传热原理及应用

至冷流体主体。
th
热Φ
流 体
th,w
Φ
冷
流
tc,w
体
tc
流体通过间壁的热交换
二、间壁式换热器
1、管式换热器 套管式换热器
优点：结构简单、耐高压，传热面积易改变，严格逆流 缺点：接头多，易泄漏，单位管长传热面积小。
二、间壁式换热器
2、板式换热器 夹套式换热器
优点：结构简单、造价 低，可衬耐腐蚀材料 缺点：传热面受容器壁 面限制，传热系数小
3、间壁式换热器
在化工生产中遇到的多是冷热流体不允许直接混合的场合，间壁 式换热器应用广泛。
二、间壁式换热器
间壁式换热器的特点是冷，热两流体被一层固体壁面（管或板）
隔开，不相混合，通过间壁进行热交换。如套管换热器，径向的温差
是传热的推动力，热量首先由热流体主体以对流的方式传递到间壁内
侧，然后以导热的方式穿过间壁，最后由间壁外侧以对流的方式传递
传热速率为传热推动力与传热阻力的比值。 2、热通量
单位时间、单位传热面积上传递的热量 q （W/m2）；
四、热传导
1、温度场与等温面 在某一瞬间，温度在空间各点的分布称为温度场。 温度相同的点所组成的面称为等温面。
稳态传热与非稳态传热过程
t =f（x，y，z，θ）温度不仅与空间位置还与时间有关，为非 稳态传热；
一、概述
几乎所有的化工生产过程均伴有传热操作，传热设备在化工 厂设备投资中占较大比例，有些可达40%。
传热设备 其它设备 40% 60%
传热的目的： (1)加热或冷却，使物料达到指定的温度； (2)换热，回收利用热量或冷量； (3)保温或保冷，减少热量或冷量的损失。
二、传热的基本方式
指直接接触的系统之间或系统内各部分之间没
三、间壁式换热器的设计
换热器的工艺计算有以下两类：
(1)设计计算：根据换热条件和要求，设计一台新换热器，需 要确定换热器的类型、结构及换热面积。
(2)校核计算：核算已有换热器能否满足换热要求，需要计算 流体的出口温度、换热量及流动阻力等。
三、间壁式换热器的设计
1、设计计算：
(a) 根据给定的换热条件，如流体性质、流量、温度和压力范围 等，选择换热器类型，计算换热面两侧的对流传热系数α1、α2 及总传热系数K；
二、间壁式换热器
3、翅片式换热器
板翅片式换热器
优点:总传热系数高， 轻巧牢固，适应性强 缺点：结构复杂，清 洗检修困难
二、间壁式换热器
4、热管换热器
是一种新型高效换热装置通过 在全封闭真空管壳内工质的蒸发与 凝结来传递热量。 优点：优良的导热性、等温性，温 度可控，可远距离传热；
缺点: 抗氧化、耐高温性能差。
（3）气体的热导率
气体的λ很小，对导热不利，对保温有利。
常见物质热导率的范围
物质种类
气体
液体
非导固体
金属
绝热材料
λ/[W/m·℃] 0.006～0.6 0.07～0.7 0.2～3.0 15～420 ＜0.25
第二节 间壁式换热器设计原理
本节主要内容
一、换热器的类型 二、间壁式换热器的种类 三、间壁式换热器的工艺计算
热传导
有宏观的相对运动，仅仅依靠分子、原子及自
由电子等微观粒子的热运动而实现热量传递的
传
现象。
热 方
热对流
流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传 递过程，只能发生在流体中。
式
热辐射
ຫໍສະໝຸດ Baidu
物体因热的原因而产生电磁波在空间传递的现 象。
三、传热速率与热通量
1、传热速率 单位时间内通过传热面传递的热量 Q（W）；
一、换热器
换热器是过程工业及许多工业部门的通用设备，在生 产中占有重要的地位，换热器的类型多种多样，若按传 热特征可分为以下三种：
1、直接接触式（混合式）
冷、热流体在换 热器内直接混合进 行换热。蒸汽喷射泵。
一、换热器
2、蓄热式换热器
换热器内装有填充物，冷 流体和热流体交替流过填充 物，以填充物交替吸热和放 热的方式进行热交换。
目录
第一节 传热基本原理 第二节 间壁式换热器设计原理 第三节 间壁式换热器设计举例 第四节 新型换热设备简介
本节主要内容
一、概述 二、传热的基本方式 三、传热速率与热通量 四、热传导
一、概述
传热（热传递）是因存在温差而发生的热能转移过程，是 一个物理现象。 热传递现象无时无处不在，影响几乎遍及现代所有的工业 部门，应用广泛。
三、间壁式换热器的设计
三、间壁式换热器的设计
以管外面积为计算基准，忽略污垢热阻，则总传热系数
三、间壁式换热器的设计
由传热速率方程可得传热面积
故所需总管长
三、间壁式换热器的设计
t =f（x，y，z）温度只与空间位置有关与时间无关，为稳态传 热。
四、热传导
2、温度梯度
两等温面的温度差Δt与其间的垂直距 离Δn之比在Δn趋于零时的极限，即
lim t t n0 n n
3、傅立叶定律 物体各点间存在温度差时，因热传导而产生的热流大小的定律。
q t
n
q
t n
传热速率不仅与温度梯度成正比，还与传热面积成正比，即
WcCPc(t2 t1)
(b) 根据流体的进、出口温度求平均温差；
三、间壁式换热器的校核
Q KStm
三、间壁式换热器的设计
例题1：
在一钢制套管换热器中，用冷水将1kg/s的苯由65℃冷却至 15℃，冷却水ɸ25mm×2.5mm的内管中逆流流动，其出口温度 为10℃和45℃。已知苯和水的对流传传热系数分别为 0.82×103W/（m2·K）和1.88×103W/（m2·K）。钢材热导率 为45W/（m·K），两侧的污垢热阻可忽略不计。试求： （1）冷却水消耗量； （2）所需的总管长。
Q A t
n
（1）固体的热导率
纯金属：t↑, λ↓ ;
非金属： ρ↑或 t↑, λ↑。 λ=λ0（1+αt）
式中λ、 λ0——固体分别在温度t、273K时的热导率，W/(m• K);
α——温度系数，对大多金属材料为负值，大多非金属材料为正值， 1/K。
（2）液体的热导率 液态金属的热导率比一般的液体高。
(b)
计算热负荷
Q
WhCph(T 1 T 2)
WcCPc(t2
t1)
求出未知的进、出口温度，并求出换热量Q；
三、间壁式换热器的设计
Q KStm
三、间壁式换热器的校核
2、校核计算步骤：
(a) 先假设满足要求，用一个流体的出口温度基于热平衡方程求
出所需要的换热量Q和另一个流体的出口温度；
Q WhCPh(T 1 T 2)