化工原理天大版传热
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2. 圆筒壁换热器的传热；
4.1 概 述
4.1.1 传热基本方式 4.1.2 冷热流体热交换的方式 4.1.3 典型的间壁式换热器 4.1.4 传热速率和热通量 4.1.5 稳态传热和非稳态传热
化工生产中的传热过程
传热过程：系统内温度的差异使热量从高温 向低温转移的过程。 化工生产对传热的要求
①强化传热过程 ②削弱传热过程
单程列管式换热器
流体流经管间环隙称为壳程， 该流体称为壳程流体
流体流经管束称为管程， 该流体称为管程流体
此图 为简单 的套管 式换热 器。它 是由直 径不同 的两根 管子同 心套在 一起构 成的。 冷、热 流体分 别流经 内管和 环隙而 进行热 的交换。
优点：
（1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； （2）介质间温差不受限制； （3）可在高温、高压下工作，一般温度小 于等于
化工Leabharlann Baidu热过程中的实际情况
流体流过固体表面时发生对流和热传导联合 作用的传热过程 习惯上把流体与固体壁面间的传热，统称为对 流传热，又称给热。
三、热辐射（辐射传热）
物体受热引起内部原子激发，将热能转变为辐 射能以电磁波形式向周围发射，当遇到另一个 能吸收辐射能的物体时，辐射能部分或全部被 吸收又重新变为热能。
图4-1 混合式冷凝器 (a)并流低位冷凝器 (b)干式逆流高位冷凝器
1一外壳 2一淋水板 3、8一气压管 4一蒸汽进口
5一进水口6－不凝气出口 7一分离罐
蓄热式换热是在 蓄热器中实现热交换 的一种换热方式。蓄 热器内装有固体填充 物(如耐火砖等)，热 、冷流体交替地流过 蓄热器，利用固体填 充物来积蓄和释放热 量而达到换热的目的 。通常在生产中采用 二个并联的蓄热器交 替地使用，如图所示 。
图4-1所示的为混合式冷凝器
，其中图(b)较为常见，称为干式
逆流高位冷凝器，被冷凝的蒸汽与
冷却水在器内逆流流动，上升蒸汽
与自上部喷淋下来的冷却水相接触
而冷凝，冷凝液与冷却水沿气压管
向下流动。由于冷凝器通常与真空
蒸发器相连，器内压强为10～
20kPa，因此气压管必须有足够的 高度，一般为10－11m。
第四章 传热
4.1 化工生产传热过程及常见换热器 4.2 热传导 4.3 对流传热 4.4 传热过程的计算 4.5 换热器的选择及传热过程的强化
重点： ①单层、多层平壁，圆筒壁热传导速率方程 及应用； ②换热器能量衡算，总传热速率方程和总传 热系数的计算； ③对流传热系数的影响因素； 难点：
1. 对流传热机理;
物体受热而发出辐射能的过程称为热辐射 特点：热辐射不需要任何介质作媒介，即可在 真空中传播。
4.1.2 冷热流体热交换的方式
1.直接接触式换热 2.蓄热式换热 3.间壁式换热
对某些过程，例如气体的冷 却或水蒸气的冷凝等，可使热、冷 流体直接混合进行热交换。这种换 热方式的优点是传热效果好，设备 结构简单。所采用的设备称为混合 式换热器。显然，仅对于工艺上允 许两流体互相混合的情况，才能采 用这种换热方式。直接接触换热的 机理比较复杂，它在进行传热的同 时往往伴有传质过程。
①热流体将热量传到壁面一侧②热量通过固体壁面的
热传导③壁面另一侧将热量传给冷流体
热对流---热传导---热对流
①结构简单，传热面积增减自如。因为它由标准构件组合而成， 安装时无需另外加工。
②传热效能高。它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合 适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，因此 它的传热效果好。液-液换热时,传热系数为 870～1750W/（m 2·℃）。这一点特别适合于高压、小流量、低传热系数流体的换热。 套管式换热器的缺点是占地面积大；单位传热面积金属耗量多，约 为 管壳式换热器 的5倍；管接头多，易泄漏；流阻大。
③结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体 均可提高流速，使传热面的两侧都可以有较高的传热系数；缺点是 单位传热面的金属消耗量大，检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆 连接处容易造成泄漏。为增大传热面积、提高传热效果，可在内管 外壁加设各种形式的翅片，并在内管中加设刮膜扰动装置，以适应 高粘度流体的换热。
4.1.1 传热基本方式
一、热传导（导热）
由于物质的分子、原子或电子的运动，使热
量从物体内高温处向低温处的传递过程。 导热条件：温度差 特点：不依靠宏观混合运动；
在气体、液体、固体中都能发生；
二、热对流（对流传热）
流体各部分之间发生相对位移而引起的热传递 特点：仅发生在流体中；质点的相对位移；
强制对流：由于泵、风机等外力作用而引起的流体 流动称为强制对流，在强制对流情况下进行热量传 递过程称为强制对流传热 自然对流：由于流体各部分温度的不均而形成了密 度的差异使流体发生相对运动而传热，这种过程称 为自然对流传热
450度，压力小于等于6.4兆帕； （4）可用于结垢比较严重的场合； （5）可用于管程易腐蚀场合。 缺点：
（1）小浮头易发生内漏； （2）金属材料耗量大，成本高20%； （3）结构复杂
蓄热式换热器
蓄热器结构简单，且可耐 高温，因此多用于高温气体的 加热。其缺点是设备体积庞大 ，且不能完全避免两种流体的 混合，所以这类设备在化工生 产中使用得不太多
换热器是实现传热过程的
基本设备。为便于讨论传热的基 本原理。
右图为简单的套管式换热器
。它是由直径不同的两根管子同 心套在一起构成的。冷、热流体 分别流经内管和环隙而进行热的 交换。图4-5为单程列管式换热 器。一流体由左侧封头5的接管4 进入换热器内，经封头与管板6 间的空间(分配室)分配至各管内 ，流过管束2后，由另一端的接 管流出。另一流体由壳体右侧的 接管3进入，壳体内装有数块挡
板7，使流体在壳与管束间沿挡板作折流流动，而从另一端的壳体 接管流出。通常，把流体流经管束称为流经管程，将该流体称为管 程(或管方)流体；把流体流经管间环隙称为流经壳程，将该流体称 为壳程(或壳方)流体。由于管程流体在管束内只流过一次，故称为
4.1.3 典型的间壁式换热器
套管式换热器
内管 外管
此图为简 单的套管式换 热器。它是由 直径不同的两 根管子同心套 在一起构成的。 冷、热流体分 别流经内管和 环隙而进行热 的交换。
4.1 概 述
4.1.1 传热基本方式 4.1.2 冷热流体热交换的方式 4.1.3 典型的间壁式换热器 4.1.4 传热速率和热通量 4.1.5 稳态传热和非稳态传热
化工生产中的传热过程
传热过程：系统内温度的差异使热量从高温 向低温转移的过程。 化工生产对传热的要求
①强化传热过程 ②削弱传热过程
单程列管式换热器
流体流经管间环隙称为壳程， 该流体称为壳程流体
流体流经管束称为管程， 该流体称为管程流体
此图 为简单 的套管 式换热 器。它 是由直 径不同 的两根 管子同 心套在 一起构 成的。 冷、热 流体分 别流经 内管和 环隙而 进行热 的交换。
优点：
（1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； （2）介质间温差不受限制； （3）可在高温、高压下工作，一般温度小 于等于
化工Leabharlann Baidu热过程中的实际情况
流体流过固体表面时发生对流和热传导联合 作用的传热过程 习惯上把流体与固体壁面间的传热，统称为对 流传热，又称给热。
三、热辐射（辐射传热）
物体受热引起内部原子激发，将热能转变为辐 射能以电磁波形式向周围发射，当遇到另一个 能吸收辐射能的物体时，辐射能部分或全部被 吸收又重新变为热能。
图4-1 混合式冷凝器 (a)并流低位冷凝器 (b)干式逆流高位冷凝器
1一外壳 2一淋水板 3、8一气压管 4一蒸汽进口
5一进水口6－不凝气出口 7一分离罐
蓄热式换热是在 蓄热器中实现热交换 的一种换热方式。蓄 热器内装有固体填充 物(如耐火砖等)，热 、冷流体交替地流过 蓄热器，利用固体填 充物来积蓄和释放热 量而达到换热的目的 。通常在生产中采用 二个并联的蓄热器交 替地使用，如图所示 。
图4-1所示的为混合式冷凝器
，其中图(b)较为常见，称为干式
逆流高位冷凝器，被冷凝的蒸汽与
冷却水在器内逆流流动，上升蒸汽
与自上部喷淋下来的冷却水相接触
而冷凝，冷凝液与冷却水沿气压管
向下流动。由于冷凝器通常与真空
蒸发器相连，器内压强为10～
20kPa，因此气压管必须有足够的 高度，一般为10－11m。
第四章 传热
4.1 化工生产传热过程及常见换热器 4.2 热传导 4.3 对流传热 4.4 传热过程的计算 4.5 换热器的选择及传热过程的强化
重点： ①单层、多层平壁，圆筒壁热传导速率方程 及应用； ②换热器能量衡算，总传热速率方程和总传 热系数的计算； ③对流传热系数的影响因素； 难点：
1. 对流传热机理;
物体受热而发出辐射能的过程称为热辐射 特点：热辐射不需要任何介质作媒介，即可在 真空中传播。
4.1.2 冷热流体热交换的方式
1.直接接触式换热 2.蓄热式换热 3.间壁式换热
对某些过程，例如气体的冷 却或水蒸气的冷凝等，可使热、冷 流体直接混合进行热交换。这种换 热方式的优点是传热效果好，设备 结构简单。所采用的设备称为混合 式换热器。显然，仅对于工艺上允 许两流体互相混合的情况，才能采 用这种换热方式。直接接触换热的 机理比较复杂，它在进行传热的同 时往往伴有传质过程。
①热流体将热量传到壁面一侧②热量通过固体壁面的
热传导③壁面另一侧将热量传给冷流体
热对流---热传导---热对流
①结构简单，传热面积增减自如。因为它由标准构件组合而成， 安装时无需另外加工。
②传热效能高。它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合 适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，因此 它的传热效果好。液-液换热时,传热系数为 870～1750W/（m 2·℃）。这一点特别适合于高压、小流量、低传热系数流体的换热。 套管式换热器的缺点是占地面积大；单位传热面积金属耗量多，约 为 管壳式换热器 的5倍；管接头多，易泄漏；流阻大。
③结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体 均可提高流速，使传热面的两侧都可以有较高的传热系数；缺点是 单位传热面的金属消耗量大，检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆 连接处容易造成泄漏。为增大传热面积、提高传热效果，可在内管 外壁加设各种形式的翅片，并在内管中加设刮膜扰动装置，以适应 高粘度流体的换热。
4.1.1 传热基本方式
一、热传导（导热）
由于物质的分子、原子或电子的运动，使热
量从物体内高温处向低温处的传递过程。 导热条件：温度差 特点：不依靠宏观混合运动；
在气体、液体、固体中都能发生；
二、热对流（对流传热）
流体各部分之间发生相对位移而引起的热传递 特点：仅发生在流体中；质点的相对位移；
强制对流：由于泵、风机等外力作用而引起的流体 流动称为强制对流，在强制对流情况下进行热量传 递过程称为强制对流传热 自然对流：由于流体各部分温度的不均而形成了密 度的差异使流体发生相对运动而传热，这种过程称 为自然对流传热
450度，压力小于等于6.4兆帕； （4）可用于结垢比较严重的场合； （5）可用于管程易腐蚀场合。 缺点：
（1）小浮头易发生内漏； （2）金属材料耗量大，成本高20%； （3）结构复杂
蓄热式换热器
蓄热器结构简单，且可耐 高温，因此多用于高温气体的 加热。其缺点是设备体积庞大 ，且不能完全避免两种流体的 混合，所以这类设备在化工生 产中使用得不太多
换热器是实现传热过程的
基本设备。为便于讨论传热的基 本原理。
右图为简单的套管式换热器
。它是由直径不同的两根管子同 心套在一起构成的。冷、热流体 分别流经内管和环隙而进行热的 交换。图4-5为单程列管式换热 器。一流体由左侧封头5的接管4 进入换热器内，经封头与管板6 间的空间(分配室)分配至各管内 ，流过管束2后，由另一端的接 管流出。另一流体由壳体右侧的 接管3进入，壳体内装有数块挡
板7，使流体在壳与管束间沿挡板作折流流动，而从另一端的壳体 接管流出。通常，把流体流经管束称为流经管程，将该流体称为管 程(或管方)流体；把流体流经管间环隙称为流经壳程，将该流体称 为壳程(或壳方)流体。由于管程流体在管束内只流过一次，故称为
4.1.3 典型的间壁式换热器
套管式换热器
内管 外管
此图为简 单的套管式换 热器。它是由 直径不同的两 根管子同心套 在一起构成的。 冷、热流体分 别流经内管和 环隙而进行热 的交换。