传热和换热器
工程热力学与传热学 第十八章 传热过程分析与换热器计算
Q = kA(t1 − t 2 ) = kA∆t m
热流体放出的热量 冷流体吸收的热量
′ ′ Q1 = q m1c1 (t1 − t1′) ′ ′ Q2 = q m c 2 (t 2′ − t 2 )
′ ′ ′ ′ q m1c1 (t1 − t1′) = q m 2 c 2 (t 2′ − t 2 )
A2 β = 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 α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2 ' α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2η f
ηf 为肋片效率 加肋侧与流体的换热量
' ' Q = α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2' +α 2 (t w 2 − t f 2 2) A2η f ' ' A2' A2 = α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2 ( + η f ) A2 A2
图9-6 交叉流换热器示意图
4）板式换热器。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，两相邻平板之间用特殊设计的密封垫片隔开，形成一个通道，冷、 热流体间隔地在每个通道中流动。为强化换热并增加板片的刚度，常在平 板上压制出各种波纹。板式换热器中冷、热流体的流动有多种布置方式， 图9-7所示为1-1型板式换热器的逆流布置，这里的1-1型表示冷、热流体 都只流过一个通道。板式换热器拆卸清洗方便，故适合于含有易污染物的 流体(如牛奶等有机流体)的换热。
图9-4 简单的壳管式换热器示意图
为了提高管程流体的流速，在图9-4所示的换热器中，一端的封头里 加了 一块隔板，构成了两管程的结构，称为l-2型换热器(此处l表示壳程 数，2表示管程数)。图9-5所示是一个1-2型换热器的剖面图。
换热器工作原理
换热器工作原理换热器是一种用于传递热量的设备，它的工作原理是基于热传导和对流传热的原理。
换热器通常由一组管道或者板片组成，通过这些管道或者板片，热量可以从一个流体传递到另一个流体。
换热器的工作原理可以分为两个主要步骤：传热和传质。
首先，传热是指热量从一个流体传递到另一个流体的过程。
在换热器中，热量可以通过三种方式传递：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过固体的传导方式传递。
在换热器中，热量从一个流体传递到另一个流体的过程中，会经过换热器的壁板或者管道壁。
这些壁板或者管道壁的材料通常具有较好的导热性能，以便更高效地传导热量。
对流是指热量通过流体的对流方式传递。
在换热器中，热量从一个流体传递到另一个流体的过程中，会通过流体的对流传热。
对流传热可以分为自然对流和强制对流两种方式。
自然对流是指热量通过流体的密度差异产生的自然对流传递。
强制对流是指通过外部力（如泵）使流体产生流动，从而实现热量传递。
辐射是指热量通过辐射方式传递。
在换热器中，热量可以通过辐射传递，这是一种通过电磁波辐射的方式。
辐射传热主要取决于温度差异和表面特性。
其次，传质是指流体中的物质通过换热器壁传递的过程。
传质过程可以是气体或者液体中的物质传递。
在换热器中，传质通常是指液体中的物质传递，如水中的溶解物质。
传质过程主要取决于浓度差异和壁面特性。
换热器的工作原理可以通过以下步骤来描述：1. 流体进入换热器：两种流体分别进入换热器的不同侧面。
这些流体可以是液体或者气体，其温度和压力可能不同。
2. 传热过程：热量从一个流体传递到另一个流体。
这个过程通常发生在换热器的管道或者板片中。
热量可以通过传导、对流和辐射的方式传递。
3. 传质过程：如果液体中存在可溶性物质，这些物质也可以通过换热器壁传递。
这个过程通常发生在壁板或者管道壁的表面。
4. 流体离开换热器：经过传热和传质过程后，流体离开换热器的另一侧。
此时，流体的温度和压力可能已经发生了变化。
换热器的工作原理可以根据不同的类型和应用而有所不同。
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 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。
传热过程和换热器热计算基础
(m2·℃) / W
多层平壁的传热：
q=
n δi 1 1 +∑ + h1 i =1 λi h2
tf1－ tf2
二、圆筒壁的传热 每米长圆筒壁的总传热热阻热阻：
只有管道外径 d 2 超过某一值后包上热绝缘层才能 起到减少单位管长热损失的作用，把此直径称为临界 热绝缘直径，用 d c 表示。
d c 可由求 q1 对热绝缘层外径的一阶导数并令之 等于零而得到，即 d = 2λins c h2 （ d 2 > d c 加绝热层才能减少热损）
式中： 2 ——管道热绝缘层外表面对环境的表面传 h 热系数[W/(m2·K)]； λins ——保温材料的导热系数[W/(m·K)]。
' 肋面平均温度 t w2 (< tw2 )
肋片实际散热量：
h A (t
2
2
'
w2
− tf2
)
2
肋处于肋基温度下的理想散热量： h 肋片效率：
A2 (t w 2 − tf2 )
t w 2 − tf2 实际散热量 h2 A2 t w 2 − tf2 = = η= 理想散热量 h2 A2 (t w 2 − tf2 ) t w 2 − tf2
Φ = Ah2 (t w2 − tf2 )
λ Φ = A (t w1 − t W2 ) δ
Φ tf1 − t W1 = Ah Φ t w1 − t W2 = Aλ / δ Φ t w2 − t f2 = Ah2
传热方程：
A(t f1 − t f2 ) Φ= = KA ∆ t 1 / h1 + λ / δ + 1 / h2
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 )
化工原理
Q ──热冷流体放出或吸收的热量，W； cph,cpc ──热冷流体的比热容， J/(kg. ℃) ；
h1,h2 ──冷流体的进出口焓，J/kg；
H1,H2 ──热流体的进出口焓， J/kg 。
相变时
若热流体为饱和蒸汽，当冷凝时有相的变化，但是冷 凝液在饱和温度下离开换热器。冷流体无相变化。
Q Wh rh Wc c pc t 2 t1
A
2）较大温差记为t1，较小温差记为t2； 3）当t1/t2<2，则可用算术平均值代替
t m (t1 t 2 ) / 2
4）当t1＝t2
t m t1＝t 2
2、错流、折流时的 t m
t m t m
'
t ' m ：逆流时的平均温度差
f ( P, R, 流型）
t 对流
（1）管外对流
dQo o dAo (T Tw )
（2）管壁热传导
dQ壁
（3）管内对流
b
dAm (Tw t w )
dQi i dAi (t w－t )
dQ dQo dQ壁 dQi
对于稳定传热
T Tw Tw t w t w t T t dQ 1 b 1 1 b 1 o dAo dAm i dAi o dAo dAm i dAi
T t dQ 1 KdA
1 1 b 1 KdA o dAo dAm i dAi
式中 K——总传热系数，W/(m2· K)。
讨论：
1．当传热面为平面时，dA=dAo=dAi=dAm
1 1 b 1 K o i
2．以外表面为基准(dA=dAo):
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。
换热器换热量计算公式
换热器换热量计算公式换热器是一种用于将热量从一种介质传递到另一种介质的装置。
根据换热器的类型和工作原理的不同，换热量的计算公式也会有所不同。
下面将介绍几种常见的换热器及其换热量计算公式。
1.单相流体传热换热器单相流体传热换热器是将一个单相流体中的热量传递到另一个单相流体中的换热器。
换热量的计算公式基于热平衡原理，即热量在两个流体之间的传递是相等的。
Q=m·c·(T2-T1)其中，Q为换热量，单位为焦耳/秒（J/s）或瓦特（W）；m为流经换热器的质量流率，单位为千克/秒（kg/s）；c为流体的比热容，单位为焦耳/千克·摄氏度（J/(kg·°C)）；T1和T2分别为流体的入口温度和出口温度，单位为摄氏度（°C）。
在实际应用中，为了计算方便，可以将换热率（U）引入公式。
换热率是描述换热器传热性能的参数，通常通过实验或理论计算确定。
Q=U·A·(T2-T1)其中，U为换热率，单位为焦耳/秒·平方米·摄氏度（J/(s·m^2·°C)）或瓦特/平方米·摄氏度（W/(m^2·°C)）；A为换热面积，单位为平方米（m^2）。
2.蒸发冷凝换热器蒸发冷凝换热器用于将一种流体从液态转化为气态或从气态转化为液态的过程中传递热量。
换热量的计算公式基于摩尔焓的变化。
Q=G·(h2-h1)其中，Q为换热量，单位为焦耳/秒（J/s）或瓦特（W）；G为质量流率，单位为摩尔/秒（mol/s）；h1和h2分别为流体的入口摩尔焓和出口摩尔焓，单位为焦耳/摩尔（J/mol）。
在实际应用中，为了计算方便，可以将换热系数（U）引入公式，并结合换热面积（A）进行计算。
Q=U·A·(h2-h1)其中，U为换热系数，单位为焦耳/秒·平方米·摄氏度（J/(s·m^2·°C)）或瓦特/平方米·摄氏度（W/(m^2·°C)）。
传热和换热器
式①代入下式得：
(t1 t2 ) (t1 t2) (t1 t2 ) Cr (t1 t2)
(t1 t2 ) Cr (t1 t2 )
(1 Cr )(t1 t2 )
1
t1 t2 t1 t2
1
t t
(1
Cr
)
+
t exp(kA)
t
1 exp( kA)
1 Cr
+
1 1 1 1
tx t
k Ax
tx 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： tm
1 A
A 0
t xdAx
1 A
A 0
texp(kAx )dAx
tm
1 A
A 0
texp( kAx )dAx
t exp( kA) -1
(1)
k A
lnBiblioteka tx tk AxAx A
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, M1c1, M 2c2 ，及两个进口温度，
求 t1， t2 ）
(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
(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)~(6)，直至满足精度要求。
传热及换热设备总结-V1
传热及换热设备总结-V1
传热及换热设备总结
1. 传热方式
传热方式包括：对流传热、辐射传热、传导传热。
对流传热主要是指
流体流动引起的传热方式，可以通过各种设备进行传热；辐射传热是
通过辐射热量传递来完成的，可以通过传热设备表面的辐射效应来传热；传导传热是材料内部的传热方式，可以通过传热设备内部的材料
来传热。
2. 常见传热及换热设备
常见传热及换热设备包括：
（1）蒸发器，主要用于将液体转化为气态，常用于空调、制冷等领域。
（2）换热器，包括板式换热器、管式换热器、壳管式换热器等，主要
用于进行热量的传递和转移。
（3）冷凝器，主要用于将气体转化为液态，比较常见的应用是在空调、制冷等领域。
（4）蓄热器，一种用于存储热量的设备，主要用于平衡系统中的热量
变化。
（5）加热器，主要用于对流体进行加热，用于生产过程中的热源。
3. 选型及使用注意事项
选型及使用注意事项包括：
（1）设备应满足生产或应用需求，根据不同的场合选择合适的设备，以确保工作效率。
（2）应仔细了解设备的工作原理和结构，保证设备运行的可靠性。
（3）设备使用过程中应定期检查，保养维护，延长设备寿命。
（4）设备使用过程中遵循安全规定和标准，保证工作人员安全。
总之，传热及换热设备是制造业和生产运营等领域的重要设备，通过根据应用场合的不同选择合适的设备，能够有效地提高生产效率，同时也需要注意设备的使用和安全等问题。
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。
空气换热器原理
空气换热器原理空气换热器是一种常见的热交换设备，其原理是利用空气作为热媒体，实现热量的传递和换热。
它广泛应用于工业生产和生活中，为我们提供了舒适的室内环境和高效的能源利用。
空气换热器的工作原理可以简单概括为两个过程：传热和换热。
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程，而换热则是指两个物体之间热量的交换过程。
在空气换热器中，传热主要通过传导和对流来实现。
传导是指热量通过物体内部分子之间的碰撞传递，而对流则是指热量通过流体(空气)的对流传递。
当空气与热源接触时，热量会从热源传导到空气中，然后通过对流传递给另一侧的冷却介质。
这样就实现了热量的传热过程。
在换热过程中，空气换热器通过增加热表面积来提高换热效果。
它通常由一组金属管或片组成，这些管或片的表面积很大，从而增加了热量传递的面积。
当热源和冷却介质分别通过这些管或片流过时，热量会在它们之间进行换热。
通过这种方式，空气换热器可以有效地将热量从热源传递给冷却介质，实现能量的转移和利用。
空气换热器具有许多优点。
首先，它可以实现不同介质之间的换热，如空气和水、空气和液体等。
其次，它具有体积小、重量轻的特点，可以灵活安装在不同的场所。
此外，空气换热器还具有高效换热、节能环保的优点，可以有效地提高能源利用率，减少能源消耗。
在工业生产中，空气换热器被广泛应用于热风炉、锅炉、烘干机等设备中，用于加热空气或冷却气体。
在生活中，空气换热器也被广泛应用于中央空调系统、暖通空调设备等，为我们提供舒适的室内环境。
然而，空气换热器也存在一些问题和挑战。
首先，由于空气中含有灰尘、污染物等杂质，这些杂质会附着在换热器的表面，降低换热效果，甚至导致堵塞。
其次，由于空气的湿度和温度变化较大，换热器在使用过程中可能会出现冷凝水、露水等问题，需要采取相应的措施进行处理。
此外，空气换热器的设计和制造也需要考虑材料的耐高温、耐腐蚀性能，以及与其他设备的配合等因素。
空气换热器通过利用空气作为热媒体，实现热量的传递和换热，为我们提供了舒适的室内环境和高效的能源利用。
换热器作用与特点全解!果断!
换热器作用与特点全解!果断!换热器是一种能够将热量从一个介质传递到另一个介质的设备。
它的作用主要有以下几个方面：传递热量、提高热效率、控制温度、节能降耗，同时具有以下特点：高效传热、结构紧凑、操作可靠、安全环保等。
下面对换热器的作用和特点进行详细解析。
一、换热器的作用1.传递热量：换热器的主要作用是将一个介质的热量传递给另一个介质，实现热能的转移。
常见的例子包括将锅炉燃烧的燃料燃烧产生的烟气中的热量传递给水，以产生蒸汽。
换热器在石化、冶金、电力、化工等行业中广泛应用，能够满足不同介质之间的热量传递需求。
2.提高热效率：换热器可以通过有效的传热方式提高系统的热效率。
通过烟气与水之间的热量交换，烟气的温度降低，而水的温度升高，从而提高了整个系统的热效率，节约了能源消耗。
3.控制温度：换热器可以用来控制介质的温度。
当热量从一个介质传递到另一个介质时，可以根据换热器的设计和操作方式来控制传热的速率和效果，从而实现对介质温度的控制。
4.节能降耗：换热器可以降低能源的消耗，减少生产过程中的热耗散。
通过高效传热，换热器可以最大限度地利用热能，减少能源的浪费，降低生产成本。
二、换热器的特点1.高效传热：换热器具有高效的传热特性，能够最大限度地实现热量的传递。
采用合理的传热面积和换热介质，可以实现高效的换热效果，降低能源的消耗。
2.结构紧凑：换热器具有较小的体积和重量，结构紧凑，占地面积小，适应空间有限的场合。
这有助于方便安装和维护，减少系统的占地面积。
3.操作可靠：换热器采用可靠的材料和设计，能够在长时间运行中保持稳定的性能。
一般来说，换热器的工作寿命较长，可以适应不同的工况条件和介质特性。
4.安全环保：换热器具有安全可靠的特点。
通过合理的设计和严格的制造工艺，可以确保换热器在工作过程中不泄漏，不产生污染物，保护环境，同时保障操作人员的安全。
总之，换热器在许多工业领域中都起着重要的作用。
它能够传递热量，提高热效率，控制温度，实现节能降耗。
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））；
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§ 9-6 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 M 1 c 1 ( t 1 t 1 ) M 2 c 2 ( t 2 t 2 )
均温差为： tm 1 A0 A tx dxA 1 A0 A tex k px) A (d x A
tm
1 A
A 0
texp(kAx )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)
对数平 均温差
tml n tt tt-1 ltn t t ltn tt
热流密度时，可把上式写成
qr Cb[1 (Tw0)40(1Ta0m)40]/t(wtf)(twtf)
hr(twtf )
q c 称为辐射换热表面传热系数
q q c q r （ h c h r)tw ( tf)
§ 10-3 传热的增强和削弱
1.增强传热的方法 1）扩展传热面 2）改变流动状况 3）使用添加剂改变流体物性 4）改变表面状况 5）改变换热面的形状和大小 6）改变能量传递方式 7）靠外力产生振荡，强化传热
所以，只要o 1就可以起到强化换热的效果。
§ 10-2 有复合换热时的传热计算
对流与辐射并存的换热称为复合换热
qqc qr 对流换热密度 q c
qc hc(twtf ) 辐射换热热流密度 q r
qr Cb[1 (Tw0)40(1Ta0m)40]
当引入温差 (tw t f ) ，用对流换热冷却公式的形式来计算辐射
d d t d k t1 d A d t2 t M 1 1c1M 1 2c2 d M d 11 c1 M12c2
d t d kd A t dt kdA
t
tx dt k AxdA
t t
0
lntx t
kAx
txtexp k(xA )
可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平
第十章 传热和换热器
§ 9-1 通过肋壁的传热
传热过程？ 基本计算式(传热方程式)？
kA (tf1tf2)
k
1 AR tot
式中：K是传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过 程，K的计算公式也不同。
肋壁面积： Ao A1A2
A1
稳态下换热情况：
hiAi(tf1tw1)
Ai
A2
Ai(tw1two)
T
T1
Th(Hot) T2
Tc (cold)
x
顺流
Cold fluid
T T1
Th
Tc
逆流
T2
x
(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。
TA,out TB,in(sheslilde)
TB,out TA,in(tubseide
(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)~(6)，直至满足精度要求。
(5) 螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成， 有点：换热效果好；缺点：密封比较困难。
§ 10-5 平均温度差
传热方程的一般形式：
kAtm
这个过程对于传热过程是通用的，但
t 1
是当温差 tm 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。
对于前者我们曾经提到过对数平均温 差(LMTD)的公式，但是没有给出推导。 t2
式①代入下式得：
(t1t2 )(t1t2 )(t1t2 )Cr(t1t2 )
(t1t2 )Cr(t1t2 )
(1Cr)t(1t2 )
1tt1 1 tt2 2 1 tt(1Cr) +
t exp(kA)
t
1exp(kA)
1Cr
+
1 1 11
Mபைடு நூலகம்c1 M2c2 C1 C2
1expk C1A (1C C1 2)1expk C1A (1Cr)
于是，我们可以得到
q m a ( M x ) m ( t 1 i c n t 2 ) C m ( t 1 i n t 2 )
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 1 t1 ti1 n t1 t2 C C m 2t2 ti1 n tt2 2
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10-13中微元换热面dA一段的传热。温差为：
t t 1 t2 d t d t 1 d t2
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:
dM 1c1dt1 dt1M 1 1c1d
dM2c2dt2 dt2M 1 2c2d
tm
tmax tmin ln tmax
tmin
算术平均温差 平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即
tm,算术 tma2 x tmin
tm,对数
tmax tmin ln tmax
tmin
算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相
同进出口温度下的对数平均温差，当 tmaxtmin2时，两者的差 别小于4％；当 tma xtmi n1.7时，两者的差别小于2.3％。
2.削弱传热的方法 1）覆盖热绝缘材料 泡沫热绝缘材料 超细粉末热绝缘材料 真空热绝缘层 2）改变表面状况 改变表面的辐射特性 附加抑制对流元件
§ 10-4 换热器的型式及基本构造
1 换热器的定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以
2
满足规定的工艺要求的装置
2 换热器的分类：
三种类型换热器 简介
t
t
t
顺流：
tm
t t ln t
逆流时：过程和公式与顺流t是完全一样，因此，最终仍然可以
得到：
tm,逆流
t t ln t
t
顺流和逆流的区别在于：
顺流： 逆流：
t t1 t2 t t1 t2 t t1 t2 t t1 t2
或者我们也可以将 对数平均温差写成 如下统一形式(顺 流和逆流都适用)
hoA 1(tw otfo )ho fA2(tw otfo )
ho oA o(tw otfo )
肋面总效率
o
(A1
f
Ao
A2)
hi1Ai tf1A i tf2 ho1oAo h 1iA i(tf 1 htofA 2oi)Ao
定义肋化系数：Ao Ai
1
则传热系数为 k 1 1 hi hoo
(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,M1c1,M2c2 ，及两个进口温度，
求 t1， t2 ）
(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
增加管程
TB,out
TB,in(sheslilde)
TA,in(tubseide) T A,out
TB,in(sheslilde)
T A,out
TB,out
进一步增加管程和壳程
T A,in (tube side)
(3) 交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其 主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管 束式、管翅式和板翅式三种。
(c) 板翅式交叉流换热器
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。
1Cr
与顺流类似，逆流时：(11 C e r)ex x N pN pT (1 T (1 C U rC )U r)
当冷热流体之一发生相变时，相当于 Cmax ，即
根据热平衡式得： C 1 (t1 t1 ) C 2 (t2 t2 )
热容比
于是
t2 t2 C C1 2(t1 t1 )Cr(t1 t1 ) ②
Cr
C min C max
式①， ②相加： ( t 1 t 2 ) ( t 1 t 2 ) ( t 1 t 2 ) C r ( t 1 t 1 )
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 M1c1,M2c2，以及进出口 温度中的三个，最终求 A,M1c1,M2c2
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 t1， t2
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
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