14 第十章传热和传热过程 2011

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要充分认识污垢影响的严重性 污垢的导热系数小，形成的热阻大，有时占总
热阻的比例大，从而成为“瓶颈”。 工程中的处理：清污、除垢、过滤、电化学处理
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• 增强传热（减小热阻）的常见方法
① 扩展传热面：肋片
考核指标：单位设备体积的换热能力
② 改变流动状态 增大流速 设置扰动装置或物件 设置引起旋转流动的装置或物 加大流体对壁面的冲击及扰动
3-2 削弱传热的方法
增加各环节的热阻 （=减小传热系数） 措施上主要包括：
绝热（保温）材料（的开发） 结构上的考虑 绝热材料 + 特别结构 改表面涂层材料（针对辐射）
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§4 换热器的型式和基本构造
两种或两种以上温度不同的流体之间进行热量交换的设备 • 按工作原理的换热器分类 1. 间壁式：不同流体被固体壁面分隔 2. 混合式（直接接触式）：不同流体相互直接接触 3. 回热式：回热材料间歇地与冷、热流体接触，
学习传热学的工程目标
1. 各种工程中的换热问题进行计算 2. 换热器设计 3. ……
第十章 传热和换热器
§1 通过肋壁的传热 §2 有复合换热时的传热计算 §3 传热的增强和削弱 §4 换热器的型式和基本构造 §5 平均温度法 §6 换热器计算
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简单回顾：
各传热方式/模式：导热、对流、辐射 传热过程与计算：换热热阻
肋基温度下的散热量
Tf2
热阻
肋面热阻 肋壁总效率 肋壁传热热流量
以内壁面积为基准
Tw2 Tw1 Tf1
以A2为计算基准
• 通过肋壁的传热系数
肋壁传热热流量
以内壁面积为基准
记
• 称为肋化系数 ( > 1 )
以内壁面积为基准
所以，加了肋面的传热总热阻减小，换热系数增大， 有利于换热的增强。增强的效果则与多个因素有关。
例题 10-3
⑦ 利用外部力产生振荡，加大边界层的扰动
a) 机械力 b) 声波或超声波 c) 静电场
总之，一切可以减小热阻 – 导热、对流（包括沸腾 与凝结）、辐射等各个环节 – 的措施，均可以 考虑用来增强换热。
当然，有几个相关问题需要综合考虑：比如制造成 本、运行（动力、能耗）成本、设备的维护、性 能的持久性、等
h2
h1
Tw2,m Tf2 Tw2
Tw1 Tf1
• 通过肋壁的传热过程
热阻
Tf2
Tw2
Tw1
Tf1
肋面热阻
h2
h1
Tw2,m Tf2 Tw2
Tw1 Tf1
肋片效率：
f
实际散热量
假设整个肋表面处于
h2 A2 Tw2,m Tf 2 h2 A Tw2 Tf 2
Tw2,m Tf 2 Tw2 Tf 2
实现流体间的热量交换
• 本节内容：间壁式换热器
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• 按流体流动特征（方向）分类 1. 顺流式：两种流体的流
动方向相同
2. 逆流式：两种流体的流动方 向正好相反
3. 岔流式：两种流体的流动方 向垂直或以其他角 度交叉
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4-1 管壳式换热器
4-2 肋片管式换热器
4-3 板式换热器
4-4 板翅式换热器
③ 改变流体物性
c
wenku.baidu.com
a) 气体中加入固体颗粒，形成气-固悬浮体 增大体积比热容，增强对边界层的扰动，增强 辐射换热
b) 蒸汽或气体中加入雾化的液滴
④ 改变换热表面特性
a) 增加表面粗糙度 => 加大对对流换热、凝结换热的边
界层的扰动
b) 改变表面结构 => （沸腾换热）增多气化核心、降 低汽化核心形成条件；凝结换热表面的凝结液汇 集与增多暴露表面
说明：以上分析没有考虑污垢热阻。 如果已知，如何考虑？
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• 肋片设置效果的有关注意事项
当壁面两侧的换热系数有明显的大小不同时，肋片应 设置在哪个表面？ 气体侧？液体侧? 凝结/沸腾 换热侧？非相变对流换热侧？
肋化系数的大小与两个面的换热系数差别有无关系？
肋片的间距能否很小？
§2 有复合换热时的传热计算
• 复合换热：对流换热与辐射换热共存 • 工程实例 • 计算与分析的处理方法：分项计算之和
• 举例：壁面对流与辐射
qc hc (tw t f )
qr b Tw4 Ta4m
q qc qr b Tw4 Ta4m hc Tw Tf
• 辐射换热表面传热系数
qr hr Tw Tf
c) 表面涂层 => 凝结换热：低表面能（液滴张力角） 涂层促成（或保持）珠状凝结；辐射换热：波长 选择性表面涂层可增强或减弱辐射换热
⑤ 改变换热面几何特征（形状、尺寸等）
如管内对流换热 => 小管径有利于提升对流换热系 数；异型截面管有利于减小当量水力直径 => 从而 提高换热系数；凝结换热的表面尺寸越小越有利于 减小凝结液膜的厚度，从而减小液膜的导热热阻， 进而增大凝结换热系数
增强/减弱 换热的基本途径
– 减小/增大 换热热阻（涉及换热系数和面积）
实现增强/减弱 换热的基本方法
– 增大/减小 传热系数
导热材料、对流强化、表面温度与表面辐射特性
- 增大/减小 传热面积
§1 通过肋壁的传热
• 设置肋片目的：加大换热面积
• 通过肋壁的传热过程
热阻
Tf2
？
Tw2 Tw1 Tf1
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3-1 增强传热的方法
• 目标： 减小各环节的热阻 （=提高传热系数）
以壁面传热过程为例
q kt t ; k 1
r
r
r r1 r2 r3 r其他
r1
1 h1 A1
；
r2
； A
r3
1 h2 A2
；
r其他：污垢、不凝结气体、润滑油层等的热阻
要增大 q
即是要减小热阻，最需要改善的是热阻最大的环节
4-5 螺旋板式换热器
换热设备计算需要解决（确定）的问题
⑥ 改变能量传递方式
如在对流换热流道中增设“对流-辐射板”结构，可大大增 强流体与换热表面的换热能力.金属丝网，陶瓷板、陶瓷环 等.
tW
？？？？？
tf
Combined Convection-Radiation Heat Transfer
分析：由于增设金属丝网，流体与管内表面的换热热流密 度增加多少？可能与哪些因素有关？代价是什么？
hr
b
Tw4 Ta4m Tw Tf
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• 例题 10-1 • 例题 10-2
§3 传热的增强与削弱
• 增强传热的目的：
减小换热设备体积（使之紧凑） 减小设备材料用量（设备制造成本） 减小运行动力消耗（设备运行成本）
• 削弱传热的目的：
减小热量损失（节能、降耗） 维持温度条件（保证安全、工艺条件、特殊要求）