热交换原理

第十八章传热过程与热交换器第一节传热过程的分析与计算第二节热交换器的类型和平均温差第三节换热器的热计算第四节增强传热的方法和热绝缘的应用第五节热管第一节传热过程的分析与计算一、通过平壁的传热ttf1tf2tw1tw212x)(11212121ffffttkAAAAQtt21111k若为多层平壁，则式中的导热分热阻应为niiiA1)(二、通过圆筒壁的传热1221ln)(2ddttqwwl)(2222fwlttdq)(1111wflttdq每米管长的传热量：2212111ln2111ddddkl对于多层圆管1211111ln2111niiinilddddk)(1ln2112122121121fflfflttkddddttq每米管长的传热量：三、通过肋壁的传热加肋侧的面积A2＝肋片表面积A2’＋两肋片之间壁的表面积A2”A2A1肋化系数：12AA肋片越高，肋距越小，肋化系数就越大。肋片与流体的换热量'2222)(AttfwffwAtt'2222)(f为肋片效率)()()2()(2'22''22222'2222''2222ffwffwfwAAAAAttAttAttQ加肋侧与流体的换热量ftotAAAA2'22''2肋壁总效率肋壁的导热热量)(211wwttAQtotfwAttQ2222)(加肋侧流体的换热量不加肋侧与流体的换热量1111)(AttQwf肋壁的传热公式WttAkAAAttQfftotff)(11211122111212211212111/)(11mWttkttAQqfftotfftotk211111以A1为基准的肋壁的传热系数对于蒸汽加热的暖气包，由于蒸汽凝结换热系数α1远远大于暖气包对室内空气自然对流时的α2，使这一传热过程中的总热阻完全决定于α2一侧的换热热阻。因此在α2一侧加导热热阻较小的肋片是最有效的改进措施。在冷热介质温度一定时，要增强传热可以加大α1、α2、λ、A1、A2以及减小δ。最有效的措施是改变上列某些值后，可减小各项分热阻中最大的那一个热阻值。例一平壁一侧加肋，加肋后面积为A2，肋化系数=13，肋壁总效率tot=0.9。壁的厚度=10mm，材料的导热系数=50W/(m·K)，相对应的换热系数为1=200W/(m2·K)和2=10W/(m2·K)，流体温度tf1=75C和tf2=15C。求以A1为基准，其单位面积的传热量q1，并与不加肋时的传热量q比较。2212111/6.43479.0131015001.02001157511mWttAQqtotff解：22121/3.5701015001.02001157511mWttqff第二节热交换器的类型和平均温差一、热交换器：把热量从热流体传递给冷流体的热力设备。间壁式热交换器管式热交换器板式热交换器壳管式热交换器肋片管式热交换器套管式热交换器板翅式热交换器平行板式热交换器螺旋板式热交换器1）间壁式：冷、热流体被间壁隔开，通过间壁换热。2）混合式：冷、热流体通过直接接触换热。3）回热式：冷、热流体周期性地流过固体壁面换热。壳管式热交换器肋片管式热交换器套管式热交换器板翅式热交换器平行板式热交换器螺旋板式热交换器按流动方向分类：1、顺流式2、逆流式3、叉流式4、混合流式（杂流式）按流程分类：单流程：双流程：多流程：二、热交换器的热计算公式和污垢系数1.热计算公式设t1′，t1〃，qm1和c1分别表示热流体的进出口温度、流量和比热容；t2′，t2〃，qm2和c2分别表示冷流体的进出口温度、流量和比热容。mtkAttkAQ)(21热流体放出的热量)(11111ttcqQm冷流体吸收的热量)(2222ttcqQm)()(22221111ttcqttcqmm流体的热容量单位时间内流过冷、热222111WcqWcqmm)()(222111ttWttW''1'1'2''221ttttWW2.污垢热阻（thermalresistanceoffouling)（污垢系数）WKmkkRf/)(112净污三、平均温差1、换热器中流体的温度分布tA1t1t2t2ttA1t1t2t2ttA1t1t2t2ttA1t1t2t2t2、对数平均温差222111dtcqdtcqdQmm22221111WdQcqdQdtWdQcqdQdtmmdQWWttd)11()(2121mdQtdWWmttt)(11,2121则得令kdAdQttt21对微元面积dA，传热方程为dAttkdQ)(21mdQtd)(mkdAttd）（mkAttmkdAttdAtt'''0ln)('''mdQtd)(mQtt'''mkAtt'''lnkAQtttt''''''ln得由kAQtm''''''lntttttm＝对数平均温差对逆流换热过程222111dtcqdtcqdQmmtA1t1t2t2t22221111WdQcqdQdtWdQcqdQdtmmdQWWttd)11()(2121''''''lntttttm＝对数平均温差minmaxminmaxlntttttmtA1t1t2t2tt”t’)(212minmaxminmaxtttttm＝时当叉流和混合流minmaxminmaxlnttttttm逆流时的对数平均温差第三节换热器的计算利用平均温差进行换热器的设计计算和校核计算利用传热单元数法进行换热器的设计计算和校核计算第四节增强传热的方法和热绝缘的应用一、增强传热的方法1、增加传热面积2、加大传热温差3、提高传热系数a、减少导热热阻b、改变流体的流动状态c、改变流体的物性d、改变换热面的表面状况mtkAQ二、用热绝缘层的目的1、节约燃料。2、满足工程技术条件的要求。3、改善劳动条件。三、对热绝缘材料的要求凡导热性低的材料都可以被用作热绝缘层。不过，通常将导热系数λ值小于0.14W/（m·K）的材料称为隔热材料。热绝缘材料具有下述性能：（1）导热性。（2）机械性能，如抗压和抗拉强度等。（3）不吸水性和耐高热的能力。四、临界热绝缘直径与热绝缘层经济厚度圆管覆盖热绝缘材料时每米管长的总热阻为：xxlddddddR22212111,1ln21ln211总(1)+(2)(4)(3)R总,ldROd2dcrd3dql0121122,xxxldddddR总222crxdd即当时，热阻值为最小。单位管长传热量ql为最大值。此时的dx称为“临界热绝缘直径”，用dcr表示。222xd热绝缘层经济厚度:每年的热损失与热绝缘投资最少时对应的热绝缘厚度称为热绝缘层经济厚度。Od2dcrd3dql绝缘层厚度R总,l费用经济厚度