第6章传热设备讲义
传热讲义
概念一、传热的三种基本方式1．传导又称为热传导，简称导热。
2． 对流 对流又称热对流。
对流分为自然对流和强制对流两种。
3． 辐射 辐射又称为热辐射。
二、工业换热方式1．间壁式换热 2．混合式换热3．蓄热式换热器三、导热系数：是衡量物质导热能力的一个物理量。
用λ表示，单位是W/m.℃。
四、对流传热系数：是度量对流传热过程强烈程度的数值。
用α表示，单位为W/m 2.℃。
五、影响对流传热系数的因素：1．流体流动产生的原因: 是自然对流还是强制对流2．流体的流动状况: 是层流还是湍流。
湍流时的α值比层流时大好几倍甚至更多。
3．流体有无相变化: 有相变化时的对流传热系数较大。
4．流体的物理性质: 流体的比热、导热系数、密度、粘度对α值都有影响。
5．传热表面的形状、位置和大小。
六、管壳式换热器流体走管程或壳程的选择原则1．由于管子容易清扫，强度较高，就抗腐蚀性来说，管子比壳体相对地要价廉些。
宜走管程的流体有冷却水；易结垢或夹带有固体颗粒的不清洁流体；压力和温度较高以及腐蚀性较强的流体；流量较小的流体；粘度较小的流体；热流体或冷冻介质；含有未冷凝气体的蒸汽。
2．由于壳程流过的面积较大，因此适宜走壳程的流体有：要求经换热器后压力损失小的流体；有泄露危险的流体；与适宜于走管程的流体情况相反的流体。
七、强化传热的途径1．增大传热平均温度差Δt m ；采用逆流操作2．增大单位体积的传热面积A ；在列管式换热器中采用翅片管排列的方法；有翅片管代替普通管；采用螺旋板式换热器及板式换热器等等。
3．增大传热系数K（1）增大流体的流速； （2）增大湍流程度；（3）增大流体的导热系数； （4）减小污垢热阻。
对流传热一、传热的基本概念: 对流传热又称给热，是流体与固体壁面之间的传热过程，即由流体将热传给壁面，或由壁面将热传给流体的过程。
这一过程主要依靠流体质点的移动和混合来完成。
二、对流传热方程式（牛顿冷却定律 ）:三、对流传热膜系数的影响因素tA T T A Q ∆=-=αα)'(间壁两侧流体间的传热一、传热基本方程Q=KA Δt mQ —单位时间内通过换热器传递的热量，即传热速率，W ；A －换热器的传热面积，m 2；Δt m －冷、热流体间传热温度差的平均值，℃；K －传热系数，W/m 2.℃。
第六章传热及传热设备
3.流体的性质：、、cp、等 4.传热面的形状、大小、位置：如圆管与平板、垂直与水平、
管内与管外等
5.有相变与无相变： cp或汽化潜热r
f， ， c p 或 r ， ， l ， u 或 tg
定理： 无因次 变 数量 7 群 基 数 个 本 数 4因 3个 次数
22/152
无因次数群：
2、无限长多层圆筒壁一维稳态导热（无内热源）
对每一层均有：
推动力
Q qA 热阻
t
t1 t2
t3 t4
Q t1 t2 t2 t3 t3 t4
b1 1Am1 b2 2Am2 b3 3Am3
r1 r2
t2
Q 3 t1 t4
总推动力 总热阻
0
r
bi i Ami
i1
b1 b2 b3
16/152
一、实验法求
Nu l -----努塞尔数，表示导热热阻与对流热阻之比
Pr c p
-----普朗特数，反映物性的影响。 一般地，气体的Pr<1，液体的Pr>1
Re ul
或 Gr
tg
l
3
2
------格垃晓夫数Gr是雷诺数的一种
2 变形，相当于自然对流时的“雷诺数”
23/152
一、实验法求
无限宽
Q qA An t Addxt 常数
若为常数，则：
dt dx
常数 t 2 t1 b
-------可见温度分布为直线
Q qA
t1
b
t2
推动力 热阻
A
b
t1 t2
无限长
QA
x
10/152
三、一维平壁稳态热传导
2、无限大多层平壁一维稳态导热（无内热源）
传热设备资料
传热设备传热设备是一类应用广泛的设备，主要用于在工业生产和日常生活中实现传热过程。
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程，其目的是实现能量转移和温度调节。
传热原理在传热设备中，传热原理是至关重要的。
传热原理主要包括传导、传递和对流这三种方式。
传导传导是指热量从一个固体物体的热区传递到冷区的过程。
这种传热方式主要取决于物体的导热性能，即物体的热传导系数。
在传热设备中，如散热器和传热管道中常常运用传导实现热量的传递。
传递传递是指热量通过物质的过程，可以通过辐射、对流和对流换热实现。
例如，太阳光通过空气传递到地面的过程就是辐射传热。
在传热设备中，通常会通过传递实现热量的传递。
对流对流是指在流体内部，由于流体的运动而导致物体表面与流体之间的传热过程。
对流传热是很常见的传热方式，在换热器、散热器和加热器中经常会运用对流传热实现热量的传递。
传热设备的分类传热设备可以根据其结构和工作原理进行分类，常见的传热设备包括：•换热器：换热器是一种用于加热、冷却或蒸发等热交换过程的设备，常用于工业生产中的热交换过程。
•散热器：散热器是一种用于散热的设备，主要用于散热器冷却汽车引擎和电脑等设备。
•加热器：加热器是一种用于加热液体或气体的设备，通常用于工业生产中的加热过程。
•冷凝器：冷凝器主要用于将气体或蒸汽冷凝成液态，在蒸馏和空调中常用到冷凝器。
传热设备的应用传热设备广泛应用于各个领域，如工业生产、建筑物、能源生产和环境保护等方面。
在工业生产中，传热设备可以提高生产效率、节约能源和控制温度，对于工业生产的稳定运行起到至关重要的作用。
传热设备的发展随着科技的不断进步，传热设备的设计和制造也在不断创新和提升。
传热设备的材料、结构和工艺不断改进，使得传热效率更高、使用更安全、寿命更长。
传热设备的数字化和智能化也逐渐成为发展的趋势，为传热设备的应用带来了更多便利和可能。
总的来说，传热设备作为实现热量传递的重要工具，在各个领域都有着重要的应用和发展前景。
传热及传热设备概论
传热及传热设备概论传热是指热量从一个地方传递到另一个地方的过程。
热量是物质内部能量的一种形式，它可以通过传导、对流和辐射等方式传递。
传热在各种工程和科学领域中都起着重要的作用，如能源转换、空调系统、化学工业等。
在这篇文档中，我们将介绍传热的基本概念以及常见的传热设备。
传热的基本概念传热方式传热可以通过以下几种方式进行：1.传导：热量从一个物体传递到另一个物体，不需要物质的运动。
传导的速度取决于物体的导热性能和温度差异。
2.对流：热量通过物质流动传递。
当物体周围的流体或气体受热时，会形成对流循环，从而加快热量传递速度。
3.辐射：热量以电磁波的形式传递，不需要通过介质。
辐射热量可以通过空气、真空等传递。
热传导热传导是热量通过材料内部传递的过程。
材料的导热性能决定了热传导的速度。
常见的导热材料包括金属、陶瓷和塑料等。
导热性能的单位是热导率（k），表示单位时间内单位面积上的热量传递量与温度梯度之比。
对流换热对流换热是通过流体或气体的传递热量的过程。
对流换热可以分为自然对流和强制对流两种形式。
1.自然对流：当物体受热时，周围流体会产生密度变化，从而形成密度差，引起流体的对流运动。
自然对流一般是在密闭容器内或静止空气中发生。
2.强制对流：强制对流是通过外部强制流体运动实现的。
例如，通过泵、风扇等设备使空气或流体流动，增加传热速率。
辐射传热辐射传热是指热量以电磁波的形式传递。
辐射传热可以在真空中进行，也可以通过介质进行。
辐射传热的速率取决于温度、表面特性和环境条件。
常见的传热设备散热器散热器是一种用于散热的设备，通常用于冷却电子设备、发动机等。
散热器通过导热材料和大面积的散热片将热量传递给周围的空气，从而降低物体的温度。
换热器换热器是一种用于传递热量的设备，常用于工业过程中。
换热器可以将热量从一个流体传递给另一个流体，同时保持它们之间的物理分离。
常见的换热器包括管壳式换热器、板式换热器和螺旋板式换热器等。
管道管道是用于传输流体的设备，不仅可以传输流体，还可以传递热量。
传热操作技术—传热设备的操作(化工原理课件)
最大流速
0.6
0.75
1.1
1.5 1.8 2.4
3. 流体两端温度的确定： 若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，
则不存在确定流体两端温度的问题。若其中一流体仅已知 进口温度，则出口温度应由设计者来确定。
4. 列管类型的选择 对热冷流体的温差在50℃以内时，不需要热补偿，可
选用结构简单、价格低廉且易清洗的固定管板式换热器。 当热冷流体的温差超过50℃时，需要考虑热补偿。在温 差校正系数小于0.8的前提下，若管程流体较为洁净，宜 选用价格相对便宜的U型管式换热器，反之，则应选用浮 头式换热器。
折流板的形式如下图所示：
三、列管式换热器选型的一般步骤
1. 根据工艺要求，计算热负荷Q；
2. 初选流动方式，尽可能保证逆流或接近逆流，计算平均 温度差tm。
先按单壳程多管程的计算，如果<0.8，应增加壳程数；
3. 依据经验范围选取总传热系数K估，估算 总传热面积A估=Q/ K估tm。 4. 确定流体流经管程或壳程，选定管程流速u1；
固定管板式换热器
管壳式换热器主要由壳体、 管束、管板、管箱及折流板 等组成。 管束和管板是刚性连接在一 起的。 固定管板是指管板和壳体也 是刚性连接在一起的，相互 之间无相对移动。
固定管板式换热器
1—封头；2—法兰；3—排气口；4—壳体；5—换热管；6—波形膨 胀节；7—折流板（或支持板）；8—防冲板；9—壳程接管；10—管板 ；11—管程接管；12—隔板；13—封头；14—管箱；15—排液口； 16—定距管；17—拉杆；18—支座；19—垫片；20、21—螺栓、螺母
流体流速的选择
流体种类 管程 壳程
一般流体 0.5~3 0.2~1.5
传热与传热设备培训课程
传热与传热设备培训课程一、引言传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
在工程领域中，传热是一个非常重要的领域，涉及到许多工业过程和设备。
为了提高工程师和技术人员在传热领域的专业水平，传热与传热设备培训课程应运而生。
本文将介绍传热与传热设备培训课程的内容和重要性。
二、培训课程内容传热与传热设备培训课程主要涵盖以下内容：1. 传热基础知识这一部分将介绍传热的基本理论知识，包括传热的三种基本方式：传导、对流和辐射。
学员将学习传热的定义、传热方程、传热的影响因素，以及如何计算传热系数等。
此外，还会介绍一些传热常见的应用场景，如换热器、蒸发器、冷凝器等。
2. 传热模式与传热设备这一部分将重点介绍不同传热模式下常见的传热设备。
学员将学习各种类型的换热器，如壳管式换热器、板式换热器、电加热器等，并了解它们的原理、结构和应用场景。
此外，还将介绍一些高效传热设备的优点和适用范围。
3. 传热性能评估与改进这一部分将介绍如何评估传热设备的性能，并提供一些改进措施。
学员将学习如何计算传热效率、传热系数和传热面积，并了解如何通过改变传热设备的结构、材料和工艺来提高传热性能。
4. 优化传热系统设计这一部分将介绍如何优化传热系统的设计，以实现更高的传热效率和能源利用率。
学员将学习如何选择合适的传热设备、如何设计传热系统的管道布局和泵站设置，并了解如何定期维护和检修传热设备以确保其正常运行。
三、培训课程重要性传热与传热设备培训课程具有重要的意义和价值。
以下是几个方面的重要性：1. 提高工程师和技术人员的专业水平传热是工程领域中一个复杂而关键的领域，对于许多工业过程和设备都至关重要。
通过参加传热与传热设备培训课程，工程师和技术人员可以提升自己的专业知识和技能，更好地理解传热的基本原理和应用，从而能够更好地应对工程实践中的传热问题。
2. 提高传热设备的能效和节能效果传热设备在工业生产中的能效和节能效果对于企业的运行成本和环保要求有着重要影响。
传热与传热设备培训课程
空气、水
常
用 冷
盐水溶液
却
剂
有机物
直接热源
烟道气
温度高、经济、温度不易控制、 加热不均匀、带有明火及灰尘
电加热
温度高、加热均匀、易控制、 清洁卫生、成本高
间接热源
高温载热体
熔盐混合物
水蒸汽
最广的热源、加热均匀、 温度高时压力过大、不安全
冷却温度≥5oC
NaCl、CaCl2等；冷却温度0～ - 45oC 乙醇、乙二醇、丙醇等；冷却温度要求更低
2、传热的三种基本方式 （重点、难点）
2）热对流 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。
✓自然对流 请举例？
✓强制对流 请举例？
2、传热的三种基本方式 （重点、难点）
3）热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。
能量转移、能量形式的转化 不需要任何物质作媒介，可在真空中传播 任何温度高于0K的物体
3）列管换热器类型 有补偿圈的换热器：
点击播 放
与浮头式、U型管式热补偿的区别？
换热器部分小结： 1.换热器类型 2.列管换热器 （重点） 3.热补偿
三、实践部分
化工单元操作实训室传热实训单元： 认识设备、了解流程。
实训室纪律、安全
四、总结
1.传热的三种方式及特点； 2.三种换热方法； 3.冷、热载热体； 4.换热器类型及传热过程； 5.列管式换热器的结构和特点； 6.列管式换热器的类型。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
2、传热的三种基本方式（重点、难点）
1）热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，
或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又称导热。 特点：没有物质的宏观位移
传热原理及传热设备
传热原理及传热设备一、传热原理传热是物质内部或不同物质之间能量传递的过程，可以分为传导、对流和辐射三种方式。
1. 传导传导是指热量通过固体物质的分子传递，分为导热和扩散两种方式：•导热：热量通过物质中的导热子（如电子、电子空穴、振动子等）传递，是固体传热的主要方式。
导热能力与物质的热导率有关。
•扩散：热量通过物质中的不同分子在热运动中的传递，是固体和气体传热的主要方式。
2. 对流对流是指通过流体（液体或气体）介质的热量传递，通常包括自然对流和强制对流两种方式：•自然对流：由于热的浮力作用，流体的循环产生热量传递，如水的烧沸过程中产生的对流。
•强制对流：通过外界力（如风扇、泵等）的作用引起流体的流动，加快热量传递。
3. 辐射辐射是指通过电磁波辐射的方式进行热量传递，不需要介质参与。
辐射传热主要是通过发射和吸收辐射能量来传递热量。
材料的辐射能力与其温度、表面特性有关。
二、传热设备传热设备是用于实现热量传递的装置，根据传热方式的不同，可以分为传导传热设备、对流传热设备和辐射传热设备。
1. 传导传热设备传导传热设备主要用于传导传热方式的应用，常见的设备包括：•散热片：通过扩大表面积，提高固体材料与周围介质之间的传热效率。
•导热管：利用高热导率的材料，在内外两端形成热媒介传递热量。
•热交换器：将两个介质间的热量进行传递，常用于工业生产过程中的冷却和加热。
2. 对流传热设备对流传热设备主要用于对流传热方式的应用，常见的设备包括：•换热器：通过在不同介质之间设置换热管，实现热量的传递和交换。
•冷凝器：将气体或蒸汽冷却成液体，通过换热器进行热量传递。
•散热器：利用风扇或水冷装置将设备散发的热量传递到空气或水中。
3. 辐射传热设备辐射传热设备主要用于辐射传热方式的应用，常见的设备包括：•太阳能集热器：利用反射板和辐射板将太阳能转化为热能。
•电炉：通过电能转化为热能，并通过辐射进行热量传递。
三、传热设备的选择考虑因素在选择传热设备时，需要考虑以下因素：1.传热效率：传热设备的传热效率高低直接影响到能源利用效率和使用成本。
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Chap 6 传热设备
12
2. 浮头式换热器 浮头补偿 特点：可完全消除热应力，便于清洗和检修， 结构
复杂。 适用于壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清
化
洗的场合。
工
3. U形管式换热器 原 特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。 理 三、列管换热器的选用和设计
（一）选用、设计原则
已知：换热任务（一种流体的进、出口温度、流量）
系数大，对数平均推动力大。
化 缺点：接头多而易漏，占地较大，单位传热面消 工 耗的金属量大。
原
适用于流量不大，所需传热面积不多的场合
理
Chap 6 传热设备
9
（四）列管式换热器（管壳式换热器）
构造
化
壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板
横 纵
向 向
工
原
理
Chap 6 传热设备
10
壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板
化 工 原 理
Chap 6 传热设备
3
化
工
原
理
优点：结构简单。 缺点：加热面受容器壁面限制，传热系数不高。 强化措施：釜内加搅拌器，夹套内设置螺旋隔板，
釜内安装蛇管。
Chap 6 传热设备
4
（二）蛇管式换热器
1. 沉浸式蛇管换热器
化 工 原 理
Chap 6 传热设备
5
化 工 原 理
优点：结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造。 缺点：容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。 强化措施：可减少管外空间；容器内加搅拌器。
Rs2
1
2
• 尽可能利用有相变的热载体（大）
化 • 用大的热载体
工 • 减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻
原 • 提高较小一侧有效
理 提高的方法(无相变)： • 增大流速
• 管内加扰流元件
• 改变传热面形状
Chap 6 传热设备
19
五、新型换热器
（一）平板式换热器
化 工 原 理
Chap 6 传热设备
Chap 6 传热设备
13
设计内容： 冷却剂或加热剂的选定：
常用的冷却剂：水、空气、液氨等
常用的加热剂：水蒸汽、热空气、烟道气、热油等
化
冷、热流体的走向：
工 一般原则：
原
①不洁净的或易结垢的流体-----易于清洗侧
②腐蚀性流体------管程
理
③压力高的----管程
④温度远高于环境的或远低于环境的流体-----管程
横 向 纵 向
化
工
原
理
Chap 6 传热设备
11
圆缺形
挡板 圆盘形
化 加挡板：增大壳程流体的湍动，提高壳程的α 工 多管程：增大管内流体 u，提高管内的α 原 1. 固定管板式换热器 补偿圈补偿
特点：结构简单、制造成本低，适用于壳体和管
理
束温差小、管外物料比较清洁、不易结垢的场合。
温差在50℃以上时，要考虑温度补偿问题 补偿圈（膨胀节）
20
优点： •传热效率高，K大 •结构紧凑，操作灵活，安装检修方便
化
缺点：
工
•不耐温耐压
原
•易渗漏，处理量小
理
Chap 6 传热设备
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（二）螺旋板式换热器
优点：
•传热效率高
化
•不易堵塞
工
•结构紧凑，成本较低
原
理
缺点：
•压力、温度不能太高
•难以维修
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（三）板翅式换热器
（四）翅片管换热器
⑤蒸汽---- （便于排放冷凝液及不凝性气体）壳程
⑥粘度大的或流量较小的流体----壳程
Chap 6 传热设备
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管径、管长和管数： 从传热和流动角度综合考虑
（二）设计方法及步骤：
化 根据换热任务，选定一些参数，如流速、K 等
试算 A
工
原
校核 K、A
初选换热器型号及规格
理 （三）选用换热器中的有关问题 (1) 流体流经管程或壳程的选择 原则：传热效果好，结构简单，清洗方便
Chap 6 传热设备
1
一、换热器的分类
➢按用途分类：
加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器
化 ➢按冷热流体热量交换方式分类：
工
混合式、蓄热式和间壁式
原 ➢择适当的换热器类型；
2. 通过计算选择合适的换热器规格。
Chap 6 传热设备
2
二、间壁式换热器的类型
（一）夹套式换热器
Chap 6 传热设备
6
2. 喷淋式
化 工 原 理
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7
化
工
原
理 优点：结构简单；便于耐腐蚀；管内能耐高压； 管外 比沉浸式大。
缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果； 只能安装在室外，占地面积大。
Chap 6 传热设备
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（三）套管式换热器
优点：结构简单，能承受高压，应用方便，传热
管长：1.5m、2.0m、3.0m、 4.5m、 6.0m、9.0m
排列方式：
正三角形
正方形直列
正方形错列
Chap 6 传热设备
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四、传热过程的强化途径
Q KAtm
为了增强传热效率，可采取tm、A/V、K。
化 （一）增大tm
工 • 两侧变温情况下，尽量采用逆流流动
原 • 提高加热剂T1的温度或降低冷却剂t1的温度
管程：不清洁或易结垢、腐蚀性、压力高的流体。
Chap 6 传热设备
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壳程：饱和蒸汽、粘度大或流量小的流体。
(2) 流速u
u↑→α↑K↑，在同Q、 △tm下A↓，节省设备费；
化 u↑→Hf ↑ ↑ ，操作费用增加；
工 u选择是经济上权衡的问题，但要避免层流流动
原 (3) 换热器中管子的规格和排列方式 理 管子的规格：Φ19×2mm和Φ25×2.5mm
化
工
原
纵向翅片管
横向翅片管
理 特点：增加A，增强管外流体的湍流来提高。
重要的应用场合：空气冷却器
管外加翅片，大大改善了空气侧的传热效果
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（五）热管换热器
化 工 原 理
理 （二）增大A/V
• 直接接触传热，可增大A 和湍动程度，使Q
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• 采用高效新型换热器 改进传热面结构以增大A 和湍动程度，使Q
化 工 原 理
(a)光直翅片
(b)锯齿翅片 (c)多孔翅片
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（三）增大K
1 K2
1
1
d2 d1
Rs1
d2 d1
b
d2 dm