《传热学》第十章 传热和换热器
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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。
K 1 R tot
10.2 换热器的型式
1 换热器的定义：用于使热量从热流体传递到冷流 体，以满足规定工艺要求的装置。
2 换热器的分类：
混合式：换热器内冷、热流体直接接触、互相混合来实现 热量交换。
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）。
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 1 tm R tkmRh1 R tm Rh2
kA
传热强化途径： （1）加大传热温差 t m ； （2）减小传热热阻 R k 。
Ti
dq
T
dT c
In
Ti
To
T dq
dT c
Out
In
dT h
To
Out
2 算术平均温差
平均温差的一种最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，
当 tmax tmin 2时，两者的差别小于4％； 当 tmax tmin1.7时，两者的差别小于2.3％。
通常，对逆流的对 数平均温差进行修 正以获得其他复杂 流动方式下的平均 温差。
tm(tm)ctf
教程中图10-23~10-26分别给出了管壳式换热器和交叉流式 换热器的 。
值取决tc
Rth th tctc
式中：下标h、c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。
《传热学》第10章-传热过程与换热器计算
hr
=
Φr
A(tw − tf
)
辐射换 热量
h = hc + hr
总换热量
ห้องสมุดไป่ตู้
对流换热表面 传热系数
Φ = Φc + Φr = (hc + hr )A(tw − tf ) = hA(tw − tf )
例题
v 热电厂中有一水平放置的蒸汽管道，内径为 d1=100mm，壁厚δ1=4mm，钢管材料的导热系数 为 λ1=40 W/(m.K)，外包厚度为δ2=70mm厚的保温 层，保温材料的导热系数为λ2=0.05 W/(m.K)，。管 内蒸汽温度为tf1=300℃，管内表面传热系数为 h1=200 W/(m2.K)，保温层外壁面复合换热表面传 热系数为h2=8 W/(m2.K)，，周围空气的温度为 t∞=20℃，。试计算单位长度蒸汽管道的散热损失 Φl及管道外壁面与周围环境辐射换热表面传热系数 hr2。
临界热绝缘直径
Rk =
1 πd1lh1
+
1 2πλ1l
ln
d2 d1
+
1 2πλxl
ln
dx d2
+
1 πd x lh2
dx
当d2较小时，总热阻 Rk 先随着 dx 的增大而减小, 然后再随着 dx 的增
大而增大, 中间出现极小值，相应热 流量 Φ出现极大值 .
热阻 Rk 取得极小值时的保温层 外径 dx 称为临界绝缘直径 , 用 dc 表示
优点是结构与制造工 艺简单、价格低廉， 流通阻力小；缺点是 不易清洗、承压能力 低。
间壁式换热器流动型式
在冷、热 流体进口 温度相 同、流量 相同、换 热面面积 相同的情 况下，
传热学精讲 第十章
第十章 传 热 和 换 热 器 第一节通过肋壁的传热图10-1 通过肋壁传热Φ = 1h 1A (1f t -1w t ) (1) Φ =δλ1A (1w t -2w t ) (2) Φ = 2h 2A '(2w t -2f t )+2h 2A ''(m w t ,2-2f t ) (3) 肋片效率222,222222,222)()(f w f m w f w f m w f t t t t t t A h t t A h --=-''-''=η (4)Φ= 2h (2A ' +2A ''f η) (2w t -2f t ) = 2h 2A η (2w t -2f t ) (5) 肋壁总效率η=222A A A f η''+' 。
肋壁传热公式： Φ =ηλδ221112111A h A A h t t f f ++- =ηλδ2211211A h A h t t f f ++- 1A W （10-1）Φ = 1k 1A (21f f t t -) W （10-2）1k --光壁面面积1A 为基准的传热系数1k =ηβλδ21111h h ++ W/(2m ·K) （10-3）12A A =β 2k --2A 为基准的传热系数，用2k 表示，即Φ = 2212112211A h A A A h A t t f f ηλδ++- =ηβλδβ212111h h t t f f ++-2A = 2k 2A (21f f t t -) （10-4） 式中： 2k =ηβλδβ21111h h ++ W/(2m ·K) （10-5）对1k 热阻 )(f R +λδ对2k 热阻 βλδ)(f R +第二节复合换热时的传热计算图10-2 复合换热对流与辐射并存的换热称为“复合换热”对流换热： c q = c h (w t -f t ) W/2m (1)辐射换热： r q =εb C ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛44100100m a w T T W/2m (2) r q = b C ⋅εfw m a w t t T T -⎥⎦⎤⎢⎣⎡-44)100()100( (w t -f t )=r h (w t -f t ) W/2m (3)r h =εbC 84410-⨯--fw m a w T T T T (10-6)复合换热热：q = c q +r q = (c h +r h )(w t -f t )= h (w t -f t ) （10-7）[例10-3] 计算某寒冷地区中空玻璃窗传热系数，已知数据列表如下：[解]窗的散热过程可分为3段，即（1）热由室内传给双层窗内侧玻璃；（2）通过空气层；（3）由外侧璃窗传给室外。
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。
传热学课后答案(完整版)
绪论思考题与习题（89P -）答案：1．冰雹落体后溶化所需热量主要是由以下途径得到： Q λ—— 与地面的导热量 f Q ——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。
2．略 3．略 4．略 5．略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．t R R A λλ=⇒ 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、略13．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. 解：40.27.407104532t K R W A HL λσσλλ-====⨯⨯⨯30.24.4441045t R λσλ-===⨯2m K W • 3232851501030.44.44410t KW q m R λ--∆-==⨯=⨯ 3428515010182.37.40710t t KW R λφ--∆-==⨯=⨯ 15．()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.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()Wh m K =•、2285()Wh m K =•、145t =℃2500t =℃、'2285()Wk h m K ==•、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 KW φ-=∆=⨯⨯-⨯= 若k ≈2h'100k k k -∆=⨯％8583.561.7283.56-==％ 因为：1211h h ，21h σλ 即：水侧对流换热热阻及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》第十章-传热和换热器
中的
换热器传热计算的特点——
冷热流体两沿传热面进行换热，
其温度沿流向不断变化，因而
温度差亦不断变化。
顺流
逆流
顺流和逆流时的对数平均温度差：
t ——换热器温差较大一端的冷热流体温度差
t ——换热器温差较小一端的冷热流体温度差
其他流动方式的平均温度差计算方法： 按逆流方式计算计算出对数平均温差 计算 查表得出温差修正系数 平均温差
肋片管式换热器 锅炉省煤器
三、板式换热器
板式换热器
板式换热器原理
优点：传热系数高，阻力相对较小，结构 紧凑，金属消耗量低，拆装清洗方便，传 热面可以灵活变更和组合。
缺点：易发生内漏，密封材料不能耐高温。
板式换热器的板片
四、板翅式换热器
板翅式换热器原理
板束体基本结构
优点：翅片增加流体的扰动， 传热系数很高，结构紧凑。
肋壁总效率：
肋壁传热量计算式： 以光壁面面积为基准： 以肋壁面面积为基准：
——肋化系数
肋片强化传热方法的分析：
1.提高肋高l，则K提高，但ηf下降。
2.可适当减小肋片间距使β提高，但不应小于两个边界层厚度。 3.采用柱形、齿形等断续肋破坏边界层。 4.肋片应加装于表面传热系数较低的一侧。
第二节 复合换热时的传热计算
一侧流体混合，一侧流体不混合的一次交叉流 两侧流体均不混合的一次交叉流
单壳程2、4、6管程的壳管式换热器
相同的进出口温度下，逆流换热器具有最大的平均温差。 相变换热的平均温度差：
饱和热流体凝结： 饱和冷流体沸腾：
饱和热流体 凝结换热
饱和冷流体 沸腾换热
第六节 换热器计算
换热器计算基本公式— —
太阳能平板集热器
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10.3 换热器中传热过程平均温差的计算
1210.3.1 顺流及逆流换热器的对数平均温差的计算传热方程的一般形式：mt kA ∆=Φ以顺流情况为例，并作如下假设：(1)冷热流体的质量流量q m2、q m1以及比热容c 2,c 1是常数；(2) 传热系数k 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。
)(x x A f t =∆3d d t A k ∆=Φ1111111d d d d m m Φq c t t Φq c =-⇒=-2222221d d d d m m Φq c t t Φq c =⇒=1212d d d Δt t t Δt t t =-⇒=-12112211d d d d d m m Δt t t ΦμΦq c q c ⎛⎫=-=-+=- ⎪⎝⎭112211m m μq c q c =+tdA d d ∆-=Φ-=∆k t μμ4tdA d d ∆-=Φ-=∆k t μμdA td k tμ-=∆∆⎰⎰-=∆∆∆'∆x xA t t k t0dAtd μxxkA t μ-='∆∆t ln )exp(t x x kA t μ-'∆=∆xx x 0)dA exp(t 1dA t 1x AAm kA A A t μ-'∆=∆=∆⎰⎰整个换热面的平均温差()1-)exp(t )dA exp(t 1x0kA kAkA A t x Am μμμ-'∆-=-'∆=∆⎰当地温差xx kA t μ-='∆∆t ln kA t μ-='∆''∆t ln A A x =)exp(t kA t μ-='∆''∆t t t t t t t m ''∆'∆''∆-'∆='∆''∆'∆-''∆=⎪⎭⎫⎝⎛'∆''∆'∆''∆'∆=∆t ln t t ln t 1-t t ln t (1)(2)(3)5t t t m ''∆'∆''∆-'∆=∆t ln t 顺流：逆流：d d t A k ∆=Φch c h t t t t t t d d d -=∆⇒-=∆Φ-=⇒-=Φd 1d d d hmh h h h mh c q t t c q Φ-=⇒=Φd 1d d d cmc c c c mc c q t t c q Φ-=Φ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=∆d d 11d μc mc hmh c q c q t cmc h mh c q c q 11-=μt t t m ''∆'∆''∆-'∆=∆t lnt ,逆流6顺流和逆流的区别在于：顺流：逆流：1212Δt t t Δt t t '''''''''=-=-1212Δt t t Δt t t '''''''''=-=-minmax min max t lnt t t t m ∆∆∆-∆=∆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)7算术平均与对数平均平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即2min max ,t t t m ∆+∆=∆算术minmax min max ,t lnt t t t m ∆∆∆-∆=∆对数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，当时，两者的差别小于4％；当时，两者的差别小于2.3％。
[整理版]815传热学
![[整理版]815传热学](https://img.taocdn.com/s3/m/951f390ca9114431b90d6c85ec3a87c240288a7b.png)
815 传热学《传热学》（第四版）或（第五版）,章熙民、任泽霈、梅飞鸣编著,中国建筑工业出版社；《传热学》（第三版）,杨世铭，陶文铨编著,高等教育出版社基本要求1.掌握热量传递的三种基本方式及传热过程所遵循的基本规律，学会对传热过程进行分析和计算的基本方法。
2.掌握导热的基本规律。
能对无内热源的简单几何形状物体，在常物性条件下的稳态导热和传热过程进行熟练的分析计算。
较深刻地了解物体在被持续加热或冷却时的温度场及热流随时间而变化的规律。
能应用集总参数法和诺模图来计算在对流边界条件下的非稳态导热问题。
3.较深刻地了解各种因素对对流换热的影响。
对受迫对流换热、自然对流换热现象的物理特征及有关准则有正确的理解。
对相变换热现象特征有所了解，并能运用准则方程进行计算。
4.掌握热辐射的基本定律。
熟悉由透明介质所隔开的物体表面辐射换热的基本计算方法。
对气体辐射换热的特性和特征有所了解。
5.掌握换热器的两种基本计算方法：对数平均温度差法和传热效率-单元数法。
基本内容绪论1．传热学的研究对象及其应用介绍。
2．热量传递的三种基本方式：导热、对流和辐射。
3．传热过程与传热系数。
第一章导热理论基础1．导热基本概念。
温度场。
温度梯度。
傅里叶定律。
2．导热系数。
3．导热微分方程。
4．导热过程的单值性条件。
第二章稳态导热1．通过单平壁和复合平壁的导热。
2．通过单圆筒壁和复合圆筒壁的导热。
临界热绝缘直径。
3．通过肋壁的导热，肋片效率。
4．通过接触面的导热。
5．二维稳态导热问题。
第三章非稳态导热1．非稳态导热过程的特点。
2．对流换热边界条件下非稳态导热，诺模图，集总参数法。
3．常热流通量边界条件下非稳态导热。
第四章导热问题数值解1．泰勒级数法和热平衡法。
2．导热问题的数值计算，节点方程的建立及求解。
3．非稳态导热问题的数值计算，显式差分格式及其稳定性，隐式差分格式。
第五章对流换热分析1．对流换热过程和影响对流换热的因素。
对流换热过程微分方程式。
传热学课后答案(完整版)
绪论思考题与习题（89P -）答案：1．冰雹落体后溶化所需热量主要是由以下途径得到： Q λ—— 与地面的导热量 f Q ——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。
2．略 3．略 4．略 5．略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．t R R A λλ= ⇒ 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、略13．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. 解：40.27.407104532t K 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．()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.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()Wh m K =•、2285()Wh m K =•、145t =℃2500t =℃、'2285()Wk h m K ==•、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 KW φ-=∆=⨯⨯-⨯= 若k ≈2h'100k k k -∆=⨯％8583.561.7283.56-==％ 因为：1211h h =，21h σλ= 即：水侧对流换热热阻及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-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 )
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。
第十章传热和换热器_传热学
5. 改变换热面形状和大小 6. 改变能量传递方式
7. 靠外力产生振荡，强化换热 （1）用机械或电的方法使传热面或流体产生振动 （2）对流体施加声波或超声波，使流体交替地受到压缩和 膨胀，以增加脉动 （3）外加静电场
二. 削弱传热的方法
1
1
tf1 tf2
A1
A1
h1A1 A1 h2 A2 h1 h2 A2
引入传热系数和肋化系数：
k1A1 t f 1 t f 2 k2 A2 t f 1 t f 2
k1
1
1
1
h1 h2
k2
1 1
1
h1 h2
A2
A1
2 说明
(1) 加肋后, 换热热阻减小,其减小的程度与 1有关
第十章 传热和换热器
§10-1 通过肋壁的传热 §10-2 有复合换热时的传热计算 §10-3 传热的增强和削弱 §10-4 换热器的基本型式与构造 §10-5 平均温度差 §10-6 换热器计算
§10-1 通过肋壁的传热
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。下面以平壁的一侧为肋壁的较简 单的情况，作为分析肋壁传热的对象。 1 肋壁的换热量计算
3 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．固定压 紧板 2．连接口 3．垫片 4．板片 5．活动压 紧板 6．下导杆 7．上导杆 8．夹紧螺 栓 9．支柱
单流程
多流程
单边流
对角流
4 螺旋板式换热器：
1. 覆盖热绝缘材料
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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
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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
《传热换热器》课件
结构分类包括管壳式换热器、板式换热器和盘式换热器等。
换热效率
1 换热系数的计算方法
换热系数可以通过实验测定、经验公式计算或数值模拟等方式得到。
2 影响换热系数的因素
换热系数受材料、流体性质、流动状态和表面特性等因素的影响。
3 如何提高换热效率
可以通过增加换热面积、提高流体流速和优化流体流动方式等方式来提高换热效率。
传热原理
1ห้องสมุดไป่ตู้
传热的方式
传热可以通过热对流、热辐射和热传导
四大传热基本原理
2
等方式进行。
传热的基本原理包括热对流、传导、辐
射和相变。
3
热传导、热对流和热辐射
热传导是通过物质直接传递热量，热对 流是通过流体传递热量，热辐射是通过 电磁波传递热量。
换热器分类
根据传热方式分类
传热方式分类包括对流换热、辐射换热和传导换热。
《传热换热器》PPT课件
热传递和能量转换是许多工业和生活过程中至关重要的环节。本课件将介绍 传热换热器的概念、原理、分类以及在工业和生活中的应用。
概念简介
1 传热换热器
传热换热器是一种能够促进热的传递和能量 转换的设备，通过不同的传热方式实现。
2 传热和换热的区别
传热指的是热量从一个物体传递到另一个物 体，而换热则是指热量传递过程中发生相变 或物质交换。
传热换热器对于各行各业 的热传递和能量转换至关 重要，不可或缺。
2 未来的研究方向
未来的研究将聚焦于高效 能量转换、新材料和热工 性能的改进等方面。
3 传热换热器的应用前
景
随着工业和生活需求的不 断增长，传热换热器将会 有更广泛的应用前景。
应用实例
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第十章 传热和换热器
研究内容——
1.在以前知识的基础上，对几种综合传热问题进行分析
2.对传热强化和削弱的各种方法进行归纳总结
3.换热器的构造原理和设计、校核方法
第一节 通过肋壁的传热
无肋侧换热： 壁的导热： 肋侧换热：
肋间面积
肋片面积
肋片平均温度
肋片效率：
肋壁总效率：
将肋片效率表达式代入肋侧散热量计算式：
单壳程2、4、6管程的壳管式换热器
相同的进出口温度下，逆流换热器具有最大的平均温差。 相变换热的平均温度差：
饱和热流体凝结：
饱和冷流体沸腾：
饱和热流体 凝结换热
饱和计算基本公式— —
换热器传热量
热流体失热量
冷流体得热量
换热器计算类型
设计计算
校核计算
根据换热要求，计算 换热器换热面积
肋壁传热量计算式：
以光壁面面积为基准：
——肋化系数
以肋壁面面积为基准：
肋片强化传热方法的分析： 1.提高肋高l，则K提高，但ηf下降。 2.可适当减小肋片间距使β提高，但不应小于两个边界层厚度。 3.采用柱形、齿形等断续肋破坏边界层。 4.肋片应加装于表面传热系数较低的一侧。
第二节 复合换热时的传热计算
缺点：容易堵塞，清洗困难， 不易维修。
翅片形式
五、螺旋板式换热器
螺 旋 板 式 换 热 器 原 理
螺旋板式换热器
优点：结构紧凑，流动阻力小，传热 系数很高，流动冲刷效果好，不易结 垢。 缺点：不易清洗，清理困难，承压能 力低。
螺旋板式换热器内部结构
第五节 平均温度差
研究目标—— 确定 中的
换热器传热计算的特点—— 冷热流体两沿传热面进行换热， 其温度沿流向不断变化，因而 温度差亦不断变化。
复合换热 ——指流体为气体时，壁面上对流和辐射并存的传热方式。
复合换热问题的处理方法 ——将辐射换热改写成对流换热计算式的形式， 得出辐射换热表面传热系数。
对流换热热流密度： 辐射换热热流密度：
辐射换热表面传热系数：
复合换热热流密度：
复合换热表面传热系数：
复合换热的两种情况：
第一种情况：
第二种情况：
锅炉省煤器
三、板式换热器
板式换热器
板式换热器原理
优点：传热系数高，阻力相对较小，结构 紧凑，金属消耗量低，拆装清洗方便，传 热面可以灵活变更和组合。
缺点：易发生内漏，密封材料不能耐高温。
板式换热器的板片
四、板翅式换热器
板束体基本结构
板翅式换热器
板翅式换热器原理
优点：翅片增加流体的扰动， 传热系数很高，结构紧凑。
电暖风机
回转式空气预热器
冷却塔
一、管壳式换热器
管壳式换热器
管壳式换热器原理
优点：结构坚固，易于制造，适应性强， 处理能力大，高温、高压情况下亦可应 用，换热表面清洗较方便。
2壳程4管程
3壳程6管程
缺点：材料消耗大，不紧凑。
二、肋片管式换热器
肋片管式换热器原理
肋片管式换热器
优点：结构紧凑。
缺点：肋片侧的流动阻力较大。
太阳能平板集热器
第四节 换热器的形式和基本构造
间壁式换热器 回热式换热器 混合式换热器
原理
换热 效果
冷热流体被壁面隔开
一般
冷热流体交替流过由蓄热 材料构成的换热器
较好
冷热流体直接接触
最好
适用 范围 例子
不可接触的两种流体 冷凝器、蒸发器、暖风机
可以接触的 两种流体 回转式空气预热器
可以混合的 两种流体 喷淋冷却塔
节省金属材料，使设备趋于紧凑，重量轻。
控制设备或其零部件的温度，使之安全运行。
节约能源，降低能量损失。 安全防护。 环境保护。 满足工艺要求。
削弱传热的目的
一、增强传热的原则
1.扩展传热面： 肋壁、肋片管、波纹管、板翅式换热面
2.改变流动状况： （1）增加流速：管壳式换热器中增加管程和壳程数 （2）流道中加进插入物增强扰动： （3）采用旋转流动装置：涡流发生器 （4）采用射流方法喷射传热表面：
波纹管
3.改变流体物性：流体内加添加剂、珠状凝结促进剂
涡流发生器
4.改变表面状况： （1）增加粗糙度： （2）改变表面结构：多孔金属层增强沸腾换热， 沟槽、螺纹结构增强凝结换热 （3）表面涂层：降低表面张力促成珠状凝结， 提高发射率增强辐射换热
5.改变换热面形状和大小： （1）采用小直径管、椭圆管： （2）凝结换热中采用水平管： （3）自然对流换热中采用竖管代替竖壁：
当热流体M1c1较小时：
2.传热单元数NTU ——无量纲传热系数 3.计算步骤： NTU
查表
ε
t1″或 t2″
Φ
4.特点——比较适合校核计算
第七节 换热器性能评价简述
换热器选型和设计的要求： a.达到生产过程的换热要求（换热量、温度等） b.强度可靠 c.便于制造、安装和检修 d.经济合理
多孔金属板
6.改变能量传递方式：对流－辐射板
7.靠外力产生振荡，强化传热：
对流－辐射板
二、削弱传热的原则
1.覆盖热绝缘材料： （1）泡沫热绝缘材料： （2）超细粉末热绝缘材料： （3）真空热绝缘层：
保温瓶中的 真空热绝缘层
2.改变表面状况和材料结构： （1）采用选择性涂层增强对投入辐射的吸收， 同时削弱本身对环境的辐射换热损失： （2）附加抑制对流的元件： （3）在保温材料表面或内部添加憎水剂： （4）利用空气夹层隔热：
顺流
逆流
顺流和逆流时的对数平均温度差：
t ——换热器温差较大一端的冷热流体温度差
t ——换热器温差较小一端的冷热流体温度差
其他流动方式的平均温度差计算方法： 按逆流方式计算计算出对数平均温差
计算
查表得出温差修正系数
平均温差
一侧流体混合，一侧流体不混合的一次交叉流
两侧流体均不混合的一次交叉流
对现有换热器计算其 能达到的出口温度
一、平均温差法(LMTD法)
开始
结构设计
1.计算步骤：见右图
△tm和Φ 假定tW K
N
校核tW
Y
2.特点： ——比较适合设计计算
传热面积A
管长l
N
阻力校核
Y
结束
二、传热单元数法(ε－NTU法)
1.效能ε ——换热器实际传热量与最大可能传热量之比
当冷流体M2c2较小时：
物体处在对流与辐射热平衡状态：
天空tam 0C
qr
结霜时地面温度 tw 0C
qc
空气t f 0C
冬季地面结霜过程的热平衡
第三节 传热的增强和削弱
传热量计算式：
增加（降低）传热系数 增加（降低）传热面积 增加（降低）传热温差
节约能源，减少动力消耗。
增强或削弱传热的三种途径
增强传热的目的