传热学第九章-传热过程分析和换热器热计算-2-PPT课件
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传热学第九章课件chapter
传热学第九章课件chapter Heat
tm
1 A
A Transfer
0 txdAx
tm
பைடு நூலகம்
1 A
A 0
texp(kAx )dAx
t exp(kA) -1
kA
tm
t ln t
t t
-1
t ln
t t
t
t
上式就是顺流情况下的对数平均温差。
华北电力大学
传热学第九章课件chapter Heat
直到
值的' 和偏差"小到满意为止。至于两者偏差
应小到何种程度，则取决于要求的计算精度，一般
认为应小于2％-5％。
华北电力大学
传热学第九章课件chapter Heat 二、换热器计算的Tra效ns能fer-传热单元数法
中的3个温度，只要知道其中5个变量，就可以算 出其它3个。
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1、设计计算
传热学第九章课件chapter Heat Transfer
进行设计计算时，一般是根据生产任务的要求，
给定流体的质量流量
q和m1、4个qm进2 、出口温度中
的3个，需要确定换热器的型式、结构，计算传热
系数 k 及换热面积A。计算步骤如下：
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冷流体
顺流式套管换热器
传热学第九章课件chapter Heat Transfer
热流体
冷流体
华北电力大学
逆流式套管换热器
传热学第九章课件chapter Heat （2）壳管式换热Tr器an。sfe它r 是间壁式换热器的主要形 式。电厂中的冷油器和给水加热器等。
壳管式换热器的传热面由管束构成。一种流体在 管子内部流动，称为管程，另一种流体在管子与换 热器的壳体之间流动，称为壳程。
传热过程总结分解PPT课件
二基本定律牛顿冷却定律能量守恒定律换热方程式三确定h的方法1理论分析法1建立微分方程组求解2建立积分方程组求解2热量和动量传递间的比拟法3数值解法4实验法对流换热小结层流紊流过渡流内部流动外部流动自然对流强制对流混合对流外掠管束圆管其他形状外掠平板有限空间大空间平板竖圆柱水平管狭缝定性上熟练掌握对流换热机理及其影响因素边界层概念及其应用以及在相似理论指导下的实验研究方法提出针对具体换热过程的强化传热措施
t
' 2
100 ℃
顺流
t1' 300 ℃ t1" 210℃ t2" 200 ℃ t2" 200 ℃
逆流
t1" 210 ℃
t2' 100
℃
tmax 200 ℃ tmin 10 ℃
tmax 110 ℃
tmin 100 ℃
tm,顺
t max tmin ln t max
200 10 ln 200
3、冬天，房顶上结霜的房屋地保暖性好？还是不结霜的好？
4、利用同一冰箱储存相同的物质时，问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗 电量大？
第25页/共28页
考试时间：2011年7月2日 14:30~16:30
考试地点：东廊101 考试携带：有效证件、计算器、笔
铅笔、直尺、橡皮
26
第26页/共28页
预测考试题型： 一、分析简答（约30分） 二、计算 （约70分）
第17页/共28页
传热过程及换热器 理解传热过程及传热系数；能用热阻概念进行传热过程的计算；井筒内的传热
过程的特点和处理方法；掌握强化和削弱热量传递过程的原理和技术手段； 了解工程上常见换热器的类型；能用对数平均温差法对简单换热器进行设计 和校核。 重点难点：通过平壁与圆筒壁的传热过程，临界热绝缘直径，井筒内的传热过 程，换热器热计算的基本方程，对数平均温差
t
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100 ℃
顺流
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℃
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200 10 ln 200
3、冬天，房顶上结霜的房屋地保暖性好？还是不结霜的好？
4、利用同一冰箱储存相同的物质时，问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗 电量大？
第25页/共28页
考试时间：2011年7月2日 14:30~16:30
考试地点：东廊101 考试携带：有效证件、计算器、笔
铅笔、直尺、橡皮
26
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预测考试题型： 一、分析简答（约30分） 二、计算 （约70分）
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传热过程及换热器 理解传热过程及传热系数；能用热阻概念进行传热过程的计算；井筒内的传热
过程的特点和处理方法；掌握强化和削弱热量传递过程的原理和技术手段； 了解工程上常见换热器的类型；能用对数平均温差法对简单换热器进行设计 和校核。 重点难点：通过平壁与圆筒壁的传热过程，临界热绝缘直径，井筒内的传热过 程，换热器热计算的基本方程，对数平均温差
人教版物理九级热传递过程中热量的计算教用课件
的温度是多少摄氏度?[铝
的比热是0.88×103焦/(克·℃)]
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
*
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
3、阅读“气候与热污染”
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
*
*
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
3.铁的比热大于铜的比热, 质量 相等的铁块和铜块, 吸收相等热
量(不发生物态变化)那么( B )
A、铁块温度升高得多.
B、铜块温度升高得多.
C、铁块和铜块都升高相同温度.
D、由于初温不知道, 无法判断.
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
*
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
• 1.春季培养秧苗时,为了保护秧 苗夜间不受冻,傍晚时往秧田里 多灌些水,这样夜间秧田的温度 不致降低太多,秧苗不致冻坏,这 是利用水的下列特性中的（Ｄ)
• A.吸收热量多 B.放出热量多
C.密度较大
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
D* .比热大
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
• 2.某金属的比热是880 焦耳/（千克·℃）,若 把它的质量增加二倍， 加热时间增加一倍, 这 时该金属的比热是＿＿ ＿88＿0焦＿耳＿/（＿千＿克＿·℃）
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
复习 1、影响物体吸收热量的多 少的因素：
质量 温度升高的度数
物质的比热容
*
2、比热容c
单位质量的某种物质,温度 升高1℃所吸收的热量,叫这种 物质的比热容.
的比热是0.88×103焦/(克·℃)]
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*
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
3、阅读“气候与热污染”
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
*
*
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
3.铁的比热大于铜的比热, 质量 相等的铁块和铜块, 吸收相等热
量(不发生物态变化)那么( B )
A、铁块温度升高得多.
B、铜块温度升高得多.
C、铁块和铜块都升高相同温度.
D、由于初温不知道, 无法判断.
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人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
• 1.春季培养秧苗时,为了保护秧 苗夜间不受冻,傍晚时往秧田里 多灌些水,这样夜间秧田的温度 不致降低太多,秧苗不致冻坏,这 是利用水的下列特性中的（Ｄ)
• A.吸收热量多 B.放出热量多
C.密度较大
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D* .比热大
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• 2.某金属的比热是880 焦耳/（千克·℃）,若 把它的质量增加二倍， 加热时间增加一倍, 这 时该金属的比热是＿＿ ＿88＿0焦＿耳＿/（＿千＿克＿·℃）
人教版物理九级热传递过程中热量的 计算教 用课件
复习 1、影响物体吸收热量的多 少的因素：
质量 温度升高的度数
物质的比热容
*
2、比热容c
单位质量的某种物质,温度 升高1℃所吸收的热量,叫这种 物质的比热容.
传热学(第9章--对流换热)
— —
横向节距 纵向节距
23
9-3 流体有相变时的对流换热
一、凝结换热
1.特点：
——蒸汽和低于饱和温度的冷壁面相接触时会发 生凝结换热，放出凝结潜热。（如电厂中：凝汽 器和回热加热器内，管外蒸汽与管外壁的换热）
➢两种凝结方式：根据凝结液体依附在壁面上的形
态不同分.
tw ts
1）膜状凝结：凝结液体能润湿壁面，
腾换热设备安全经济的工作区为泡态沸腾区。
34
炉内高热负荷区水冷壁沸腾换热的强化
35
各种对流换热比较
液体对流换热比气体强；
对同一种流体，强制对流换热比自然对流换热强；
紊流换热比层流换热强；横向冲刷比纵向冲刷强；
有相变的对流换热比无相变换热强。
表9-5 各种对流换热平均换热系数的大致范围
换热系数 α[w/(m2.K)]
二是在蒸汽中混入油类或脂类物质。对紫铜管进行表面改 性处理，能在实验室条件下实现连续的珠状凝结，但在工 业换热器上应用，尚待时日。
26
2.影响蒸汽膜状凝结换热的因素：
（1）蒸汽中含有不凝结气体的影响 ➢ 蒸汽中含有不凝结气体（如空气）时，即使含量极微，
也会对凝结换热产生十分有害的影响。不凝结气体将会在 液膜外侧聚集而形成一层气膜，使热阻大大增加，从而恶 化传热。
21
（1）管束排列方式的影响
s1
s1
s2
顺排
s2
叉排
叉排：换热系数大，但流动阻力大. 顺排：换热系数小，但流动阻力小.
22
s1
s1
s2
s2
顺排
叉排
（2）流动方向上管排数的影响
后排管受前排管尾流的扰动作用对平均换热系 数的影响直到20排以上的管子才能消失。
大学传热学第九章 第一节
• 管内侧流体到管内壁的换热
•
管内侧壁面到管外测壁面的导热t1w1
tw ln
2
r0
2 l ri
• 管外测壁面到外测流体间的换热
A0h2 tw2 t f 2 2 r0lh2 tw2 t f 2
• 将上面三个式子改写成温差的形式，然后相加，整理后得
到
tf1 tf2
1 1 ln d0 1
典型传热过程分析
传热过程分析
通过平壁的 传热
通过圆筒壁的 传热
通过肋壁的 传热
通过平壁的传热
通过平壁的传热
通过单层平壁的传热
通过多层平壁的传热
通过单层平壁的传热
通过单层 平壁的传热
物理模型
过程分析
结论
物理模型
• 一个导热系数为，厚度为，导热面积为A的无限大平板； 平板的左侧有温度t为f 1 的热流体通过，热流体与平壁表面 的换热系数为 ；平壁右侧有温度为 的冷流体通过，冷 流体与h1 平板表面的换热系数t为f 2 。
• 本章将从四个方面展开讨论。 （1）分析与计算通过几种不同几何形状固体壁面的传热过
程； （2）针对一种典型的实现两种流体热量交换的设备——间
壁式换热器，详细讨论其热力设计方法。 （3）强化和削弱传热的措施和方法； （4）对几个复杂的热量传递过程的例子进行综合分析。
第一节 传热过程的分析和计算
传热过程 分析和计算
传热系数
• 传热系数的定义：
k
At
t
W/m2 K
f1
f2
• 传热系数的物理意义：冷热两种流体温度相差1度时，单 位时间、单位面积冷热流体间传递的热量。
• 影响因素：传热系数的大小不仅取决于参与传热过程中两 种流体的种类，而且还与过程本身（如流速的大小、有无 相变等）、固体表面的形状等有关。
•
管内侧壁面到管外测壁面的导热t1w1
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• 管外测壁面到外测流体间的换热
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• 将上面三个式子改写成温差的形式，然后相加，整理后得
到
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典型传热过程分析
传热过程分析
通过平壁的 传热
通过圆筒壁的 传热
通过肋壁的 传热
通过平壁的传热
通过平壁的传热
通过单层平壁的传热
通过多层平壁的传热
通过单层平壁的传热
通过单层 平壁的传热
物理模型
过程分析
结论
物理模型
• 一个导热系数为，厚度为，导热面积为A的无限大平板； 平板的左侧有温度t为f 1 的热流体通过，热流体与平壁表面 的换热系数为 ；平壁右侧有温度为 的冷流体通过，冷 流体与h1 平板表面的换热系数t为f 2 。
• 本章将从四个方面展开讨论。 （1）分析与计算通过几种不同几何形状固体壁面的传热过
程； （2）针对一种典型的实现两种流体热量交换的设备——间
壁式换热器，详细讨论其热力设计方法。 （3）强化和削弱传热的措施和方法； （4）对几个复杂的热量传递过程的例子进行综合分析。
第一节 传热过程的分析和计算
传热过程 分析和计算
传热系数
• 传热系数的定义：
k
At
t
W/m2 K
f1
f2
• 传热系数的物理意义：冷热两种流体温度相差1度时，单 位时间、单位面积冷热流体间传递的热量。
• 影响因素：传热系数的大小不仅取决于参与传热过程中两 种流体的种类，而且还与过程本身（如流速的大小、有无 相变等）、固体表面的形状等有关。
传热学 第9章-传热过程分析和换热器计算
第九章 传热过程分析和换热器计算在这一章里讨论几种典型的传热过程，如通过平壁、圆筒壁和肋壁的传热过程通过分析得出它们的计算公式。
由于换热器是工程上常用的热交换设备，其中的热交换过程都是一些典型的传热过程。
因此，在这里我们对一些简单的换热器进行热平衡分析，介绍它们的热计算方法，以此作为应用传热学知识的一个较为完整的实例。
9－1传热过程分析在实际的工业过程和日常生活中存在着的大量的热量传递过程常常不是以单一的热量传递方式出现，而多是以复合的或综合的方式出现。
在这些同时存在多种热量传递方式的热传递过程中，我们常常把传热过程和复合换热过程作为研究和讨论的重点。
对于前者，传热过程是定义为热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的综合热量传递过程，在第一章中我们对通过大平壁的传热过程进行了简单的分析，并给出了计算传热量的公式 t kF Q ∆=， 9－1式中，Q 为冷热流体之间的传热热流量，W ；F 为传热面积，m 2；t ∆为热流体与冷流体间的某个平均温差，o C ；k 为传热系数，W/(⋅2m o C)。
在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差t ∆=1 o C 、传热面积A =1 m 2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。
在这一章中我们除对通过平壁的传热过程进行较为详细的讨论之外，还要讨论通过圆筒壁的传热过程，通过肋壁的传热过程，以及在此基础上对一些简单的包含传热过程的换热器进行相应的热分析和热计算。
对于后者，复合换热是定义为在同一个换热表面上同时存在着两种以上的热量传递方式，如气体和固体壁面之间的热传递过程，就同时存在着固体壁面和气体之间的对流换热以及因气体为透明介质而发生的固体壁面和包围该固体壁面的物体之间的辐射换热，如果气体为有辐射性能的气体，那么还存在固体壁面和气体之间的辐射换热。
这样，固体壁面和它所处的环境之间就存在着一个复合换热过程。
下面我们来讨论一个典型的复合换热过程，即一个热表面在环境中的冷却过程，如图9－1所示。
传热学基本知识ppt课件
普朗克公式
用于计算黑体辐射出射度随波长的分 布，公式为M(λ,T)=c1λ^5/(e^(c2/λT)-1)，其中c1和c2为普朗 克常数。
05
传热过程与换热器设计
传热过程分析
热量传递的三种基本 方式：导热、对流和 辐射。
一维稳态导热问题的 解析解：平壁、圆筒 壁导热。
传热过程的数学描述 ：传热微分方程、定 解条件。
换热器类型及其工作原理
1 2
换热器的分类
按传热原理、结构形式、操作过程等分类。
常见换热器类型及其工作原理
管壳式换热器、板式换热器、热管换热器等。
3
换热器的性能评价
传热系数、压力降、热效率等。
换热器设计方法与优化措施
换热器设计的基本步骤
01
确定设计条件、选择换热器类型、计算传热面积、确定结构尺
寸等。
流体的流动状态（层流 或湍流）对对流换热系 数有显著影响。湍流状 态下的对流换热系数通 常比层流状态下高。
温度梯度越大，对流换 热系数越高。因为较大 的温度梯度会导致流体 内部产生更强烈的密度 差异和流动。
固体壁面的形状、粗糙 度以及表面条件（如氧 化、涂层等）也会影响 对流换热系数。
04
热辐射基本知识
到高温热源中释放热量，实现节能和环保。传热学在热泵技术的设计和
应用中起到重要作用。
环境保护领域应用案例
大气污染控制
传热学在大气污染控制设备如脱硫脱硝装置、除尘器等的 设计和运行中起到重要作用，提高污染物的去除效率。
废水处理
废水处理过程中涉及热量的传递和转化，传热学原理在废 水处理设备的设计和优化中起到关键作用，提高废水处理 效率。
对流换热系数及其影响因素
对流换热系数定义
传热学-9 传热过程和换热器
t
t
t1
t1
t1
t 2
t1
t 2
t 2 A
t 2 A
t
t
t1
t1
t1
t1
t 2
t 2
t 2
A
t 2 A
以顺流情况为例，作如下假设：
（1）冷、热流体的质量流量 qm2、qm1以及比热容 C2, C1是常数；
（2）传热系数是常数； （3）换热器无散热损失； （4）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
阻值。虽然 o 1，但 o 1 ，所以加肋侧总热
阻减小，传热热流量增加。
（2）调节壁面温度
9-1 传热过程的分析和计算
对于蒸汽加热的暖气包，由于蒸汽凝结换热系数 h1远远大于暖气包对室内空气自然对流时的h2，使这 一传热过程中的总热阻完全决定于h2一侧的换热热阻。 因此在h2一侧加导热热阻较小的肋片是最有效的改进 措施。
ho
1
1
hi Ai
hi dil
圆柱面导热： Φ= (twi two ) 1 ln do
2 l di
9-1 传热过程的分析和计算
外部对流：
Φ two t f 2 two t f 2
1
1
ho Ao ho dol
hi
Φ
t fi t fo
ho
1 1 ln( do ) 1
hi dil 2l di ho dol
在表面传热系数较小的一侧采用肋壁是强化传热 的一种行之有效的方法。
9-1 传热过程的分析和计算
四 临界热绝缘直径
圆管外加肋片是强化换热还是消弱传热（圆管外加保热 层）取决于增加表面积后所引起的对流换热热阻减小的程度 及导热热阻增加的程度的相对大小。
传热学第九章课件
Ah(Tf − T1 ) = Aε1σ T − T2
4 1
(
4
)
高 正 阳
测温误差 Tf − T1 =
华北电力大学
ε1σ (T14 − T24 )
h
传热学 Heat Transfer
§8-5 气体辐射 一、辐射性气体
在工业上常见的温度范围内， 在工业上常见的温度范围内，氧、氮、氢等分 子结构对称的双原子气体， 子结构对称的双原子气体，可以认为是热辐射的透 明体。 明体。 辐射性气体主要有：二氧化碳、水蒸气、 辐射性气体主要有：二氧化碳、水蒸气、二氧 化硫、甲烷、氟里昂等三原子、 化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子及结构不 对称的双原子气体（一氧化碳）。 对称的双原子气体（一氧化碳）。
高 正 阳
华北电力大学
传热学 Heat Transfer
华北电力大学
高 正 阳
传热学 Heat Transfer
§8-2 两固体表面间的辐射换热
华北电力大学
高 正 阳
传热学 Heat Transfer
一、有效辐射
单位时间离开单位面 积的总辐射能为有效辐 射，记为J 。 J1 =E1 + ρ1G1
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高 正 阳
传热学 Heat Transfer
I1 cos ϕ1dA1dΩ1 Xd1,d2 = E1dA1 dA2 cos ϕ1 cos ϕ2 = πr2
cosϕ1 cosϕ2 Xd1,2 = ∫ dA2 2 A2 πr
1 cosϕ1 cosϕ2 X1,2 = ∫ ∫ dA dA2 1 2 A A2 1 A πr 1
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高 正 阳
传热学 Heat Transfer
直径1m、 2m的圆形烟道内，有温度为1027摄 直径1m、长2m的圆形烟道内，有温度为1027摄 1m 的圆形烟道内 1027 氏度的烟气通过，烟气压力为0.1MPa, 0.1MPa,其中二氧 氏度的烟气通过，烟气压力为0.1MPa,其中二氧 化碳占10% 水蒸气占8% 其余气体不辐射， 10%， 8%， 化碳占10%，水蒸气占8%，其余气体不辐射，求 烟气对包壁的平均发射率， 烟气对包壁的平均发射率，若烟道表面可以看 做为温度为527摄氏度的黑体， 527摄氏度的黑体 做为温度为527摄氏度的黑体，计算烟气对烟道 表面的辐射换热。 表面的辐射换热。
传热学基本知识PPT课件
热传导与对流传热共 同起作用； （3）湍流区：
充满漩涡，混合很好， 对流为主，热阻小,温差 小。
第32页/共74页
传热学基本知识
4、对流换热方程
热对流
对流传热计算公式—牛顿冷却定律
Q At
Q A
t 1
t R
一侧对流传热推动力 一侧对流传热热阻
t (t1 t2 )
一般为传热壁面的温度与流体主体的平均温度之差。
度 再
差 乘
⊿以t温均度是t 差先修按正逆系流数计
算
对数平均 ，即
温
度
t均 t t逆
第18页/共74页
第19页/共74页
③错流和折流时的平均温度差
各种流动情况下的温度差修正系数，可以根据
两个参数查图
R T1 T2 热流体的温降 t2 t1 冷流体的温升
P t2 t1 T1 t1
冷流体的温升 两流体的最初温差
3）流体的物理性质对给热系数的影响 导热系数、比热容c、密度越大，动力粘度越小，对流传 热系数越大
第34页/共74页
传热学基本知识
热对流
2）流体有相变发生时
蒸汽的冷凝 液体的沸腾
膜状冷凝 滴状冷凝(传热系数大)
自然对流
泡状沸腾或泡核沸腾（传热系数大）
膜状沸腾
第35页/共74页
蒸汽冷凝时的对流传热
现2场．测采得用流经体的验流数量据，由流体在换热器进出口的状态变化而求得。
表5-2列出了常见的列管式换热器的传热系数经验值的大致范围。
3．计算法
传热系数的计算公式可利用串联热阻叠加原则导出。对于间壁式换热 器，传热过程的总阻力应等于两个对流传热阻力与一个导热阻力之和。 传热总阻力的倒数就是传热系数。
充满漩涡，混合很好， 对流为主，热阻小,温差 小。
第32页/共74页
传热学基本知识
4、对流换热方程
热对流
对流传热计算公式—牛顿冷却定律
Q At
Q A
t 1
t R
一侧对流传热推动力 一侧对流传热热阻
t (t1 t2 )
一般为传热壁面的温度与流体主体的平均温度之差。
度 再
差 乘
⊿以t温均度是t 差先修按正逆系流数计
算
对数平均 ，即
温
度
t均 t t逆
第18页/共74页
第19页/共74页
③错流和折流时的平均温度差
各种流动情况下的温度差修正系数，可以根据
两个参数查图
R T1 T2 热流体的温降 t2 t1 冷流体的温升
P t2 t1 T1 t1
冷流体的温升 两流体的最初温差
3）流体的物理性质对给热系数的影响 导热系数、比热容c、密度越大，动力粘度越小，对流传 热系数越大
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传热学基本知识
热对流
2）流体有相变发生时
蒸汽的冷凝 液体的沸腾
膜状冷凝 滴状冷凝(传热系数大)
自然对流
泡状沸腾或泡核沸腾（传热系数大）
膜状沸腾
第35页/共74页
蒸汽冷凝时的对流传热
现2场．测采得用流经体的验流数量据，由流体在换热器进出口的状态变化而求得。
表5-2列出了常见的列管式换热器的传热系数经验值的大致范围。
3．计算法
传热系数的计算公式可利用串联热阻叠加原则导出。对于间壁式换热 器，传热过程的总阻力应等于两个对流传热阻力与一个导热阻力之和。 传热总阻力的倒数就是传热系数。
第9章-传热过程分析和换热器计算 传热学 教学课件
在前面假设的基础上，并已知冷热流体的 进出口温度，现在来看图9-12中微元换热面 dA一段的传热。温差为：
t th tc d t d th d tc
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:
dqm 1c1dt1 dt1qm 1 1c1d
对于冷流体:
1 dqm2c2dt2 dt2qm2c2d
管束式
（4）板式换热器
板式换热器拆卸清洗方便，故适合于 含有易污染物的流体的换热。
（5）螺旋板式换热器
这种换热器换热效果较好，缺点是换 热器的密封比较困难。
2 简单顺流及逆流换热器的对数平均温差
流动形式不同，冷热流体温差沿换热面的变化规律 也不同.
2 简单顺流及逆流换热器的对数平均温差
流动形式不同，冷热流体温差沿换热面的变化规律 也不同.
1、间壁式换热器主要型式 （1）套管式换热器
适用于传热量不大或流体流量不大的情形。
（2）壳管式换热器
这是间壁式换热器的一种主要形式，又称 管壳式换热器。
1-2型换热器
2-4型换热器
（3）交叉流换热器 它是间壁式换热器的又一种主要型式。
根据换热表面结构的不同又可有管束式、管 翅式及板翅式等的区别 。
1、通过平壁的传热
1
k 1 1 h1 h2
由于平壁的两侧的面积是相等的， 因此传热系数的数值不论对哪一侧来说 都是一样的。
2 通过圆管的传热
在稳态条件下，通过各环节的热流量是不变的。
内部对流： hidil(tf1tw)i
hi
圆柱面导热：
l(twi two )
1 ln( do )
ho
2 di
❖混合式换热器：冷热流体直接接触，彼此混合
传热过程分析与换热器的热计算优秀课件
传热过程的定义
——热量由壁面一侧的热流体通过壁面传到 另一侧的冷流体中的过程,称为传热过程
传热过程的宏观规律——传热方程
k A t或 qk t
式中：k 为传热系数(W/m2.K),反映传热过程的强弱 R t k1A (K/W )或 1 k(m 2K/W )为传热热阻
2020/10/19ຫໍສະໝຸດ 10.1 传热过程的分析和计算
10.1.1 通过平壁的传热过程计算
等效电路图(共三个环节串联):
2020/10/19
10.1 传热过程的分析和计算
通过平壁的传热量：
tf1 tf 2
1
1 k(A tf1tf2)k At
h1A A h2A
传热系 k数 h 111 为 h 12 (10 1)
影响传热系数k的数值的主要因素：
①冷热流体的物性；
10.1 传热过程的分析和计算
通过圆筒壁的传热量：
tfi tfo
l(tfi tfo )
(10-2)
1 ln d o/(d i) 1 1ln d o/(d i)1
h i d il 2l h od o l h id i 2
h o d o
定义：(1) 以圆管外侧面积为基准的传热系数 k
k0 ( t A f itf0 ) kd 0 l( tf itf0 )
热设计的类型及计算方法，并能用平均温差 法进行换热器的设计计算 6．掌握热量传递过程的控制原理与方法
2020/10/19
主要内容
▲传热过程的分析和计算 ▲换热器的类型 ▲传热过程的平均温差及计算 ▲间壁式换热器的热设计 ▲热量传递过程的控制(强化和削弱)
2020/10/19
10.1 传热过程的分析和计算
Rh减小。传热量的变化应视两者的变化幅度而定。
——热量由壁面一侧的热流体通过壁面传到 另一侧的冷流体中的过程,称为传热过程
传热过程的宏观规律——传热方程
k A t或 qk t
式中：k 为传热系数(W/m2.K),反映传热过程的强弱 R t k1A (K/W )或 1 k(m 2K/W )为传热热阻
2020/10/19ຫໍສະໝຸດ 10.1 传热过程的分析和计算
10.1.1 通过平壁的传热过程计算
等效电路图(共三个环节串联):
2020/10/19
10.1 传热过程的分析和计算
通过平壁的传热量：
tf1 tf 2
1
1 k(A tf1tf2)k At
h1A A h2A
传热系 k数 h 111 为 h 12 (10 1)
影响传热系数k的数值的主要因素：
①冷热流体的物性；
10.1 传热过程的分析和计算
通过圆筒壁的传热量：
tfi tfo
l(tfi tfo )
(10-2)
1 ln d o/(d i) 1 1ln d o/(d i)1
h i d il 2l h od o l h id i 2
h o d o
定义：(1) 以圆管外侧面积为基准的传热系数 k
k0 ( t A f itf0 ) kd 0 l( tf itf0 )
热设计的类型及计算方法，并能用平均温差 法进行换热器的设计计算 6．掌握热量传递过程的控制原理与方法
2020/10/19
主要内容
▲传热过程的分析和计算 ▲换热器的类型 ▲传热过程的平均温差及计算 ▲间壁式换热器的热设计 ▲热量传递过程的控制(强化和削弱)
2020/10/19
10.1 传热过程的分析和计算
Rh减小。传热量的变化应视两者的变化幅度而定。
西安交通大学热传学课件：传热学9-2
d qm1c1 dห้องสมุดไป่ตู้1
d qm2c2 dt 2
《传热学》讲义
14
《传热学》讲义
d qm1c1 dt1 d qm2c2 dt 2
dt1
1 qm1c1
d
dt 2
1 qm2c2
d
dt dt1 dt2
dt
1 qmhch
1 qmccc
d
d
d k dA t 15
《传热学》讲义
dt d k dA t
5
《传热学》讲义
壳管式换热器（1-2型）
6
《传热学》讲义
壳管式换热器（2-4型）
7
《传热学》讲义
壳式换热器（螺旋折流板）
8
《传热学》讲义
板式换热器
9
《传热学》讲义
螺旋板式换热器
10
《传热学》讲义
交叉流换热器
11
《传热学》讲义
二 简单顺流与逆流的平均温差计算
传热方程的一般形式
kAtm
dt kdA
t
tx dt k Ax dA
t t
0
ln
tx t
k Ax
16
《传热学》讲义
tx t e(kAx )
tm
1 A
A 0
t xdAx
tm
1 A
A 0
tekAx dAx
t ' A
1
k
e k Ax
A
0
t ' ekA 1
k A
17
tm
t '
k A
e k A
tm (tm )ctf
• (tm )ctf 是给定的冷热流体的进出口温度布
第9章 传热过程分析与换热器热计算
T
T1
Th Tc x
T 2
T 1
T c (cold) x
T2
顺流
逆流
2019/2/14 - 10 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-2
(2) 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，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程 和壳程。 T
1 do do do 1 ln( ) h 2 di h id i o
2019/2/14 -4-
其中：
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-1
3 通过肋壁的传热
A1
肋壁面积： A A A o 1 2 稳态下换热情况：
h tf1 t ) iA i( w 1
Ai
A2
A tw two ) i( 1
k A tm
这个过程对于传热过程是通用的，但是
t h
th dth dtc
当温差 t m 沿整个壁面不是常数时，比 如等壁温条件下的管内对流换热，以及
我们现在遇到的换热器等。对于前者我
t h
t c
们曾经提到过对数平均温差(LMTD)的
公式，但是没有给出推导。下面我们就 来看看LMTD的推导过程
2019/2/14 -9-
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-2
3 间壁式换热器的主要型式
两种，适用于传热量不大或流体流量不大的情形
Hot fluid Cold fluid
(1) 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
Hot fluid Cold fluid
T T ot) h (H
tc
t c
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式中， tm 不是独立变量，因为它取决于 th,th,tc,tc
以及换热器的布置。另外，根据公式(9-15)可是，一旦
qmh ch和 q mc cc 以及 th,th,tc,tc中的三个已知的话，我
们就可以计算出另外一个温度。因此，上面的两个方程
中共有8个未知数，即
,k,A ,q mch h,q mcc c,以 th ， 及 th ， tc ， tc 中的三
(th tc)Cr(th tc)
(1Cr)t(h tc)
1tth h ttc c 1 tt(1Cr) +
t exp(kA)
t
1exp(kA)
1Cr
+
1 1 11
qmchh qmccc Ch Cc
Cr
C min C max
式①， ②相加： ( t h t c ) ( t h t c ) ( t h t c ) C r ( t h t h )
式①代入下式得：
(th tc)(th tc)(th tc)Cr(th th )
1e
xpC khA (1C Ch c)1e
xpC khA (1Cr)
1Cr
1Cr
上面的推导过程得到如下结果，对于顺流：
当 qmchhqmccc时
Cr
Cmin Cmax
Ch Cc
1exp
CkAh (1Cr
)
1Cr
当 qmchhqmccc时，同样的推导过程可得：
(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kA和 ，按传热方程式计算在假设出口温度下的 tm (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-传热单元数法 (1) 换热器的效能和传热单元数
换热其效能的定义是基于如下思想：当换热器无限长， 对于一个逆流换热器来讲，则会发生如下情况
a 当 qmchhqmccc时，th tc ，则 qma xqmch h(th tc ) b 当 qmccc qmchh时，tc th ，则 qmaxqmcc(th tc )
(4)由传热方程式计算所需的换热面积A，并核算换热面流体 的流动阻力
(5)如果流动阻力过大，则需要改变方案重新设计。
对于校核计算（已知 A,qmchh,qmccc ，及两个进口温度，
求 th，tc ）
(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 tm
1 平均温差法：就是直接应用传热方程和热平衡方程进行热
2
计算，其具体步骤如下：
对于设计计算（已知 qmhch,qmccc ，及进出口温度中的三个， 求 ）k , A
(1)初步布置换热面，并计算出相应的总传热系数k
(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 tm
Cr
Cmin Cmax
Cc Ch
1exp
CkAc (1Cr
)
1Cr
上面两个公式合并，可得：
Cr
C min C max
1e
xpCkmAin(1Cr
)
1Cr
换热器效能公式中的 k A 依赖于换热器的设计， Cmin 则依赖
于换热器的运行条件，因此，kACmin 在一定程度上表征了换
§ 9-3 换热器的热计算
换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算
(1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积
(2)校核计算：对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设
(3)
计工况条件下，核算他能否胜任规定的新任
务。 换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式
kAtm q m c h ( h th th ) q m c c ( t c c tc )
热器综合技术经济性能，习惯上将这个比值（无量纲数）定义
对于一个已存在的换热器，如果已知了效能 和冷热流体的进 口温差，则实际传热量可很方便地求出
q q m aC x m T h i n T c
那么在未知传热量，之前， 又如何计算？和那些因素有关？
以顺流换热器为例，并假设 qmchhqmccc CminCh ，则有
需要给定其中的5个变量，才可以计算另外三个变量。
对于设计计算而言，给定的是 qmhch,qmccc，以及进出口 温度中的三个，最终求 A,qmchh,qmccc
对于校核计算而言，给定的一般是 k , A ，以及2个进口
温度，待求的是 th，tc
换热器的热计算有两种方法：平均温差法
效能-传热单元数(-NTU)法
于是，我们可以得到
q m a ( q m x c ) m ( t h i n t c ) C m ( t h i n t c )
然而，实际情况的船热量q总是小于可能的最大传热量qmax，我 们将q/qmax定义为换热器的效能，并用 表示，即
q m qa x C C m hth tih n th tc C C m ctc tih n tc t
q m qa x C C m hth tih n th tc tth h tth c th th (th tc )①
根据热平衡式得： C h(th th )C c(tc tc )
热容比
于是
tc tc C Ch c(th th )Cr(th th ) ②