换热器原理与设计绪论

换热器原理与设计
绪论
Ⅰ. 课程教学说明
Ⅱ. 课程简介 Ⅲ. 前言 Ⅳ. 绪论
Ⅰ. 课程教学说明
1、使用教材
2、课程内容及学时分配 3、讲课方法
4、考核标准
1、教材
《换热器原理与设计》
作者： 余建祖
出版社: 北京航空航天大学出版社
参考教材：
1. 热工与流体力学基础 ISBN：978-7-111-36441-2
能为集中住宅用户提供洗浴热水、适宜的温度环
Hale Waihona Puke Baidu
境、湿度环境、空气环境。
主要技术： 热泵技术、换热器技术、控制系统
企业组织产品生产的模式：
A. 生产全部零部件、组装机器。 B. 生产一部分关键的零部件，其余由其它企业供应。 C. 不生产零部件，自己只负责设计、组装与销售。
D. 完全不生产实体产品，自己只负责设计与销售。
可概括为三大类： 与太阳有关的能源； 来自地球本身:与地球内部的热能有关的的 能源，与原子核反应有关的能源； 地球-月球-太阳相互联系有关的能源。
来自太阳
直接太阳辐射能 太阳辐射能转化 （煤炭、石油、天然气、生物燃料、 风能、水能、海洋能等）
来自地球本身
原子核能和地热能
来自地球与其他天体相互作用
171.46
100.0
39
中美一次性能源消费总量对比
年份
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
2001-2011年中国能源消费总量及构成 占能源消费总量的比重 (%) 能源消费总量
(万吨标准煤) 煤炭 石油 天然气 水、核电、风电
2.4 2.4 2.5 2.5 2.6 2.9 3.3 3.7 3.9 4.4 5.0
7.5 7.3 6.5 6.7 6.8 6.7 6.8 7.7 7.8 8.6 8.0
人均能耗：
我国人均能耗已达2.6吨标准煤/年，“赶上”了
世界平均水平。
美国的1/5；
经济合作与发展组织（OECD）国家的1/3；
太阳能集热器介绍： 2学时 模具设计相关： 2学时 制造相关： 4学时
何运琪 康玉宽
陈 武 军 燕
徐学林
3、授课方法
教师授课＋课堂讨论为主
学生自学相关知识为辅
4、考核标准（暂定）
课堂表现及作业或论文
何运琪：10分 武 燕：5分 康玉宽：70分 徐学林：10分 陈 合 军：5分 计：100分
成绩评定

国际社会普遍认为，贫困和过度消费导
致人类无节制地开发和破坏自然资源，这是
造成环境恶化的罪魁祸首。

全球环境恶化主要表现在大气和江海污
染加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减
少、淡水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩
大、生物多样性受到威胁等多方面。 同时温室气体的过量排放导致全球气候 变暖，使得自然灾害发生的频率和强度大幅 增加。
所谓能量，也就是“产生某种效果（变化）的能 力”。反过来说，产生某种效果（变化），必然 伴随能量的消耗和转换。
人类所认识的六种能量形式
机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相 关的能量，前者称为动能，后者称为势能。
机械能
热 能
构成物质的微观分子运动的动能和势能总和 称为热能。 电能是和电子流动与积累有关的一种能量。 辐射能是物体以电磁波形式发射的能量。
⑴平时成绩（占60%），合计60分。
①课堂表现（占30%），小计30分。
课堂考勤：旷课一次扣5分， 30分扣完为止！迟
到、早退、中途溜号一次扣3分， 30分扣完为止！ 课堂问题讨论、回答：答不出每项扣3分，错误 每项扣2分， 30分扣完为止！ 课堂笔记：漏一次扣3分， 30分扣完为止！ 书面作业：缺一次扣4分， 30分扣完为止！
积极开发和利用各种可再生能源。 以上二者并举，完成能源结构从常规能源
向可再生能源的过渡和转换，最终解决能源问
题并消除环境污染产生的根源。
四、我国能源状况
1.能源资源（可开发）
煤 亿吨 9842 1145 11.6 92 218
人均资源不足！！
世界 中国 中国比例 中国储采比
石油 亿吨 1434 38 2.6 24 41
电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。
能源是人类社会可持续发展的物质基础
合理利用现有能源、同时积极开发和利用新能源
是解决当前能源问题的根本途径。
本课程简要介绍能量交换和提高能源利用率
的途径和多种新能源的开发、利用技术，以 拓宽学生在能源科学方面的知识。
二、能源分类
自然界中的能源根据它们的初始来源，当前
化石燃料是世界能源结构的主体。它的
开发和利用，创造和维系人类文明，也带来 两大问题： 非再生能源的储量日益减少，供需矛盾日 趋尖锐。 化石燃料的大量利用，已对人类赖以生存 的自然界构成严重威胁。
全球环境状况 联合国最新公布的研究结果显示，在过去
30年中，虽然国际社会在环保领域取得了一定 成绩，但全球整体环境状况持续恶化。
天空正在塌陷
1999年发现
的臭氧空洞是有
史以来观测到的
最大一次，达到
2600万km2的巨 大面积。
全球气候变暖
海平面上升与陆地淹没；
气候带的移动；
飓风的加剧；
植被的迁徙与物种灭绝；
洋流的变化与厄尔尼诺现象；
雨型的改变。
CO2浓度/106
温度偏差/ºC
CO2浓度
平均温度偏差
利用而越来越少，如：水能、 风能、潮汐能、太阳能等。
非再生能源
随人类的利用而越来越少，如： 石油、煤、天然气、核燃料等。
按能源的开发利用情况
技术上比较成熟、已被广泛利用的 能源；如:水能、煤、石油等。
常规能源
新能源
尚未大规模科学利用的、正在积极 研究和开发的能源。如:太阳能等。
三、能源与环境
作者：蒋祖星 主编
出版日期： 2012-02-28 出版社： 机械工业出版社 2. 热交换器 ISBN： 978-7-111-38246-1
作者：王亚荣 田智敏 马洪源 编
出版日期： 2012-07-18
出版社： 机械工业出版社
2、课程内容及学时分配
总学时： 48学时
绪论： 4学时 换热器基础理论教学： 36学时
②平时测试（占15%），小计15分。
考查、随堂测试、大作业。 ③创造创新（占15%），小计15分。
大作业、论文。 ⑵ 期末考试（占40%），合计40分。
关于换热器方面的论文。
⑶总计：60+40=100分。
Ⅱ. 课程简介
1. 为什么要开设本门课程？
⑴课程的研究对象 ⑵课程定位 ⑶设臵该课的目的和原因
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大气环境：
SO2排放量超过环境容纳量60%，居世界之首； CO2排放仅次于美国，占世界第二位；
天然气 万亿m3 146.4 1.37 0.9 58 63
38
世界储采比
2.能源消费
一次能源消耗总量
2005 2010年世界及主要国家一次能源消费总量 单位：亿吨标准煤
国家/地区 2005年 韩国 加拿大 德国 日本 印度 3.15 4.65 4.76 7.53 5.20 2006年 3.18 4.62 4.85 7.55 5.45 2007年 3.30 4.70 4.63 7.48 5.92 2008年 3.36 4.67 4.67 7.37 6.35 2009年 3.38 4.46 4.39 6.76 6.86 2010年 占比（%） 3.64 4.52 4.56 7.16 7.49 2.1 2.6 2.7 4.2 4.4
城镇新建建筑中二星级及以上绿色建筑比例超
过20%；建设绿色生态城（区）。推进既有居
住建筑供热计量和节能改造；带动绿色建筑建 设改造投资和相关产业发展。
③校本能力建设：
依托学校的行业资源，认识学校的行业能力。 学院的建筑节能项目简介
新型多能源复用中央热水及空调系统：
利用太阳能、污水能、空气能以及少量的电
⑶设臵该课的目的和原因
①拓展学生知识面、培养（专业）创新能力。
②学院改革及发展定位的需要。 ③校本能力建设（依托学校的行业资源）。
①拓展学生知识面、培养（专业）创新能力
“博”和“创 ”
创新是人类所特有的创造性劳动的体现，
是人类社会进步的核心动力和源泉。
博学是创新的基础
②学院改革及发展定位的需要。
大于经合组织（OECD）国家， 为美国的
3倍，为发达国家平均值的1.2倍，为日本的6
倍。
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4.能源结构
世界：一次能源消费中，煤占24.5%， 中国：一次能源消费中，煤占67%。
以煤为主的国家（煤约占70%）：
南非、中国、波兰、印度、澳大利亚
发达国家：用油较多，占35%以上。
150406 159431 183792 213456 235997 258676 280508 291448 306647 324939 348002
68.3 68.0 69.8 69.5 70.8 71.1 71.1 70.3 70.4 68.0 68.4
21.8 22.3 21.2 21.3 19.8 19.3 18.8 18.3 17.9 19.0 18.6
潮汐能
以上三大类能源都是自然界中现成存在的、未经加
工或转换的能源，也称作一次能源或初级能源。
其它如电力、氢气、沼气、煤气、汽油、激光、酒
精等由一次能源直接或间接转化而来的能源称作二
次能源 问： 我们的研究对象与利用那类能源有关？
一次能源按能否再生分类
不会随它本身的转化或人类的
可再生能源
⑴课程的研究对象
换热器：
把热量从一种介质传到另一种介质的设备。
⑵课程定位
该课程是过控、暖通、能源等专业的专业课程。
学生主要学习过物理化学、工程热力学、流体 力学、工程力学、机械设计及计算机控制技术等方 面的基本理论和基本知识。 通过本课程的学习，使学生受到机械设计、测 控技能和工程科学研究的基本训练；掌握对单元设 备及成套装备的优化设计、创新改造和新型装臵技 术开发研究的基本能力。
年份
地球表面温度的历史变迁
大气环境的三大问题
地球变暖、温室效应和酸雨沉降问题构成
全球性的大气环境问题，明显地危及全人
类的生存和繁衍，引起了国际社会的高度 关注，使当今的世界环境问题具有明显的
时代特征。
能源与环境问题的妥善解决是人类社会可持
续发展的前提。
目前主要从两个方面入手
合理利用现有能源；
电 能
辐射能 化学能 核 能
物质或物系在化学反应过程中以热能形式释 放的内能称为化学能。 核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。
2.能源 所谓能源，是指能够直接或经过转换而获取 某种能量的自然资源。 自然资源包括煤、石油、天然气、太阳能、 风能、水能、地热能、核能等。 为了便于运输和使用，上述资源经加工可得 到一些更符合使用要求的能量来源，如煤气、
建筑节能
和 健康养老产业
建筑节能的行业认识
建筑节能：指在建筑材料生产、房屋建筑和构筑
物施工及使用过程中，满足同等需要或达到相同目的 的条件下，尽可能降低能耗。
国务院印发：国发„2013‟30号《关于加 快发展节能环保产业的意见》 “意见”指出：开展绿色建筑行动。到
2015年，新增绿色建筑面积10亿平方米以上，
日本的3倍。
问： 日本为什么人均能耗比较低？
我国人均能耗低于美国及OECD是否说明我
国能源利用率高？节能潜力不大？
3.能源效率 全国终端用户支付能源的费用占国内生产总 值GDP (Gross Domestic Product)12%； 能源效率比OECD国家落后20年；
能源强度（单位GDP的能耗）：
天然气丰富的国家，占35%。 还有一些国家，核能比例较大，如法国占42%。
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5. 中国21世纪遇到的环境问题 水环境： 废水排放量439亿吨；COD（化学耗氧量）排
放量大于环境容量的80%。
七大水系普遍污染：
可饮用30%，工业用30%，
丧失可用性40%。 水生态失调。
俄罗斯
美国 中国
9.39
33.59 24.16
9.65
33.32 26.54
9.80
33.90 28.53
9.87
33.15 29.71
9.35
31.49 31.25
9.87
32.65 34.75
5.8
19.0 20.3
世界
2015/10/6
154.30
158.40
162.83
164.80
162.33
问：
城市学院的模式是那种？
B.
Ⅲ. 前言
一、能量与能源
1、能量 物质和能量是构成客观世界的基础。 科学史观认为：
世界是由物质构成的，没有物质世界便虚无飘渺。
运动是物质存在的方式，是物质固有的属性，能量
则是物质运动的度量。
宇宙间一切运动着的物体，都具有能量，人类的
一切活动都与能量及其使用紧密相关。