传热过程与换热器

搅拌器 釜
缺点：传热面受容器壁 面限制，传热系数小。 为提高传热系数且使釜 内液体受热均匀，可在 釜内安装搅拌器。
物料
冷凝水
§ 10-2 换热器的类型 2.蛇管换热器
（1）沉浸式
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优点：结构简单，便于防腐，能承受高压 缺点：容器体积比管子体积大得多,故管外流体的 表面传热系数较小。
外管
内管
§ 10-2 换热器的类型
4.列管式换热器
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又称管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器， 历史悠久，占主导作用。 ◎ 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大， 传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围 宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。
§ 9-6 综合传热问题分析
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既有表面辐射传热又有对流传热的现象统称表 面传热。 单位传热面的总传热热流密度为：
q qc qr hc (tw t f ) hr (tw t f ) （hc hr）tw t f ) h(tw t f ) (
η0为肋面总效率。 = A1 f A2 o
Ao
§10-1 传热过程的分析和计算
1 1 Ahi Ai hoo Ao i t fi t fo
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ki Ai t fi t fo ko Ao t fi t fo
用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定 的工艺要求的装置统称换热器。
1.按工作原理分： 间壁式(Undirectional Heat Exchanger)：冷热流体分别位 于固体壁面两侧。（应用广，如：省煤气、过热器、再热 器等） 混合式(Direct-contact Heat Exchanger)：冷热流体混合进 行传热。（除氧器、喷水减温器） 蓄热式（回热式）(regenerative heat exchanger)。（空气 预热器） 2.按用途---加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器等。
th2
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1-1型
1-2型
特点：* 结构简单，成本低； * 可能产生较大的热应力； * 壳程不易机械清洗； 适用：* 壳程流体不易结垢或容易化学清洗； * 壳体与传热管壁温度之差小于50C，否则加膨胀节。
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§ 10-2 换热器的类型 三、间壁式换热器 1.夹套式换热器
物料
用途：主要用于反应过 加热蒸汽 程的加热或冷却。 优点：结构简单。
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§ 10-2 换热器的类型 一、混合式换热器 水
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不凝性蒸汽 逆 流 高 位 冷 凝 器
蒸汽
§ 10-2 换热器的类型 二、蓄热式换热器
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hr——辐射传热系数，
c

r
4 1 4
r hr (t w t f ) A
h=hr+hc:(复合传热)表面传热系数
r s b A(T T2 )
关于复合换热的几点说明：
r hr (t w t f ) A
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tf1,h1
t f 1 t w1 t w1 t w 2 t w1 t f 2 1 1 Ah1 A Ah2
tf2,h2
A（t f 1 t f 2） δ,λ 1 1 1 k h1 h2 1 1 kA（t f 1 t f 2） h1 h2
§10-1 传热过程的分析和计算 三、通过肋壁的传热过程
t fi twi twi two two t fo 1 1 Ai hi Ai hoo Ao 1 1 Ai hi Ai hoo Ao t fi t fo
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（1）在需要辐射换热表面传热系数hr的场合，应先从辐射 换热公式中计算出辐射换热量Φr，然后按上式得出hr；
（2 ）工程计算中辐射和对流常常同时存在，尤其是在以空 气等气体作为对流介质的场合。在常温状态下，辐射散热 量常与自然对流散热量处于同一数量级；
（3）在热阻分析及对传热系数k进行计算时，如果某一侧 同时存在辐射与对流，其表面传热系数h应为复合换热表面 传热系数。 （4）在导热问题的第三类边界条件及用集总参数法研究导 热问题时，如果导热边界条件是复合换热情形，则表面传 热系数同样要用复合换热表面传热系数。
1 3
1 8 3

71.34
Nu 71.34 0.029 h 6.896W / (m2 K ) l 0.3
c hA tw t f 6.896 1.2 95 25 695.1W
2
集热器净吸收的太阳能为：
净 吸 r c
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例6：边长为1.2m的水平放置的太阳能集热器，吸 热表面的发射率为ε＝0.25，对太阳能的吸收比αs＝ 0.95。当太阳的投入辐射为Gs ＝850W/m2 时，测得
吸热表面温度为95℃。此时环境温度为25℃，天空
可视为23K的黑体。设吸热表面直接暴露在空气中， 其上无夹层。若定义集热器效率为集热器所吸收的 净太阳辐射能与太阳投入辐射之比。试确定该集热 器的效率。
tf1 tf 2 1 1 d2 1 In d1lh1 2 l d1 d 2lh2
d 0 散热量最大 值条件： dd0 2 d0 ho
圆管外加肋片及加保温层的辩证关系 临界热绝缘直径 dcr
§ 10-2 换热器的类型
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Ф
h2
tf1 tf 2 1 1 d2 1 In d1lh1 2 l d1 d 2lh2
长江大学机械工程学院 tf1 tf 2 §10-1 传热过程的分析和计算 1 1 d2 1 In d1lh1 2 l d1 d 2lh2
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P442，例9-12
1162.8 374.3 695.1 94.3W 净 93.4 0.076 集热器热效率： 投 1224
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第十章 传热过程与换热器 Heat Exchangers
◎ 结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。 一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种 流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面 即为传热面。
§ 10-2 换热器的类型
（1）固定管板式 th1 tc2
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tc1
单管程固定管板换热器
ki 1 Ai hi hoo Ao 1
1 1 hi hoo
1
——肋化系数
§10-1 传热过程的分析和计算
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四、临界热绝缘直径 (Critical Insulation Diameter)
4 r A Tw4 T 2


8
0.25 1.2 5.67 10 95 273 23
4

4

374 .3
W
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（2）自然对流散热损失计算：
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1 1 定性温度：tm tw t f 95 25 60 oC 2 2 60℃时空气的物性参数： 18.97 106 m2 / s, Pr 0.696 Ap 1.2 ´ 1.2 l= = = 0.3 P 4 ´ 1.2
Gr Pr g v tl 3

2
Pr
273 60 18.97 10
9.8 95 25 0.33
6 2

0.696
百度文库
1.076 10 8
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Nu 0.15 Gr Pr 0.15 1.076 10
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解：太阳投入辐射及集热器所吸收的投入太阳能为：
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Ф投=AGs =1.22× 850=1224 W Ф吸=αsAGs =0.95×1.22× 850=1162.8 W
集热器净吸收的太阳能应扣除自然对流和向太空的 辐射换热，即Фc和Фr。 (1)辐射换热量计算：
§10-1 传热过程的分析和计算 §10-2 换热器的类型 §10-3 换热器中传热过程平均温差的计算 §10-4 间壁式换热器的热设计
§10-5 热量传递过程的控制（强化与削弱）
§10-1 传热过程的分析和计算
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传热过程：热流体通过固体壁面把热量传递给冷流 体的综合热量传递过程。
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§9-5 辐射换热的强化与削弱
强化辐射换热的主要途径：
（1）增加发射率； （2）增大面积A；
（3）增加角系数。
削弱辐射换热的主要途径：
（1）降低发射率；
（2）降低角系数/减小表面A；
0 (T14 T24 ) （3）加入遮热板。 1, 2 1 1 1 1 2 A11 A1 X 1, 2 A2 2
以圆筒内壁面作为计算面积，传热系数为：
1 d1lk1 (t f 1 t f 2 ) k1 1 d d2 d1 1 ln h1 2 d1 d 2 h2
以圆筒外壁面作为计算面积，传热系数为：
d 2lk2 (t f 1 t f 2 ) k2 d 2
1
d2 d2 1 ln h1d1 2 d1 h2
§ 10-2 换热器的类型
（2）喷淋式
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优点：传热推动力大，传热效果好，便于检修清洗。 缺点：喷淋不易均匀。
§ 10-2 换热器的类型
3.套管式换热器
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kA t f 1 t f 2 （ ）
tf1,h1
Ф—— 冷热流体间的传热热流量； k ——（总）传热系数； A——传热面积； tf1、tf2——热、冷流体的温度。
tf2,h2
δ,λ
§10-1 传热过程的分析和计算 一、通过平壁的传热过程
稳态条件下通过平壁的热流量：
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§10-1 传热过程的分析和计算 二、通过圆管的传热过程
稳态条件下通过圆筒壁的热 流量：
t f 1 tw1 tw1 t f 2 tw1 tw 2 = = 1 1 d2 1 In d1lh1 2 l d1 d 2lh2
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