传热过程分析与换热器的热计算

A2 >A1
肋化系数 ：
A2 A1
肋片越高，肋距越小，肋化系 数就越大。
肋片与流体的换热量 h2(tw2 tf2)A2'
h2(tw2tf2)A2'f
f 为肋片效率 加肋侧与流体的换热量
Qh2(tw2tf2)A2'' h2(tw2tf22)A2'f
h2(tw2tf2)A2(A A22'' A A22' f )
传热过程分析与换热器的热计算
在详细讨论了导热、对流、辐射三种热量传递方式的特点和计 算方法以后，本章将综合应用这些知识来分析一些典型工程传热问 题。
本章将从四个方面展开讨论： 1. 首先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. 然后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。 3. 本书以前一些章节中曾陆续介绍过一些强化或削弱热量传递过程
的方法，本章第四节将对其进一步归纳与总结。 4. 本章最后将对几个复杂的热量传递过程的例子进行综合分析。
本章要点：1. 着重掌握传热过程的分析和计算（肋壁的传热） 2. 着重掌握临界热绝缘直径的概念和分析计算 3. 着重掌握顺流及逆流的对数平均温差的分析计算 4. 掌握换热器的型式和分类以及换热器的热设计 5. 了解传热的强化和隔热保温技术及有关问题分析
和砖墙内侧的温度。（不考虑门、窗的传热影响）
4. 临界热绝缘直径(与热绝缘层经济厚度)
在圆管外覆盖一层热绝缘材料时 则每米管长的总热阻为：
R 总 ,lh 1 1 d 1 2 11ln d d 1 2 212ln d d 2 x h 21 d x
R ql
R总,l (3)
(4)
(1)+(2)
d
解：q 1A Q 11 tf1 tf2 1 1 0 .0 7 1 5 15 1 43 .6 W 4 /m 2 7 h 1 h 2 tot205 00 1 1 0 3 0 .9
qh 1 1t f1 t f2 h 1 22107 0 0 5 5 .0 10 1 51 10 57 .3W 0/m 2
本章难点：临界热绝缘直径、对数平均温差的概念和分析计算 本章主要内容： 第一节 传热过程的分析和计算 第二节 换热器的类型 第三节 换热器中传热过程平均温差的计算 第四节 间壁式换热器的热设计 第五节 热量传递过程的控制(强化与削弱)
10-1 传热过程的分析与计算
传热过程：一侧的热流体通过固体壁面把热量传给另一侧冷流体的过程。
ql h2d2(tw 2tf2)
每米管长的传热量：
ql h11d12t1f1 ln td fd21 2h21d2 kl(tf1tf2)
kl
1
1 1 lnd2
1
h1d1 2 d1 h2d2
对于多层圆管
1
kl 11d1i n1 21ilnddi i121dn1
3. 通过肋壁的传热过程计算
加肋侧的面积A2＝肋片表面积A2’ ＋两肋片之间壁的表面积A2”
h1
h2 tot
W /m 2
k1
1
1
1
以A1为基准的肋壁的传热系数
h1 h2 tot
在冷热介质温度一定时，要增强传热可以加大h1、h2、λ、A1、 A2以及减小δ。最有效的措施是改变上列某些值后，可减小各 项分热阻中最大的那一个热阻值。
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。
用热绝缘层的目的
1. 节约燃料。 2. 满足工程技术条件的要求。 3. 改善劳动条件。
tot
A2'' A2
A2' A2
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f
肋壁总效率
加肋侧流体的换热量 Qh2(tw 2tf2)A 2 tot
肋壁的导热热量 QA1(tw1tw2) 不加肋侧与流体的换热量 Qh1(tf1tw1)A1
肋壁的传热公式
Q 1
tf1tf2
1
k1A1(tf1tf2) W
h1A1 A1 h2A2 tot
q1A Q 11tf1 tf21 k1(tf1tf2)
传热过程分析求解的基本关系为传热方程式，即
kA (tf1tf2) 式中k为传热系数。
1. 通过平壁的传热过程计算
tf1 tf 2
1
1
h1A A h2A
k
1
1
1
h1
h2
2. 通过圆筒壁的传热过程计算
每米管长的传热量：
ql h1 d1(tf1tw 1)
ql
2 (tw1 tw2)
ln d2
d1
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。
例1： 一平壁一侧加肋，加肋后面积为A2，肋化系数 =13，肋壁总效率tot=0.9。壁的厚度=10mm，材料的 导热系数=50W/(m·K)，相对应的换热系数为 h1=200W/(m2 ·K)和h2=10W/(m2 ·K) ，流体温度tf1=75C 和tf2=15 C。求以A1为基准，其单位面积的传热量q1， 并与不加肋时的传热量q比较。
O d2
dcr
d3
d
dR 总 ,l ddx
d 1x21 2
h21dx0
dx
dcr
22
h2
此即时当的ddxx称 为2h“22 临时界，热热绝阻缘值直为径最”小，。用单d位c r管表长示传。热量ql为最大值。
注意：1.当裸管的外径> d c r时，保温层越厚，保温效果越好Q 2.当裸管的外径< d c r时，保温层厚度要超过d3后才起作用。 3.要考虑较小的λ2的保温材料，使d c r
ql
费
用
R总,l
O d2
dcr
d3
d
经济厚度
绝缘层厚度
热绝缘层经济厚度:每年的热损失与热绝缘投资最少时对应的热 绝缘厚度称为热绝缘层经济厚度。
例：有一外径为0.015m的管道要作保温处理。现有两种隔热材 料，其一A:的导热系数为0.209w/(m0c);其二B:的导热系数为 0.058w/(m0c)。已知管的换热系数为13.96w/(m0c)。试问选择 哪一种材料合适？
q1 /q = 4347.6/570.3 = 7.623
例2：墙厚240mm，室内空气的温度为20 C ，室外空 气的温度为-10 C ；砖墙的导热系数=0.95W/(m·K)， 室内空气对墙面的换热系数为h1=8W/(m2 ·K) ，室外空 气的换热系数为h2=37W/(m2 ·K) （考虑了辐射换热的 因素）。试求冬季室内、外空气通过砖墙传递的热量