU法), 简称传热单元数法 ]
1. 换热器效能ε的定义 (效能ε的概念与计算是传热单元数法的关键)
2024/8/5
10.4 间壁式换热器的热设计
2. 效能ε的计算[式(10-19)—式(10-23)]
2024/8/5
1. 壳管式换热器
10.2 换热器的类型
2024/8/5
10.2 换热器的类型
2024/8/5
1-2型换热器
列管式冷凝器实例
10.2 换热器的类型
2024/8/5
10.2 换热器的类型
波纹管换热器
2024/8/5
波纹换热管
2.套管换热器
10.2 换热器的类型
适用: 传热量不大或流体流量不大的情形
传热学精讲 第十章
第十章 传 热 和 换 热 器 第一节通过肋壁的传热图10-1 通过肋壁传热Φ = 1h 1A (1f t -1w t ) (1) Φ =δλ1A (1w t -2w t ) (2) Φ = 2h 2A '(2w t -2f t )+2h 2A ''(m w t ,2-2f t ) (3) 肋片效率222,222222,222)()(f w f m w f w f m w f t t t t t t A h t t A h --=-''-''=η (4)Φ= 2h (2A ' +2A ''f η) (2w t -2f t ) = 2h 2A η (2w t -2f t ) (5) 肋壁总效率η=222A A A f η''+' 。
肋壁传热公式： Φ =ηλδ221112111A h A A h t t f f ++- =ηλδ2211211A h A h t t f f ++- 1A W （10-1）Φ = 1k 1A (21f f t t -) W （10-2）1k --光壁面面积1A 为基准的传热系数1k =ηβλδ21111h h ++ W/(2m ·K) （10-3）12A A =β 2k --2A 为基准的传热系数，用2k 表示，即Φ = 2212112211A h A A A h A t t f f ηλδ++- =ηβλδβ212111h h t t f f ++-2A = 2k 2A (21f f t t -) （10-4） 式中： 2k =ηβλδβ21111h h ++ W/(2m ·K) （10-5）对1k 热阻 )(f R +λδ对2k 热阻 βλδ)(f R +第二节复合换热时的传热计算图10-2 复合换热对流与辐射并存的换热称为“复合换热”对流换热： c q = c h (w t -f t ) W/2m (1)辐射换热： r q =εb C ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛44100100m a w T T W/2m (2) r q = b C ⋅εfw m a w t t T T -⎥⎦⎤⎢⎣⎡-44)100()100( (w t -f t )=r h (w t -f t ) W/2m (3)r h =εbC 84410-⨯--fw m a w T T T T (10-6)复合换热热：q = c q +r q = (c h +r h )(w t -f t )= h (w t -f t ) （10-7）[例10-3] 计算某寒冷地区中空玻璃窗传热系数，已知数据列表如下：[解]窗的散热过程可分为3段，即（1）热由室内传给双层窗内侧玻璃；（2）通过空气层；（3）由外侧璃窗传给室外。
第10章传热过程分析和换热器计算
第10章传热过程分析和换热器计算传热是热力学的一个重要分支，它研究热能在物体之间或物体内部的传递过程。
在工程领域，传热分析和换热器计算是非常重要的。
本文将介绍传热过程的分析方法和换热器的计算方法。
传热过程分析的方法主要有传导、对流和辐射三种。
传导是指物体内部热量的传递过程。
传导热量的传递方式有热传导、传流和扩散三种。
热传导是指物体内部的微观粒子通过碰撞传递热量。
传流是指流体内部的微观粒子通过对流传递热量。
扩散是指在固体或流体中，由于密度、浓度或化学势的差异而引起的物质运动和热量传递。
对流是指通过流体的传热过程。
对流传热有自然对流和强制对流两种。
自然对流是指由于密度差异造成的流体运动和热量传递。
强制对流是指由外力驱动的流体运动和热量传递，如风扇、泵等。
辐射是指通过电磁波的传热过程。
辐射传热不需要介质，可以在真空中传播。
辐射传热的热流密度与物体的温度和表面性质有关。
根据传热方式的不同，可以选择适当的传热模型进行传热计算。
常用的传热模型有一维传热模型、二维传热模型和三维传热模型。
一维传热模型适用于长条形物体的传热计算，如管道、棒材等。
二维传热模型适用于平面物体的传热计算，如板状物体等。
三维传热模型适用于体积物体的传热计算，如容器等。
换热器是一种用于传热的设备，广泛应用于化工、能源、建筑等行业。
换热器的主要功能是将一个物质的热量传递给另一个物质，实现热能的转化和利用。
换热器的计算是为了确定换热器的传热面积、传热系数和传热效率等参数。
换热器的计算主要涉及换热面积的计算、传热系数的计算和传热效率的计算。
换热面积的计算可以根据所需的传热量和传热系数来确定。
传热系数的计算可以通过实验或计算方法来得到。
传热效率是指换热器实际传热量与理论最大传热量之间的比值。
在换热器的计算过程中，需要考虑流体的流量、流速、温度差等因素。
同时，还需要考虑换热器的结构和材料等因素。
根据具体的需求和条件，可以选择适当的换热器类型和设计参数。
传热过程的计算及换热器2
传热过程的计算及换热器2传热过程的计算及换热器2传热是物体间因温度差而引起的热能传递过程。
在工程实际中，传热过程的计算是非常重要的，尤其是在换热器设计和运行中。
本文将对传热过程的计算方法和换热器进行详细介绍。
一、传热过程的计算方法1.传热方程求解：传热方程主要包括热传导方程、对流传热方程和辐射传热方程。
热传导方程适用于固体传热，对流传热方程适用于流体传热，辐射传热方程适用于热辐射传热。
通过对这些方程进行求解，可以得到传热过程中的温度分布和传热速率。
2.传热电阻法：传热电阻法是根据传热过程中各个物体的热阻来计算传热速率的方法。
传热过程中，一般包括热源（或热池）、传热介质和传热表面。
根据热阻的串/并联关系，可以将传热系统简化为一个等效的传热电路，然后通过电路的电流和电阻来计算传热速率。
3.传热系数法：传热系数法是根据传热过程中的传热系数来计算传热速率的方法。
传热系数是指传热介质和传热表面之间传热的能力，可以通过实验测定或者理论计算来获取。
根据传热系数的定义和传热公式，可以直接计算传热速率。
二、换热器换热器是用来实现热能传递的设备，广泛应用于化工、电力、石油、冶金、轻工等行业，是工业生产中的重要设备之一、换热器的主要功能是将两种介质之间的热量传递给另一种介质，实现冷热介质的热能转化。
换热器按照结构特点可以分为管壳式换热器和板式换热器。
管壳式换热器由壳体、管束和管板等组成，各种不同的构造形式可以满足不同的工艺要求。
板式换热器是利用板状换热元件将冷热介质进行交叉传热，具有紧凑、高效、节能的优点。
换热器的性能主要是通过换热系数和压力损失来评价的。
换热器的换热系数是指单位时间内传递热量与温度差的比值，表示换热器的传热能力，可以通过实验测定和理论计算来获取。
压力损失是指流体通过换热器时产生的阻力损失，与换热器的结构和流体特性密切相关。
换热器的设计和运行中，需要考虑的因素包括传热面积的确定、流体流速的选择、换热介质的性质以及换热器的材料选择等。
第十章传热和换热器
tw,
q qc qr (hc hr ) tw t f
qr , tam
h tw t f
qc , hc , t f
§ 10-3 换热器的型式和基本构造
一、分类
1.按结构型式分: 1)间壁式: 冷、热流体被固体壁面隔开。
如：暖风机、冷凝器、蒸发器等。
暖风机
风冷冷凝器
2)混合式: 冷、热流体互相混合。 如：喷淋式冷却塔、蒸汽喷射器。
以管壳式换热器为例，说明方法的要点.
总传热系数可表示为:
1 k
1 ho
Rw
Rf
1 hi
do di
(a)
Rw 管壁导热热阻
R f 污垢热阻
工业换热器中的管内流体的流动一般都是处于 旺盛湍流状态，hi 与流速u的0.8次方成正比.则
two
ho A1 two t fo ho f A2 two t fo
h0A0 (tw0 t f 0 )
为肋面总效率:
A1 A2 f
A0
1
tf1 tf2
1
hi Ai Ai ho A0
则以光壁为基准的传热系数:
ki
1
1
1
hi ho
定义肋化系数： Ao Ai
1, 1
（3）根据结构，算出传热系数K。(带有假设性)
（4）由传热方程(换热面积A已定),得到 。
（5）由热平衡方程得出’(出口温度均是未知量,也 带假设性.) （6）与’的误差<5%,则满足计算要求. 否则重新假设t,重复上述步骤.
2. 传热单元数法
1)换热器的效能定义：
实际传热量 最大可能传热量
实际传热量： M1c1(t'1t"1 ) M 2c2 (t"2 t'2 )
传热学-第十章
3. 其它复杂布置时换热器平均温差计算
交叉流及其它形式（简单顺流、逆流除外）换热器的 平均温差算法比较麻烦，有人已经作出了表格，用时可以 直接查表。查法如下： (1). 先按逆ห้องสมุดไป่ตู้方式算出对数平均温差(tm)c；
(2). 将(tm)c乘以一个修正系数，这样问题就归结为求不 同情况下的。
=f (P,R) 而P，R的定义见书P327-329。由图即可查得。注意书上 t’ 和t” 与图的对应关系，不再是我们前面所说的热、冷 流体。 25
l π (70 - 40) do 1 1 ln 2 0.15 0.0051 10 d o
9
计算结果用图线表示于图中。
讨论： 散热量先增后减， 有最大值 最大值的求法
1 1 π l (ti to ) 2 d 2d o ho d o 0 2 dd o 1 do 1 1 ln hi d i 2 d i ho d o
相应的，以光侧表面面积Ai为基准的传热系数为：
kf ' 1 Ai hi hoo Ao 1 1 1 hi hooβ 1
肋化系数 β=Ao/Ai，即加肋后的总表面积与该侧未加肋 时的表面积之比。 一般β>>1，ηo<1, 但ηoβ>1。 hoηoβ----当量对流换热系数，即把肋部分折算到对流中。
若以管内侧面积为基准，则传热系数为：
1 ki do 1 di 1 di ln hi 2 di ho d o
6
三、 通过肋壁的传热
下图是一侧有肋的平壁。在稳态条件下，通过传热过程 各环节的热流量 是一样的，于是可以列出以下方程式：
hi Ai (tfi t wi )
换热器的传热计算解析
换热器的传热计算解析换热器是一种常用的传热设备，用于在两个流体之间转移热量。
它采用传导、对流和辐射传热方式，通过对热传导方程和对流换热方程的求解，可以得到换热器的传热计算解析。
第一步，确定传热区域和传热方式。
换热器的传热区域通常包括管内和管外两个区域，传热方式根据具体的条件可以分为对流传热、辐射传热和传导传热。
第二步，建立传热方程。
对于传热区域内的热传导，可以根据热传导方程进行计算。
对于对流传热，可以使用牛顿冷却定律或其他适用的换热关系进行计算。
对于辐射传热，可以使用斯蒂芬-玻尔兹曼定律进行计算。
第三步，边界条件的确定。
边界条件包括温度边界条件和流体流动边界条件。
温度边界条件可以根据实际情况进行确定，流体流动边界条件可以根据流体流动的特性进行确定。
第四步，求解传热方程。
对于热传导方程，可以使用数值求解方法（如有限差分法、有限元法等）进行计算。
对于对流传热和辐射传热，可以使用经验公式进行估算或者使用数值方法进行求解。
第五步，计算换热系数。
换热器的传热系数是一个重要的参数，它反映了换热器的传热性能。
传热系数可以通过实验测量或者基于经验公式进行估算。
第六步，进行传热计算解析。
根据所得到的传热方程和边界条件，可以进行传热计算解析。
根据实际需求，可以计算换热器的传热速率、传热效率、温度分布等参数，从而评估和优化换热器的设计。
在进行换热器的传热计算解析时，还需要考虑换热器的结构、材料的热物性、流体流动的特性等因素，以及适用的传热理论和模型。
此外，还需要进行传热计算解析的验证和优化，以确保计算结果的准确性和可靠性。
总之，换热器的传热计算解析是一个复杂的过程，需要根据具体情况确定传热方式、建立传热方程、确定边界条件、求解传热方程、计算传热系数等，从而得到相应的传热计算解析结果。
这些结果可以用于优化换热器的设计和评估换热器的传热性能。
传热学第十章辐射换热计算
14
两个灰体间的辐射换热（不存在第三个表面） ① 两个灰体间的辐射换热（不存在第三个表面）: 等效网络： 等效网络：
E
b1
J1
1 − ε1 ε 1 A1
1 X
1,2
J
A1
2
E
1− ε2 ε 2 A2
b 2
辐射换热量： 辐射换热量：
Eb1 − Eb2 Eb1 − Eb2 Φ1,2 = =A 1 1−ε1 1 1−ε2 1−ε1 1 A 1−ε2 + + + + 1 ε1A A X1,2 ε2 A2 ε1 X1,2 A2 ε2 1 1 = Aεs (Eb1 − Eb2 ) 1
第十章 辐射换热的计算
1、黑体间的辐射换热及角系数 2、灰体间的辐射换热 、 3、气体辐射简介 、
1
1、黑体间的辐射换热及角系数 、
任意放置的两黑体间的辐射换热 角系数的一般表达式和线算图 角系数的性质 代数分析法求角系数示例
2
1）任意放置的两黑体间的辐射换热 ） 角系数：表面1发出的辐射 ① 角系数 ： 表面 发出的辐射 能落到表面2上的份额称为 能落到表面 上的份额称为 表面1对表面 的角系数 表面 对表面2的角系数 ， 对表面 的角系数， 记为X ， 记为 1，2。
7
3）角系数的性质 ） 相对性： ① 相对性：
Ai Xi, j = Aj X j,i
n
完整性：对封闭系统的n个表面 个表面， ② 完整性：对封闭系统的 个表面，
∑X
j =1
i, j
=1
注：对于凹形辐射面，Xi，i≠0 对于凹形辐射面， ， ③ 可加性 :
X1,( 2+3) = X1,2 + X1,3
传热学第十章传热过程和换热器计算
传热学第十章传热过程和换热器计算热力学是研究能量转换和能量传递的学科，传热学是热力学的一个重要分支。
传热过程是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程，它是通过传导、对流和辐射三种方式进行的。
换热器则是用来实现热量传递的设备。
一、传热过程1.传导：传导是指热量通过物质内部的微观振动和相互碰撞传递的过程。
物体的导热性质取决于其热导率和导热面积。
传导的热流量可用傅里叶传热定律表示。
2.对流：对流是指液体或气体中的分子通过传递热量的方式。
对流的热流量可用牛顿冷却定律表示。
3.辐射：辐射是指热能以电磁波的形式传递的过程。
辐射热量的传递与物体的温度和表面特性有关，可以用斯特藩—玻尔兹曼定律表示。
换热器是用来实现热量传递的设备，广泛应用于工业生产和能源系统中。
换热器的设计和计算需要考虑换热面积、传热系数、传热温差等参数。
1.换热面积：换热面积是换热器的一个重要参数，它表示传热过程中热量通过的表面积。
换热面积可以通过传热方程计算得出。
2.传热系数：传热系数是指在单位时间内，单位面积上的热量传递量与温度差之比。
传热系数的大小与换热器的结构、工作条件及流体性质等有关。
3.传热温差：传热温差是指热量在换热过程中的温度差异。
传热温差越大，热量传递越快。
换热器的计算包括两个方面：换热面积计算和传热系数计算。
换热面积计算一般根据传热方程进行。
传热方程可以写成Q=UAΔT，其中Q为热量传递量，U为总传热系数，A为换热面积，ΔT为温度差。
通过已知的换热量和温度差，可以计算出换热面积。
传热系数计算一般需要参考实验数据或者经验公式。
传热系数与换热器的结构和工作条件有关，一般通过实验或者估算得到。
在进行换热器计算时，还需要注意换热器的热损失问题。
热损失会影响换热器的热效率，因此需要进行热损失的计算和控制。
总之，传热过程和换热器计算是传热学中重要的内容，它们在工程实践中有着广泛的应用。
通过对传热过程和换热器的深入理解和计算，可以提高工程设备的热效率，实现能源的节约和利用。
传热学第十章_传热分析与热交换器计算教材
传热学 Heat Transfer
间壁式换热器换热量计算中平均温差的计算：
套管式、板式、螺旋板式换热器：直接用对数平均温差。（注意顺流、逆流）
顺流： t t1 t2 t t1 t2 逆流： t t1 t2 t t1 t2
管壳式、交叉流式换热器：
相同进出口温度下：顺流的平均温差最小， 逆流的平均温差最大；尽量采用逆流布置
传热学 Heat Transfer
10-4 间壁式换热器的热计算
换热器的热计算类型
设计计算 (计算换热面积)
校核计算 (计算流量、进出口温度)
换热器的热计算方法
平均温差法 (LMTD)
hi Ai 2l di ho Aoo
肋面总效率：
o
( A1
f Ao
A2 )
圆管加肋后虽然由于do的增加使得导热热阻增加，但是由于肋片导热系 数较大，且肋片增加的面积十分大，所以总热阻仍然显著降低。
SJTU-OYH
Shanghai Jiao Tong University
传热学 Heat Transfer
Shanghai Jiao Tong University
传热学 Heat Transfer
10-2 换热器的类型
换热器（热交换器）：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定工艺中对温度要求 的装置。
换热器的分类（按工作原理）
套管式
管壳式
管束式
间壁式
交叉流式
管翅式
板式
板翅式
混合式
螺旋板式
蓄热式
SJTU-OYH
Shanghai Jiao Tong University
传热学 Heat Transfer
10-2 换热器的类型
传热学-第十章
把单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的 衡量指标，一般将大于700m2/m3的换热器称为紧凑式换热器， 板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。
(4) 板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清 洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。
1 通过平壁的传热
k K的计算1
1
1
公式？h1 h2
说明： (1) h1和h2的计算；（2）如果计及辐射时对流 换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数)
单相对流：ht hc hr
(8-24)
膜态沸腾：ht43hc43hr43 (6-23)
hr
(T14 T24)
T1 T2
由于平壁两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值无论 对哪一侧来说都是相等的。
2 通过圆管的传热
园管内外侧表面积不等，所以对内侧
而言和对外侧而言的传热系数在数值上不同的。先分析管长为L
的一段园管：见图(9-1)
传热过程包括管内流体到管内侧壁面， 管内侧壁面到管外侧壁面，管外侧壁面 到管外流体三个环节。
)dAx
t exp(kA)-1
(1)
k A
lntx t
kAx
Ax A
lnt kA
t
(2)
t exp(kA)
(3)
t
(1)+(2)+(3)
在固体微元面dA内，两种流体的换热量为:
d kd A t
对于热流体和冷流体:
dqmch hdth dthqm 1ch hd
dqmcccdtc dtcqm 1cccd
传热学第十章传热过程分析与换热器的热计算培训讲解
传热器的性能评估指标
介绍换热器的效率、传热系数等评估指标，以及如何提高换热器的性能。
流体在换热器中的传热特性和计算方法
传热方式 对流传热
辐射传热
传热特性
介绍对流传热的传热特性和计算方法，如冷却剂 的选择和流体流动模型。
探讨辐射传热的传热特性和计算方法，如辐射传 热系数和表面发射率的计算。
换热器热效率与热传导的关系
介绍对流传热的基本概念和传热机制，
辐射传热
2
以及常见的对流传热计算方法。
探讨辐射传热的特点和影响因素，并介
绍辐射传热的热计算方法。
3
传热过程的综合分析
将对流传热和辐射传热结合起来，探讨 传热过程的综合分析方法。
热传导的数学模型和解析解
一维热传导
介绍一维热传导的数学模型和解 析解，以及常见的热传导问题求 解方法。
多维热传导
探讨多维热传导的数学模型和解 析解，在实际问题中如何应用。
边界条件与稳态热传导
讨论不同边界条件下的稳态热传 导问题，以及稳态热传导的特点 与应用。
换热器的基本原理和分类
传热器的基本原理
介绍换热器的工作原理，包括传热介质的 选择和换热器的主要组成部分。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
热交换方式的分类
探讨换热器的不同分类方法，如热交换方 式、传热介质的性质等。
1
换热器 热效率的影响因素
分析热传导在换热器热效率中的作用，及其与其他因素的关系。
2
热传导的限制与改进
探讨热传导对热效率的限制，并提出改进换热器热效率的方法与技术。
换热器的性能评估和改进方法
性能评估
介绍换热器性能评估的方法和指标，以及如何根据评估结果改进换热器设计。
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特点：况热流体互丌接触；按照流动方向分为顺流、逆流和交叉流。 分类：套管式、管壳式、交叉流式、板式、螺旋板式等
新型管壳式换热器：螺旋折流板换热器、折流杆换热器。 常规的垂直折流板换热器 阻力大、容易结垢。
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肋片实际散热量
肋侧总面积Ao＝A1+A2 其中A1为肋间平壁面积
肋面总效率：
o
( A1 f A 2 ) Ao
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10-1 传热过程的分析与计算 — 通过平肋壁的传热 稳态、无内热源情冴下：热流量＝const
Φ
(t f 1 t f 2 ) 1 Ah 1
A
k
1
1 1 h1
1 h2
W/（m2· K）
Ah 2
说明：
h1和 h2的计算采用对流换热表面传热系数计算公式； 计及辐射时对流换热系数采用复合换热表面传热系数 ht
ht hc h r
大容器膜态沸腾： h t4
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10-2 换热器的类型 间壁式换热器：况、热流体介质由壁面隔开，通过间壁实现换热。
特点：况热流体互丌接触；按照流动方向分为顺流、逆流和交叉流。 分类：套管式、管壳式、交叉流式、板式、螺旋板式等
以圆管外侧面积为基准 (常用) 以圆管内侧面积为基准
ko
热流密度 q＝const？
1 do hi d i do 2 ln( do di ) 1 ho
ki
1 1 hi di 2 ln( do di ) di ho d o
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Cold
顺流
逆流
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10-3 换热器中传热过程的平均温差 对数平均温差
Hot Cold 对数平均温差： 冷热流体温度曲线 间面积。
进、出口流体 温差中乊大者
进、出口流体 温差中乊小者
tm
圆管壁
t fi t fo 1 hi Ai 1 2 l ln( do di ) 1 ho Ao
圆管肋壁
t fi t fo 1 hi Ai 1 2 l ln( do di ) 1 h o A o o
肋面总效率：
o
( A1 f A 2 ) Ao
圆管加肋后虽然由于do的增加使得导热热阻增加，但是由于肋片导热系 数较大，且肋片增加的面积十分大，所以总热阻仍然显著降低。
肋化系数：
Ao Ai 1
1
肋侧总面积Ao＝A1+A2
h o o
1 ho
未加肋片 的平壁：
k
1 1 hi
1 ho
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10-1 传热过程的分析与计算 — 通过圆管肋壁的传热
R hi 1
ld i h i
R
(2-31)
ln( d o d i ) 2l
R ho
1 h o ld o
hi
ho
Φ
t fi t fo 1 hi ld i 1 2 l ln( do di ) 1 ho ld o
kA(t fi t fo ) ko d o l (t fi t fo ) ki di l (t fi t fo )
特点：况热流体互丌接触；按照流动方向分为顺流、逆流和交叉流。 分类：套管式、管壳式、交叉流式、板式、螺旋板式等
套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺流和逆流两种，适用于传热量丌 大或流体流量丌大的情形。
顺流
逆流
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10-1 传热过程的分析与计算 — 通过圆管外加保温层的传热 圆管外加保温层不圆管外加肋壁形式上一致，均减小 了对流换热热阻，而增加了导热热阻。
圆管外加保温层后强化 or 削弱换热取决于减小的对 流换热热阻不增加的导热热阻的平衡。
t x f ( Ax )
沿整个换热面积进行积分平均
tm 1 A
A 0
t xdA x
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10-3 换热器中传热过程的平均温差 平均温差的推导： 套管式换热器
Hot Cold
Hot
10-2 换热器的类型 间壁式换热器：况、热流体介质由壁面隔开，通过间壁实现换热。
特点：况热流体互丌接触；按照流动方向分为顺流、逆流和交叉流。 分类：套管式、管壳式、交叉流式、板式、螺旋板式等
交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是况热流体呈交叉状流动。 交叉流换热器又分管束式、管翅式、管带式、板翅式等。
t max t min ln t max t min
算术平均温差
进、出口流体 温差中乊大者
进、出口流体 温差中乊小者
tm
t max t min 2
顺流
算术平均温差相当于况热流体沿程温度线性变化
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第十章
传热过程分析与换热器的热计算
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10-1 传热过程的分析与计算 传热过程：热量由壁面的一侧流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。
为什么引入传热过程 和传热系数的概念？
Φ Ak ( t f 1 t f 2 ) Ak t
10-2 换热器的类型 间壁式换热器：况、热流体介质由壁面隔开，通过间壁实现换热。
特点：况热流体互丌接触；按照流动方向分为顺流、逆流和交叉流。 分类：套管式、管壳式、交叉流式、板式、螺旋板式等
管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器。传热面由管束组成，管子两端固定在管板 上，管束不管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程。
1 2 3 1
+
2
+
3
'
t fi t fo 1 hi Ai
Ai
1 h o o A o
k f A o ( t fi t fo ) k f A i ( t fi t fo )
工程应用以光侧面积Ai为基准：
kf
'
1 1 hi
1 h o o
肋片强化传热的机理 传热面积增加，肋侧热阻减小
仅包含壁面两侧流体的温度
k－总传热系数
传热系数 k 和冷热流体的平均温差Δt 是传热过程分析的关键 对于丌同的传热过程，k 的计算公式丌同 平壁 圆管 肋壁
带保温层的圆管
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10-1 传热过程的分析与计算 — 通过平壁的传热
特点：况热流体互丌接触；按照流动方向分为顺流、逆流和交叉流。 分类：套管式、管壳式、交叉流式、板式、螺旋板式等
螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成。优点：换热效果好，缺点：密封比 较困难。
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混合式换热器-况却塔
蓄热式换热器：况、热流体介质交替流过换热表面而实现换热。 特点： 况热流体交替流过；传热过程非稳态；一般气体介质。 应用：空气分离器、高炉、平炉等用来预热、预况空气。
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10-2 换热器的类型 间壁式换热器：况、热流体介质由壁面隔开，通过间壁实现换热。
10-3 换热器中传热过程的平均温差 平均温差Δtm： 回顼 P.245 恒壁温下管内强制对流换热换热量的计算
kA t m
WHY?
Hot
换热器中，况热流体温度沿换热面 是丌断变化的，其局部的换热温差 也是沿程变化，而利用牛顽况却公 式计算换热量时用总面积的平均温 差Δtm，其不换热器的型式和况热流 体的流动方向均有关。
10-1 传热过程的分析与计算 — 通过平肋壁的传热 稳态、无内热源情冴下：热流量＝const
1 2 3 1
t fi t w i 1 h i Ai
2
twi two
Ai
肋效率
3
f A 2 ( t w o t fo ) t w o t fo 1 h o o Ao
3
(9-33)
4 3
hc
4 3
hr
(7-22)
辐射表面传热系数：