第10章传热与换热器资料
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第十章 传热与换热器
Heat Exchangers
2020/11/10
传热学 李琼
1
本章的学习目的
分析实际传热问题的能力 传热过程？ 综合应用三种基本传热方式及其相关公式 的能力 基本计算式(传热方程式)？ kA(t f 1 t f 2 )
了解换热器的基本知识和设计过程
2020/11/10
略； 如果Tam升高或降低1 ℃，qr所占比例增加
或减小4%；
2020/11/10
传热学 李琼
17
例10-2
水平管常壁温条件下自然对流换热，同 时考虑辐射换热。
外壁温度tw2未知，须试算。 计算表明：
用发射率低的材料处理表面，可显著降低散 热损失。
采用好的保温材料并同时降低管道表面辐射 系数，是节能的有效措施。
传热学 李琼
11
§ 2有复合换热时的传热计算
复合换热 ：在平壁、圆筒壁、肋壁的传 热中，当壁面上除对流换热外，还同时 存在辐射换热。
当换热流体为气体（自然对流）时，可能要考虑 表面的辐射换热。 分析原则：需要确定复合换热热阻或 复合换热表面传热系数。
2020/11/10
传热学 李琼
12
对流换热热流量： qc hc(tw t f )
2020/11/10
传热学 李琼
4
§ 1通过肋壁的传热
2020/11/10
传热学 李琼
5
一、肋壁总效率η
定义：
ηf和η谁大
h2 A2' (t w2 t f 2 ) h2 A2'' (t w2,m t f 2 )
h2 A2' (t w2 t f 2 ) h2 f A2 (t w2 t f 2 )
外墙内壁复合换热表面传热系数 ? 热损 失中辐射散热所占比例 ?
2020/11/10
传热学 李琼
15
解：辐射表面传热系数为：
则复合换热表面传热系数 壁面的散热热流密度为：
辐射散热量所占比例为： 50% 。
2020/11/10
传热学 李琼
16
例10-1
利用竖壁自然对流换热关联式计算hc； 判断热流方向，计算hr。 结果表明： 在一般常温下，如果hc较小，则辐射不可忽
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传热学 李琼
20
§3 传热的增强和削弱
增强传热，是指从分析影响传热的各种因素 出发，采取某些技术措施提高换热设备单位 传热面积的传热量，使设备趋于紧凑、重量 轻、节省金属材料以及降低动力消耗等。 削弱传热，是指采取隔热保温措施降低换热 设备热损失，以达节能、安全防护及满足工 艺要求等目的。 方法：热阻的控制，但要抓住主要矛盾，即 最大的热阻项。
传热学 李琼
2
基本要求
定量计算：
复合换热的分析与计算； 传热过程的分析与计算； 对数平均温差的计算； 间壁式换热器的设计计算和校核计算
定性分析：
传热过程的热阻分析方法； 传热过程强化与削弱的原则与措施； 综合传热问题的分析方法。
2020/11/10
传热学 李琼
3
主要内容
通过肋壁的传热 有复合换热时的传热计算 传热的增强和削弱 换热器的型式和基本构造 平均温度差 换热器计算 换热器性能评价简述
在采暖和保温等工程中，把复合换热表 面传热系数作为常数处理。 计算hr时，应分析传热过程的热流方向。
2020/11/10
传热学 李琼
14
冬季一车间的外墙内壁温tw =10℃；车 间内的固体表面温度tm＝16.7℃；车间 内气温tf＝20℃。已知车间内的固体表 面与外墙内壁的发射率均为ε=0.9，外 墙内壁对流换热表面传热系数 hc＝ 3.21W/(m2·K) 。求外墙热流密度 ?
2020/11/10
传热学 李琼
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例10-3
热量由室内以复合换热方式（自然对流 和辐射）传递到窗内侧玻璃； 热量以复合换方式热通过窗内空气层； 热量由窗外侧玻璃以复合换热方式传递 给室外环境。 中空玻璃窗热流密度及传热系数
2020/11/10
传热学 李琼
19
例10-3计算表明
在一般计算时，可以忽略玻璃的导热热 阻； 与单层窗相比，双层窗节能50%； 采用Low-e玻璃，再节能40%； 真空夹层，节能达近80%； 若空气夹层换热按纯导热计算，误差大， 不可取。
2020/11/10
此公式与平壁的传热系数有
何不同？可否用于肋片管？
传热学 李琼
8
通过平壁的传热
1
k
hK公11的式计？算
1 h2
通过圆管的传热
ql
tf1 tf2 1 1 ln r2
1
h1
h1 2r1 2 r1 h2 2r2
h2
1
k
r2 r2 ln( r2 ) 1
h1r1 2 r1 h2
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传热学 李琼
9
三、肋壁强化传热效果分析
加肋前：
加肋后：
只要 1 就可以起到强化换热的效果。
注意：在 h 较小一侧（即热阻较大一侧）的换热表面设置肋片，
可以有效地降低换热热阻，从而获得较好的传热效果。而在热阻 较小一侧的换热表面设置肋片，可以有效地控制该表面的温度。
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辐射热流量：
qr
Cb
Tw 100
4
Ta m 100
4
qr
Cb
(1T0w0)4 tw
( Ta m 100 tf
)4
பைடு நூலகம்
(tw
tf
)
hr (tw
tf
)
复合换热热流量为：
2020/11/10
传热学 李琼
13
复合换热表面传热系数
hr与hc不同，除与tw，tf有关外，还与发 射率及周围环境温度有关。
h2 A2 (t w2 t f 2 )
( A2' f A2'' )
肋壁总效率
2020/11/10
A2
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6
二、通过肋壁的传热量
光壁换热： 壁的导热： 肋壁换热：
定义肋化系数
2020/11/10
β大于1
传热学 李琼
7
分别可得 以光壁面面积为基准的传热系数 K 1 ， 以肋壁面面积为基准的传热系数 K 2 。
传热学 李琼
10
分析：
肋间距越小，传热效果越好，但不应小于2δt； 肋高越大，肋片效率越小，但表面积越大，肋 化系数越大，需综合考虑； 两侧h相差3～5倍时（冷凝器）采用低β的螺 纹管； h相差10倍以上时（蒸汽-空气加热器）采用 高β的肋片管； h都低，双侧空气，双侧加肋（板翅式换热 器）。
2020/11/10
2020/11/10
传热学 李琼
21
一、强化传热的基本途径
根据传热过程方程式
强化传热的基本途径 ：
提高传热系数
提高换热面积 （采用小管、加肋）
提高传热温差 （逆流）
Heat Exchangers
2020/11/10
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1
本章的学习目的
分析实际传热问题的能力 传热过程？ 综合应用三种基本传热方式及其相关公式 的能力 基本计算式(传热方程式)？ kA(t f 1 t f 2 )
了解换热器的基本知识和设计过程
2020/11/10
略； 如果Tam升高或降低1 ℃，qr所占比例增加
或减小4%；
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例10-2
水平管常壁温条件下自然对流换热，同 时考虑辐射换热。
外壁温度tw2未知，须试算。 计算表明：
用发射率低的材料处理表面，可显著降低散 热损失。
采用好的保温材料并同时降低管道表面辐射 系数，是节能的有效措施。
传热学 李琼
11
§ 2有复合换热时的传热计算
复合换热 ：在平壁、圆筒壁、肋壁的传 热中，当壁面上除对流换热外，还同时 存在辐射换热。
当换热流体为气体（自然对流）时，可能要考虑 表面的辐射换热。 分析原则：需要确定复合换热热阻或 复合换热表面传热系数。
2020/11/10
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12
对流换热热流量： qc hc(tw t f )
2020/11/10
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4
§ 1通过肋壁的传热
2020/11/10
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5
一、肋壁总效率η
定义：
ηf和η谁大
h2 A2' (t w2 t f 2 ) h2 A2'' (t w2,m t f 2 )
h2 A2' (t w2 t f 2 ) h2 f A2 (t w2 t f 2 )
外墙内壁复合换热表面传热系数 ? 热损 失中辐射散热所占比例 ?
2020/11/10
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15
解：辐射表面传热系数为：
则复合换热表面传热系数 壁面的散热热流密度为：
辐射散热量所占比例为： 50% 。
2020/11/10
传热学 李琼
16
例10-1
利用竖壁自然对流换热关联式计算hc； 判断热流方向，计算hr。 结果表明： 在一般常温下，如果hc较小，则辐射不可忽
2020/11/10
传热学 李琼
20
§3 传热的增强和削弱
增强传热，是指从分析影响传热的各种因素 出发，采取某些技术措施提高换热设备单位 传热面积的传热量，使设备趋于紧凑、重量 轻、节省金属材料以及降低动力消耗等。 削弱传热，是指采取隔热保温措施降低换热 设备热损失，以达节能、安全防护及满足工 艺要求等目的。 方法：热阻的控制，但要抓住主要矛盾，即 最大的热阻项。
传热学 李琼
2
基本要求
定量计算：
复合换热的分析与计算； 传热过程的分析与计算； 对数平均温差的计算； 间壁式换热器的设计计算和校核计算
定性分析：
传热过程的热阻分析方法； 传热过程强化与削弱的原则与措施； 综合传热问题的分析方法。
2020/11/10
传热学 李琼
3
主要内容
通过肋壁的传热 有复合换热时的传热计算 传热的增强和削弱 换热器的型式和基本构造 平均温度差 换热器计算 换热器性能评价简述
在采暖和保温等工程中，把复合换热表 面传热系数作为常数处理。 计算hr时，应分析传热过程的热流方向。
2020/11/10
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14
冬季一车间的外墙内壁温tw =10℃；车 间内的固体表面温度tm＝16.7℃；车间 内气温tf＝20℃。已知车间内的固体表 面与外墙内壁的发射率均为ε=0.9，外 墙内壁对流换热表面传热系数 hc＝ 3.21W/(m2·K) 。求外墙热流密度 ?
2020/11/10
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18
例10-3
热量由室内以复合换热方式（自然对流 和辐射）传递到窗内侧玻璃； 热量以复合换方式热通过窗内空气层； 热量由窗外侧玻璃以复合换热方式传递 给室外环境。 中空玻璃窗热流密度及传热系数
2020/11/10
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19
例10-3计算表明
在一般计算时，可以忽略玻璃的导热热 阻； 与单层窗相比，双层窗节能50%； 采用Low-e玻璃，再节能40%； 真空夹层，节能达近80%； 若空气夹层换热按纯导热计算，误差大， 不可取。
2020/11/10
此公式与平壁的传热系数有
何不同？可否用于肋片管？
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8
通过平壁的传热
1
k
hK公11的式计？算
1 h2
通过圆管的传热
ql
tf1 tf2 1 1 ln r2
1
h1
h1 2r1 2 r1 h2 2r2
h2
1
k
r2 r2 ln( r2 ) 1
h1r1 2 r1 h2
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三、肋壁强化传热效果分析
加肋前：
加肋后：
只要 1 就可以起到强化换热的效果。
注意：在 h 较小一侧（即热阻较大一侧）的换热表面设置肋片，
可以有效地降低换热热阻，从而获得较好的传热效果。而在热阻 较小一侧的换热表面设置肋片，可以有效地控制该表面的温度。
2020/11/10
辐射热流量：
qr
Cb
Tw 100
4
Ta m 100
4
qr
Cb
(1T0w0)4 tw
( Ta m 100 tf
)4
பைடு நூலகம்
(tw
tf
)
hr (tw
tf
)
复合换热热流量为：
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13
复合换热表面传热系数
hr与hc不同，除与tw，tf有关外，还与发 射率及周围环境温度有关。
h2 A2 (t w2 t f 2 )
( A2' f A2'' )
肋壁总效率
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A2
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二、通过肋壁的传热量
光壁换热： 壁的导热： 肋壁换热：
定义肋化系数
2020/11/10
β大于1
传热学 李琼
7
分别可得 以光壁面面积为基准的传热系数 K 1 ， 以肋壁面面积为基准的传热系数 K 2 。
传热学 李琼
10
分析：
肋间距越小，传热效果越好，但不应小于2δt； 肋高越大，肋片效率越小，但表面积越大，肋 化系数越大，需综合考虑； 两侧h相差3～5倍时（冷凝器）采用低β的螺 纹管； h相差10倍以上时（蒸汽-空气加热器）采用 高β的肋片管； h都低，双侧空气，双侧加肋（板翅式换热 器）。
2020/11/10
2020/11/10
传热学 李琼
21
一、强化传热的基本途径
根据传热过程方程式
强化传热的基本途径 ：
提高传热系数
提高换热面积 （采用小管、加肋）
提高传热温差 （逆流）