第10传热与换热器
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 。
10传热学-传热过程和换热器
tf1 tf 2
K
For steady heat transfer through a series composite wall
K
1 1 n i 1 h1 i 1 i h2
二、通过圆筒壁的传热 (heat transfer through a cylinder)
二、对保温隔热材料的要求 1. 有最佳密度：使用时，应尽量使其使用密 度接近最佳密度； 2. 热导率小：选用热导率小的材料； 3. 温度稳定性好：在一定温度范围内，物性 值稳定 4. 有一定的机械强度； 5. 吸水、吸湿性小：水分会使材料导热系数 大大增加。 三、最佳保温隔热厚度
四、保温结构 为防止水或湿气进入，外加保护层。 为减少对环境的辐射散热，外加铝箔或聚酯镀铝薄膜。 五、保温隔热效率 设备和管道保温隔热前后的散热量(或冷损失量)之差 与保温隔热前散热量0(或冷损失量)之比，即：
Heat transfer rate:
KAt KA(t f 1 t f 2 )
where A—surface area, m2 t—temperature difference, C K—overall heat transfer coefficient, W/m2· C
一、通过平壁的传热 (heat transfer through a plane wall)
注意：对于低温、超低温管道和设备的保冷，一般的 保温隔热材料不能满足要求，须采用多层镀铝薄膜和 网状玻璃纤维布并抽真空。
0 0
§3 换热器(Heat exchangers)
一、换热器的种类(Heat exchanger types) 1. 按原理分 间壁式换热器：冷热流体被固体壁隔开，如蒸发 器、冷凝器等。 混合式换热器：在这种换热器中，两种流体相互 混合，依靠直接接触交换热量。如水和空气直接 接触的冷却水塔。 回热式(或蓄热式、再生式)换热器：在这种换热 器中，冷热流体交替地与固体壁接触，使固体壁 周期地吸热和放热，从而将热流体的热量传给冷 流体。如锅炉的再生式空气预热器和燃气轮机的 空气预热器。
《传热学》杨世铭-陶文铨-第十章传热分析与计算
t x
t
Ax dt k dA 0 t
t x ln kAx t
t x texp(kAx )
可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平 均温差为： 1 A 1 A
t m
A
0
t x dA x
A
0
t exp( kAx )dA x
l (t fi t fo ) Φ (d o 2 )
d 0 dd o 2 do2
d l (t fi t fo ) 1 1 2 2 dd o 2 (do 2 ) 22 do 2 h2 do 2
22 d cr or h2
Bi
t h th R tc tc
式中：下标1、2分别表示两种流体，上角标 ` 表示进口， `` 表示出口，图表中均以P为横坐标，R为参量。
（2）P的物理意义：流体2的实际温升与理论上所能达到
的最大温升之比，所以只能小于1 （3）R的物理意义：两种流体的热容量之比
t h t h qmc cc R tc tc qmh ch
Φ
l (t fi t fo )
d 1 1 1 ln( o ) hi d i 2 di ho d o
圆管外敷保温层后：
Φ
l (t fi t fo )
d o1 do2 1 1 1 1 ln( ) ln( ) hi d i 21 di 22 d o1 ho d o 2
TB,out TA,in (tube side)
增加管程
TB,in (shell side) TA,in (tube side) TA,out TB,out
TB,in (shell side)
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 )
传热与换热器设计
m
t m
t 1 t 2 ln( t1 )
t 2
K
i
0
1
R1 R2
第二部分 GB151-1999
1、GB151-1999标准的适用范围
（1）本标准适用于固定管板式、浮头式、U 形管式和填函式换热器；
（2）适用的参数为： DN≤2600mm，PN≤35MPa， 且DN×PN≤1.75×104（mm·MPa）。
第二部分 GB151-1999
（2）而当管程压力高于壳程压力时，GB151规 定：接头试压应按图样规定，或按供需双方商定 的方法进行。出现上述工况时，一般按如下处理 方法：
1）用0.9ΦReL的应力值计算壳程的试验压力， 以尽量提高壳程试验压力使其达到管程试验压力， 但此时必须注意壳程其它元件是否也能承受在此 试验压力下的强度及密封性能。
第二部分 GB151-1999
用上述办法不能提高到规定的管程试验压力 时，可采取以下办法：
① 若差距不大，可以考虑适当增加厚度； ② 如仍然相差甚远，则只能以壳程允许的 最大试验压力试压，其后，再在壳程用氨渗透、 卤素渗透或氦渗透进行补充性试验。 2）对于可抽式管束，可先打管程高压，用 窥视镜从管板背面检查泄露情况。
第一部分 传热基本知识
⑤蒸汽一般走壳程，便于排液，传热系数也大。 ⑥粘度大的流体一般走壳程，便于提高流速。 ⑦给热系数小的流体如气体，应走壳程，易于提
高速度。 ⑧流量小的流体走壳程，易改变流动状态提高湍
动程度。
第一部分 传热基本知识
二、传热基本方程：
Qe K A t m
A
K
Qe t
蚀裕量的厚度。视换热管胀接和焊接取不同 的厚度。见GB151第5.6.2.1和5.6.2.2条。
(完整版)第十章换热器例题
h1 h2 8000 6175.3
A 5 108 17933.5
m2
Ktm 3485.1 8
l A
17933.5
7.615
dn 0.025 30000
2020/8/20
m
返回
13
【例10-6】有一台逆流壳管式冷油器，
新运行时，润滑油的进出口温度分别为 100℃和60℃，冷却水的进出口温度分别为 30℃和50℃，已知换热器的传热面积为 1.8m2，传热系数为340W/（m2·K）。
水的比热容 cp2=4.19 kJ/（kg·K）
2020/8/20
6
解：该题中氨发生凝结，热容量（qmc）
max →∞，故热容比C=
→0 qmc min
qmc max
根据已知条件，该换热器传热单元数
NTU KA 900 114 1.02 qm2c2 24 4.19 103
换热器效率 1 eNTU 1 e1.02 0.639
冷凝换热量 qm c min t1 t2
=0.639×24×4190(38-28) =642.6×103 W
2020/8/20
7
冷却水出口温度
t 2根据ε的定义,由 t2 t2 0.639
t1t2
可得 t2 t2 (t1 t2 ) 34.4 ℃ qm2c2 (t2 t2 ) 643.6 103 W
2020/8/20
返回
8
【例10-4】某电厂的凝汽器是由单一壳
体和30000根管所组成的两次交叉流壳管式
换热器，管子是直径为25mm的薄壁结构，
蒸汽在管外表面凝结的换热系数为8000W/
（m2·K），靠流量为1.2×104kg/s的冷却水
传热学答案+第五版+章熙民(完整版)
绪论1.冰雹落体后溶化所需热量主要是由以下途径得到：Qλ——与地面的导热量fQ——与空气的对流换热热量注：若直接暴露于阳光下可考虑辐射换热，否则可忽略不计。
6．夏季：在维持20℃的室内，人体通过与空气的对流换热失去热量，但同时又与外界和内墙面通过辐射换热得到热量，最终的总失热量减少。
（T T〉外内）冬季：在与夏季相似的条件下，一方面人体通过对流换热失去部分热量，另一方面又与外界和内墙通过辐射换热失去部分热量，最终的总失热量增加。
（T T〈外内）。
挂上窗帘布阻断了与外界的辐射换热，减少了人体的失热量。
7．热对流不等于对流换热，对流换热 = 热对流 + 热传导热对流为基本传热方式，对流换热为非基本传热方式8．门窗、墙壁、楼板等等。
以热传导和热对流的方式。
9．因内、外两间为真空，故其间无导热和对流传热，热量仅能通过胆壁传到外界，但夹层两侧均镀锌，其间的系统辐射系数降低，故能较长时间地保持热水的温度。
当真空被破坏掉后，1、2两侧将存在对流换热，使其保温性能变得很差。
10．tR R Aλλ=⇒1t R R A λλ==2218.331012m --=⨯ 11．q t λσ=∆const λ=→直线const λ≠ 而为λλ=（t ）时→曲线 12. iRα1R λ3R λ0R α1f t −−→ q首先通过对流换热使炉子内壁温度升高，炉子内壁通过热传导，使内壁温度生高，内壁与空气夹层通过对流换热继续传递热量，空气夹层与外壁间再通过热传导，这样使热量通过空气夹层。
（空气夹层的厚度对壁炉的保温性能有影响，影响aα的大小。
）13．已知：360mm σ=、0.61()W m K λ=•118f t=℃2187()Wh m K =•210f t =-℃22124()Wh m K =• 墙高2.8m ，宽3m求：q 、1w t 、2w t 、φ解：1211t q h h σλ∆=++＝18(10)45.9210.361870.61124--=++2W m111()f w q h t t =-⇒11137.541817.5787w f q t t h =-=-=℃ 222()w f q h t t =-⇒22237.54109.7124w f q t t h =+=-+=-℃ 45.92 2.83385.73q A W φ=⨯=⨯⨯=14.已知：3H m =、0.2m σ=、2L m =、45λ=()W m K •1150w t =℃、2285w t =℃求：tR λ、R λ、q 、φ解：40.27.407104532tK R W A HL λσσλλ-====⨯⨯⨯ 30.2 4.4441045t R λσλ-===⨯2m K W •3232851501030.44.44410t KW q m R λ--∆-==⨯=⨯ 3428515010182.37.40710t t KW R λφ--∆-==⨯=⨯ 15．已知：50idmm =、 2.5l m =、85f t =℃、273()Wh mK =•、25110W q m = 求：iw t 、φ()i w f q h t h t t =∆=-⇒i w f qt t h=+ 51108515573=+=℃ 0.05 2.551102006.7i Aq d lq W φππ===⨯⨯=16.已知:150w t =℃、220w t =℃、241.2 3.96()Wc m K=•、1'200w t =℃ 求： 1.2q 、'1.2q 、 1.2q ∆解：12441.2 1.2()()100100w w t t q c ⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦44227350273203.96()()139.2100100W m ++⎡⎤=⨯-=⎢⎥⎣⎦12''441.21.2()()100100w w t t qc ⎡⎤=-⎢⎥⎢⎥⎣⎦442273200273203.96()()1690.3100100W m ++⎡⎤=⨯-=⎢⎥⎣⎦'21.2 1.2 1.21690.3139.21551.1Wq q q m ∆=-=-=17．已知：224A m =、215000()W h mK =•、2285()Wh m K =•、145t=℃2500t =℃、'2285()Wk h mK ==•、1mm σ=、398λ=()W m K • 求：k 、φ、∆解：由于管壁相对直径而言较小，故可将此圆管壁近似为平壁 即：12111k h h σλ=++＝3183.5611101500039085-=⨯++2()W m k • 383.5624(50045)10912.5kA t KWφ-=∆=⨯⨯-⨯=若k ≈2h '100k k k -∆=⨯％8583.56 1.7283.56-==％ 因为：1211h h ，21h σλ即：水侧对流换热热阻与管壁导热热阻远小于燃气侧对流换热热阻，此时前两个热阻均可以忽略不记。
传热学-学习课件-10-3-1 换热器的分类
传热学 Heat Transfer
1、混合式换热器 混合式换热器举例：电厂中的冷却塔、除氧器和喷水减温器
传热学 Heat Transfer
2、回热式（蓄热式）换热器 蓄热式换热器举例：回er
3、间壁式换热器
（1）套管式 最简单的间壁式换热器，依两种流体的流动方向又分顺流和逆 流布置。
邻的平板之间组成一个流体通道，冷、热流体间隔流过各个通道。
传热学 Heat Transfer
Thanks
传热学 He传at热Tr学ansfeHr eat Transfer
传热学 Heat Transfer
主讲老师：王舫 适用专业：能源与动力工程专业
一、分类
传热学 Heat Transfer
10-2 换热器的型式
按其工艺用途： 冷却器 加热器 冷凝器 蒸发器
根据工作方式分类： 间壁式 混合式 回热式
根据换热面所占空间 紧凑式 非紧凑式
传热学 Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
（2) 壳管式换热器 结构：壳体、管束、管板、折流挡板、封头
折流板的作用： （1）作为管子的支撑结构； （2）使壳侧流体横掠管束，从而强化传热。
传热学 Heat Transfer
（3）板式换热器 板式换热器由一组结构相同的平行薄平板叠加组成，每两个相
传热学--复习
第9章 辐射传热的计算
角系数：表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数称为表面1对表面
2的角系数，用符号X1,2 表示。
n 1 j x1 j 1 ② 完整性：对于n个面组成的封闭系统 j 1 1 j 1 n
① 相对性
A1 X 1, 2 A2 X 2,1
③可加性：
X 1.2 X 1, 2 a X 1, 2b
J1
J2
s A1 X 1,2 ( Eb1 Eb 2 )
s
1 1 1 1 X 1,2 1 X 2,1 1 1 2
Eb 2
表面辐射热阻
1 A1 X 1,2
ห้องสมุดไป่ตู้
1 2 2 A2
系统黑度
(或称为系统发射率)
1 1 A1 1 1 1 A2 2
kAtm qm1c p1 t1 t1 qm 2 c p 2 t2 t2
qm
4
d 2 u
传热强化与削弱：目的、途径
传热学复习
考试时间：元月2日（周四）晚7:00 考试地点：G2202
题型： 填空题：3'10 选择题：2'10 简答题：5' 3 计算题：35'
传热学复习—问答
导热
1.傅里叶导热定律的内容并写出其数学表达式？ 2. 导热系数与导温系数的物理意义？ t 2t 2t 2t 2 2 2 c x y z c 3. 导热微分方程的简化？
对流
1. 对流换热的影响因素？ Nu c Re m Pr n (m 0, n 0) 2. 粘性大的流体一般Pr数也较大，由特征数关联式
传热学第五版完整版答案..
1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到：a 、地面向冰雹导热所得热量；b 、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量；c 、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。
2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成，请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。
白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量传给露水；通过对流换热，空气把热量传给露水。
4.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。
就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。
答：暖气片内的蒸汽或热水对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体；暖气片外壁辐射墙壁辐射人体电热暖气片：电加热后的油对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体红外电热器：红外电热元件辐射人体；红外电热元件辐射墙壁辐射人体电热暖机：电加热器对流换热和辐射加热风对流换热和辐射人体冷暖两用空调机（供热时）：加热风对流换热和辐射人体太阳照射：阳光辐射人体5．自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？答：加热：用炭火对锅进行加热——辐射换热冷却：烙铁在水中冷却——对流换热和辐射换热凝固：冬天湖水结冰——对流换热和辐射换热沸腾：水在容器中沸腾——对流换热和辐射换热升华：结冰的衣物变干——对流换热和辐射换热冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝——对流换热和导热融熔：冰在空气中熔化——对流换热和辐射换热5.夏季在维持20℃的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？答：夏季室内温度低，室外温度高，室外物体向室内辐射热量，故在20℃的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室内，室内向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。
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 )
换热器工作原理讲解
换热器工作原理讲解换热器是一种用于传递热量的设备，广泛应用于工业生产和日常生活中。
它能够将热量从一个流体传递到另一个流体，实现能量的转移和利用。
本文将深入探讨换热器的工作原理，帮助读者更好地理解和应用这一设备。
一、传热方式换热器的工作原理涉及到传热方式的选择。
常见的传热方式包括对流传热、辐射传热和传导传热。
在换热器中，主要采用对流传热和传导传热两种方式。
1. 对流传热对流传热是指通过流体的对流来传递热量。
流体可以是液体或气体，通过流体流动，热量会从高温区域传递到低温区域。
在换热器中，流体通常通过管道或管束流动，通过管壁和另一个流体间接传热。
对流传热可分为强制对流和自然对流两种方式，具体的选择取决于应用需求和工艺条件。
2. 传导传热传导传热是指热量通过物质的直接接触和分子振动传递。
当换热器中的两个流体之间有实体接触或通过固体壁分隔时，传导传热就会发挥作用。
这种传热方式通常在板式换热器中使用，效果较好。
二、换热器的基本构成换热器通常由两个流体的流动通道、壳体和传热面组成。
下面将详细介绍每个部分的作用和结构。
1. 流动通道换热器中的流动通道是流体流动的通道，用于传递热量。
通常有两种类型的流动通道：单相流体通道和多相流体通道。
单相流体通道适用于同一种流体的换热，如冷却水或蒸汽。
多相流体通道适用于两种或两种以上具有不同性质的流体之间的换热，如水-气、水-油等。
多相流体通道通常采用板式换热器的形式，能够实现高效传热。
2. 壳体换热器的壳体是容纳流动通道的外部壳体，起到支撑和保护作用。
壳体通常由金属或塑料制成，具有良好的强度和密封性。
3. 传热面传热面是流体之间进行热量传递的界面。
传热面可以是管壁、板式换热器中的板片，也可以是螺旋形或螺旋环形的结构。
传热面的设计和选择对换热器的传热效果起着重要的影响。
三、不同类型的换热器根据换热器的结构和工作原理的不同，可以将其分为多种类型。
下面将介绍常见的几种换热器类型及其特点。
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。
换热器工作原理
换热器工作原理引言概述：换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于工业生产和日常生活中。
它通过传导、对流和辐射等方式，实现热量的传递和平衡。
本文将详细介绍换热器的工作原理，包括热量传导、对流换热、辐射换热、换热器的类型和应用。
一、热量传导1.1 热传导的基本原理热传导是指热量通过物质内部的分子振动和碰撞传递的过程。
它遵循热量从高温区向低温区传递的规律，符合热力学第二定律。
热传导的速率与物质的导热性能有关，导热性能好的物质能够更快地传递热量。
1.2 热传导的影响因素热传导的速率受到多个因素的影响，包括物质的导热系数、温度差、物质的厚度和面积等。
导热系数是物质传导热量的能力，不同物质的导热系数差异很大。
温度差越大，热传导速率越快。
物质的厚度和面积越大，传导热量的能力越强。
1.3 热传导的应用热传导在换热器中起着重要作用。
通过合理设计换热器的传热面积和材料选择，可以提高热传导效率，实现热量的高效传递。
在工业生产中，热传导广泛应用于蒸汽发生器、冷凝器等热交换设备。
二、对流换热2.1 对流换热的基本原理对流换热是指热量通过流体的对流传递的过程。
在对流换热中，热量通过流体的传导和对流两种方式进行传递。
对流换热的速率与流体的流速、温度差、流体的物性等有关。
2.2 对流换热的影响因素对流换热的速率受到多个因素的影响，包括流体的流速、温度差、流体的物性、流体的流动方式等。
流速越大，对流换热速率越快。
温度差越大，热量传递越快。
流体的物性如导热系数、比热容等也会影响对流换热的效果。
2.3 对流换热的应用对流换热广泛应用于换热器中，例如散热器、冷却塔等。
通过合理设计换热器的流体通道和流速，可以提高对流换热效率，实现热量的快速传递。
在工业生产中，对流换热被广泛应用于空调系统、汽车发动机冷却系统等领域。
三、辐射换热3.1 辐射换热的基本原理辐射换热是指热量通过电磁辐射传递的过程。
所有物体都会发射电磁辐射，辐射的强度与物体的温度有关。
第十章换热器例题
2018/10/13 7
t 2 34.4 ℃ 冷却水出口温度 t 2 qm 2 c2
t 2 t2 0.639 或根据ε 的定义,由 t 1t 2
2018/10/13 16
润滑油出口温度升高为
旧 17970 t1 100 70 旧 t1 q m1c1 599
℃
传热平均温差增大为
t m 旧 t max t min t max 1n t min
(100 45) (70 30) 47.1 100 45 1n 70 30
hg 0.003 K）/W 0.025862 （m2· hg 0.116
【讨论】此时的最大局部热阻为灰垢层 的导热热阻，为有效地增强传热，首先应清 除灰垢。
2018/10/13
返回
21
5 108 t 2 t2 20 30 ℃ 4 q m 2 c2 1.2 10 4181
2018/10/13
计算值与所假设温度值吻合，计算有效。
10
（2）查两次交叉流，一种流体混合，另
一种流体不混合时的温差修正系数图
t1 t1 t 2 30 20 t2 0 P 0.714 R t 2 t2 t2 34 20 t1
=1.64 m/s ud 1.64 0.025 管内流动雷诺数 Re 2 6 0.9055 10
=45278.9＞104 属旺盛紊流
.8 0.4 Nu2 0.023 Re0 Pr 253.5 2 2
Nu2 2 h2 6175.3 d
传热学考研题库【章节题库】(传热过程分析与换热器)【圣才出品】
热系数为 40 W (m K) ，污垢热阻总共为 0.0007m2 K/W 。若盘管的直径为 0.4m，管的
外径×壁厚为 57 mm 3.5 mm 。求螺旋盘管的最小长度、盘数与水的质量流量。
解：传热量为 水的质量流量
2 000 2 09380 30 58 139 W
面的温度变化，以及壁面温度的变化。 解：变化曲线如图 10-2 所示。
图 10-2
4 / 31
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
4．质量流量为 2000kg/h 的变压器油在螺旋盘管中流过，油温从 t1 80 ℃ 被冷却至 t1 30 ℃ ，其比定压热容 cp1=2.093kJ/(kg K) 。进口温度为 t2 20℃ 的冷水在盘管外 流动用来冷却变压器油。出口处水温 t2 25℃ ，水的比定压热容 cp2 4.174W / (m2 K) 。 水侧表面传热系数为 580W/(m2 K) ，油侧表面传热系数为150W/(m2 K) 。钢盘管的导
1 h1
A A
1 B
B
1 h2
A | (t1 t2) (t1 t2 )
ln
t1 t1
t2 t2
3．画出如下热量传递过程中物理参数的变化曲线：（1）逆流式换热器( qm1cp1 qm2cp2 ) 冷、热流体沿换热面的温度变化；（2）顺流式换热器( qm1cp1 qm2cp2 )冷、热流体沿换热
2．有一平壁传热过程，左侧的对流换热系数 h左=2000W / (m2 ℃)，右侧的对流换热 系数 h右=10W / (m2 ℃)，平壁厚 δ＝2mm，导热系数 λ＝10W/（m·℃），要想增强传热 过程应从何处着手？（ ）
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
传热学基本知识
由式（2-1）可知导热系数是表征该材料导热能力的 物理量。材料的导热系数越大，则表示其导热性越好。不 同材料的导热系数是不同的；即使对于同一种材料，导热 系数的数值也随所处状态不同而有差异。各种材料的值在 有关热工手册中可查到。
如果对式（2-1）写成一般的微分形式，就获得一维 稳定导热的傅立叶定律表达式：
热辐射的本质决定了热辐射过程有如下三个特点：
1、一切物体只要其物理温度高于绝对零度，就会不断地 发射热射线。
2、辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化，即物体的 部分内能转化为电磁波能发射出去，当它射线达到另 一物体表面而被其吸收时，电磁波能又重新转换为内 热能。
3、辐射换热与导热、对流换热不同，它不依靠物质的接 触而进行热量传递，如阳光能够穿越辽阔的低温太空 向地面辐射。
Q
1
1 2 1
F
1 2 1 /(1 F )
1 R ,1
( 1
2)
Q
2
2 3 2
F
2 3 2 /(2 F )
1 R ,2
( 2
3 )
Q
3
3 4 3
F
3 44 3 /(4 F )
1 R ,3
( 3
4
)
（2-4b）
式中 1、2、3 ——各层平壁导热系数，W/(m·℃)；
1、 2、 3——各层平壁厚度，m；
1
1
1
0,则 1
3.黑体辐射力
试验和理论分析证明黑体的辐射能为：
E0= C0T 4
(2-7)
式中 E0——黑体单位时间内单位面积向外辐射时的能
量，W/m2，称为黑体的辐射力；
C0——黑体的辐射常数：5.67×10-8（W/（m2·K4））；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1
h2
通过圆管的传热
ql
1
h12r1
tf1
21
tf2
lnrr12
1
h22r2
h1
h2
1
k
r2 r2 ln( r2 ) 1
h1r1 2 r1 h2
第10传热与换热器
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，
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。
第10传热与换热器
3
பைடு நூலகம்
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
第10传热与换热器
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% 。
第10传热与换热器
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
略； 如果Tam升高或降低1 ℃，qr所占比例增加
第10传热与换热器
4
§ 1通过肋壁的传热
第10传热与换热器
5
一、肋壁总效率η
定义：
ηf和η谁大
h2A2'(tw2tf2)h2A2''(tw2,mtf2)
h2A2'(tw2tf2)h2f A2(tw2tf2)
h2A2(tw2tf2)
( A2' f A2'' )
肋壁总效率
A2
第10传热与换热器
或减小4%；
第10传热与换热器
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。
第10传热与换热器
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
第10传热与换热器
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。
第10传热与换热器
12
对流换热热流量： qc hc(twtf )
第十章 传热与换热器
Heat Exchangers
第10传热与换热器
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
第10传热与换热器
2
基本要求
定量计算：
第10传热与换热器
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。
第10传热与换热器
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。
第10传热与换热器
23
板翅式换热器
波纹管
管壳式换热器
涡流发生器
第10传热与换热器
多孔陶瓷板
24
三、削弱传热的方法
覆盖热绝缘材料； 改变表面状况； 遮热板 。
第10传热与换热器
25
例题 1 :在换热表面加肋片是强化传热的重要措 施之一。当采用加肋片增强无限大平壁传热时， 最有效的方法是肋片应加在哪一侧，为什么 ?
第10传热与换热器
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）
第10传热与换热器
22
二、增强传热的方法
扩展传热面 ； 改变流动状况 ； 使用添加剂改变流体物性 ； 改变表面状况 ； 改变换热面形状和大小； 改变能量传递方式； 靠外力产生振荡，强化换热。
辐射热流量： qr Cb1Tw0041Tam 004
qr
Cb
(1Tw0t)w 04t(1Tf am 0)04(twtf
)hr(twtf
)
复合换热热流量为：
第10传热与换热器
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。
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。
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。
第10传热与换热器
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）。
计算hr时，应分析传热过程的热流方向。
第10传热与换热器
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 ? 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 ?
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
β大于1
第10传热与换热器
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 。
此公式与平壁的传热系数有
何不同？可否用于肋片管？
第10传热与换热器
8
通过平壁的传热
1
k
hK公11的式计？算