傳熱學(xué)基本知識(shí)

1、整理課件整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 目目 標(biāo)標(biāo)1、傳熱的三種方式及其特點(diǎn);2、間壁式換熱器的傳熱過程;3、熱量傳遞的基本規(guī)律; 4、傳熱速率方程;平均溫度差的計(jì)算.5、常見常見換熱器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)整理課件傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用強(qiáng)化傳熱過程 如換熱器的傳熱、加熱、蒸餾、鍋爐等的傳熱情況。削弱傳熱過程 如設(shè)備的保溫及隔熱等。整理課件熱量傳遞的三種基本形式熱量傳遞的三種基本形式 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)熱對(duì)流熱對(duì)流熱輻射熱輻射物質(zhì)物質(zhì)( (系統(tǒng)系統(tǒng)) )內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移的過程叫做內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移的過程叫做熱傳遞熱傳遞整理課件熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 兩個(gè)兩個(gè)相互接觸相互接觸的物

2、體或的物體或同一物體同一物體的各部分之間，的各部分之間， 由于由于溫度不同溫度不同而引起的熱傳遞現(xiàn)象，稱為熱傳導(dǎo)，而引起的熱傳遞現(xiàn)象，稱為熱傳導(dǎo)， 簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。熱傳導(dǎo)中，物體中熱傳導(dǎo)中，物體中的分子不發(fā)生相的分子不發(fā)生相對(duì)位移。對(duì)位移。整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 按流動(dòng)起因分類：按流動(dòng)起因分類：1）自由（然）對(duì)流）自由（然）對(duì)流：流體因各部分溫度不同而引起的密度差異所產(chǎn)生的流動(dòng)流體因各部分溫度不同而引起的密度差異所產(chǎn)生的流動(dòng) 2）強(qiáng)迫（制）對(duì)流：）強(qiáng)迫（制）對(duì)流：由外力（如：泵、風(fēng)機(jī)等）作用所產(chǎn)生的流動(dòng)由外力（如：泵、風(fēng)機(jī)等）作用所產(chǎn)生的流動(dòng)3）混合對(duì)流）混合對(duì)流

3、 :自然對(duì)流和強(qiáng)制流動(dòng)自然對(duì)流和強(qiáng)制流動(dòng)換熱并存換熱并存.是是流體流體中溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生中溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對(duì)的宏觀相對(duì)的宏觀運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而把熱量從一處帶到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對(duì)流。而把熱量從一處帶到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對(duì)流。 熱熱 對(duì)對(duì) 流流只發(fā)生在流體中整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 熱熱 輻輻 射射熱輻射：物體以電磁波的形式傳遞熱能的過程。熱輻射：物體以電磁波的形式傳遞熱能的過程。熱輻射的特點(diǎn)熱輻射的特點(diǎn) 1、熱輻射不需要傳熱介質(zhì)；、熱輻射不需要傳熱介質(zhì)；2、熱輻射伴隨能量轉(zhuǎn)換；、熱輻射伴隨能量轉(zhuǎn)換；3、一切溫度高于、一切溫度高于絕對(duì)零度絕對(duì)零度

4、的物體都能產(chǎn)生熱輻射的物體都能產(chǎn)生熱輻射4、物體的溫度越高，熱輻射的能力越強(qiáng)。、物體的溫度越高，熱輻射的能力越強(qiáng)。整理課件直接接觸式換熱直接接觸式換熱蓄熱式換熱蓄熱式換熱間壁式換熱間壁式換熱工業(yè)生產(chǎn)上的換熱方法整理課件T1熱流體T2t1冷流體t2套管換熱器熱流體Tt冷流體Q給熱導(dǎo)熱間壁給熱間壁兩側(cè)傳熱過程間壁式傳熱的熱量傳遞過程包括三個(gè)步驟：間壁式傳熱的熱量傳遞過程包括三個(gè)步驟：1 1、熱流體靠對(duì)流傳熱將熱量傳給金屬壁一側(cè)、熱流體靠對(duì)流傳熱將熱量傳給金屬壁一側(cè)給熱；給熱；2 2、熱量自管壁一側(cè)以熱傳導(dǎo)的形式傳至另一側(cè)、熱量自管壁一側(cè)以熱傳導(dǎo)的形式傳至另一側(cè)導(dǎo)熱導(dǎo)熱；3 3、熱量以對(duì)流傳熱形式從

5、壁面?zhèn)鹘o冷流體、熱量以對(duì)流傳熱形式從壁面?zhèn)鹘o冷流體給熱。給熱。冷、熱流體之間進(jìn)行的熱量傳遞總過程通常稱為傳熱（或換熱）過程，冷、熱流體之間進(jìn)行的熱量傳遞總過程通常稱為傳熱（或換熱）過程，而將流體與壁面之間的熱量傳遞過程稱為給熱過程。而將流體與壁面之間的熱量傳遞過程稱為給熱過程。整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 穩(wěn)定傳熱：溫度不隨時(shí)間而變化的傳熱穩(wěn)定傳熱：溫度不隨時(shí)間而變化的傳熱 不穩(wěn)定傳熱：溫度隨時(shí)間而變化的傳熱不穩(wěn)定傳熱：溫度隨時(shí)間而變化的傳熱傳熱分為兩類傳熱分為兩類以加熱爐為例，以加熱爐為例，在剛點(diǎn)爐時(shí)在剛點(diǎn)爐時(shí)，爐內(nèi)各部分溫度逐漸升高，到加熱爐，爐內(nèi)各部分溫度逐漸升高，到

6、加熱爐運(yùn)行一段時(shí)間后運(yùn)行一段時(shí)間后，爐內(nèi)各處溫度就保持不變了。，爐內(nèi)各處溫度就保持不變了。穩(wěn)定傳熱與不穩(wěn)定傳熱穩(wěn)定傳熱與不穩(wěn)定傳熱整理課件傳熱計(jì)算傳熱計(jì)算一、傳熱速率方程一、傳熱速率方程 tKAQKtAQ1傳熱推動(dòng)力傳熱推動(dòng)力傳熱總阻力傳熱總阻力,簡(jiǎn)稱熱阻簡(jiǎn)稱熱阻R傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)W/（m2K）或W/（m2）傳熱速率傳熱速率,單位時(shí)間通過單位時(shí)間通過傳熱面的熱量傳熱面的熱量,W傳熱系數(shù)的意義是：當(dāng)溫度差為1時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積所傳遞的熱量。整理課件二、熱負(fù)荷的計(jì)算焓差法顯熱法潛熱法Q=qm熱(H1-H2)Q=qm冷(h2-h1)Q=qm熱cm熱(T1-T2)Q=qm冷 cm冷(t2-t

7、1)此法適于無相變過程此法適于無相變過程Q=qm熱r熱Q=qm冷r冷此法僅適于有相變過程此法僅適于有相變過程整理課件三、平均溫度差 用傳熱速率方程式計(jì)算換熱器的傳用傳熱速率方程式計(jì)算換熱器的傳熱速率時(shí)，因傳熱面各部位的傳熱溫?zé)崴俾蕰r(shí)，因傳熱面各部位的傳熱溫度差不同，必須算出平均傳熱溫度差度差不同，必須算出平均傳熱溫度差t t均均代替代替t t，tKAQ均均整理課件1、恒溫傳熱時(shí)的平均溫度差參與傳熱的冷熱兩種流體在換熱器內(nèi)的任一位置、任一時(shí)間，都保持其各自的溫度不變，此傳熱過程稱為恒溫傳熱恒溫傳熱例如用水蒸氣加熱沸騰的液體，器壁兩側(cè)例如用水蒸氣加熱沸騰的液體，器壁兩側(cè)的冷、熱流體因自身發(fā)生相變化

8、而溫度都的冷、熱流體因自身發(fā)生相變化而溫度都不變，不變， t均均=T-t=T-t流體的流動(dòng)方向?qū)α黧w的流動(dòng)方向?qū)?t均均無影響。無影響。整理課件工業(yè)上最常見的是變溫傳熱（1）單側(cè)變溫時(shí)的平均溫度差(一側(cè)流體溫度有變,另一側(cè)溫度恒定)2、變溫傳熱時(shí)的平均溫度差TTt1t2T1T2ttt1t1t2t22121lnttttt當(dāng)t1/t22時(shí)時(shí)t=(t1+t2)/2整理課件（2）雙側(cè)變溫時(shí)的平均溫度差并流并流逆流逆流錯(cuò)流錯(cuò)流折流折流并流并流時(shí)的(對(duì)數(shù))平均溫度差t1t2T2T1t1t2=T2-t22121lnttttt并并整理課件逆流逆流時(shí)的(對(duì)數(shù))平均溫度差T1T2t2t1t12121lnttttt

9、逆逆t2=T2-t1t2t1當(dāng) t22t1/t =t1+ t22計(jì)算見100頁(yè)整理課件并、逆流的比較1、如果并、逆流進(jìn)、出口溫度相同，逆流的t均均大于并流的t均均，所以當(dāng)換熱器的傳熱量Q及傳熱系數(shù)值相同時(shí)，采用逆流操作可節(jié)省傳熱面積A。2、逆流的可以節(jié)省加熱劑或冷卻劑的用量。 例如：若要求將一定流量的冷流體從120加熱到160，而熱流體的進(jìn)口溫度為245，出口溫度不作規(guī)定。此時(shí)若采用逆流，熱流體的出口溫度可以降至接近于120，而采用并流時(shí)，則只能降至接近于160。這樣，逆流時(shí)的加熱劑用量就較并流時(shí)為少。 由以上分析可知，逆流優(yōu)于并流，因而工業(yè)生產(chǎn)中換熱器多采用逆流操作。整理課件錯(cuò)流和折流時(shí)的平

10、均溫度差 為了強(qiáng)化傳熱，列管式換熱器的管程或殼程常常為多程，流體經(jīng)過兩次或多次折流后再流出換熱器，這使換熱器內(nèi)流體流動(dòng)的型式偏離純粹的逆流和并流，因而使平均溫度差的計(jì)算更為復(fù)雜。錯(cuò)流或折流時(shí)的平均溫度差t均均是先按逆流計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫度差，再乘以溫度差修正系數(shù) ，即 t逆均ttt整理課件整理課件錯(cuò)流和折流時(shí)的平均溫度差各種流動(dòng)情況下的溫度差修正系數(shù)，可以根據(jù)兩個(gè)參數(shù)查圖1221ttTTR冷流體的溫升熱流體的溫降1112tTttP兩流體的最初溫差冷流體的溫升由于由于 的值小于的值小于1，故折流和錯(cuò)流時(shí)的平均溫度差，故折流和錯(cuò)流時(shí)的平均溫度差總小于逆流?？傂∮谀媪?。t整理課件四、傳熱系數(shù)四、傳熱系數(shù)

11、K K的確定的確定 1現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) 根據(jù)傳熱速率方程可知，只需從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得換熱器的傳熱面積 ，平均溫度差 及熱負(fù)荷 后，傳熱系數(shù) 就很容易計(jì)算出來。 其中傳熱面積 可由設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸算出， 可從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定兩股流體的進(jìn)出口溫度及它們的流動(dòng)方式而求得，熱負(fù)荷 可由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得流體的流量，由流體在換熱器進(jìn)出口的狀態(tài)變化而求得。 A均tQKA均tQ2采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表5-2列出了常見的列管式換熱器的傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值的大致范圍。3計(jì)算法 傳熱系數(shù)的計(jì)算公式可利用串聯(lián)熱阻疊加原則導(dǎo)出。對(duì)于間壁式換熱器，傳熱過程的總阻力應(yīng)等于兩個(gè)對(duì)流傳熱阻力與一個(gè)導(dǎo)熱阻力之和?？傋枇?yīng)等于兩個(gè)對(duì)流傳熱阻力與一個(gè)導(dǎo)熱阻力之和。傳熱總阻力的倒數(shù)就

12、是傳熱系數(shù)。傳熱總阻力的倒數(shù)就是傳熱系數(shù)。整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 熱熱 傳傳 導(dǎo)導(dǎo) 1 1、基本概念、基本概念兩個(gè)兩個(gè)相互接觸相互接觸的物體或的物體或同一物體同一物體的各部分之間，由于的各部分之間，由于溫度不同溫度不同而引起的熱傳遞現(xiàn)象，稱為熱傳導(dǎo)，簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。而引起的熱傳遞現(xiàn)象，稱為熱傳導(dǎo)，簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)穩(wěn)定導(dǎo)熱：溫度不隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱穩(wěn)定導(dǎo)熱：溫度不隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱 不穩(wěn)定導(dǎo)熱：溫度隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱不穩(wěn)定導(dǎo)熱：溫度隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱導(dǎo)熱分為兩類導(dǎo)熱分為兩類知識(shí)回顧知識(shí)回顧整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 2 2、傅里葉導(dǎo)熱定律傅里葉導(dǎo)熱

13、定律 熱熱 傳傳 導(dǎo)導(dǎo) 熱傳導(dǎo)的速率與垂直于熱流方向的表面積成正比，與壁面兩側(cè)的溫差成正比，與壁厚成反比熱傳導(dǎo)的速率與垂直于熱流方向的表面積成正比，與壁面兩側(cè)的溫差成正比，與壁厚成反比。21 ttAQtAQqRtAtQ。平壁兩側(cè)的壁溫之差，導(dǎo)熱系數(shù)，平壁厚度，積，垂直于導(dǎo)熱方向的截面熱流密度，導(dǎo)熱量，傳熱速率2122,;AW;W,tttCtCmWm；mmqQ導(dǎo)熱動(dòng)力導(dǎo)熱動(dòng)力導(dǎo)熱阻力導(dǎo)熱阻力整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 3 3、導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)熱熱 傳傳 導(dǎo)導(dǎo) 物理意義物理意義：當(dāng)壁面面積為當(dāng)壁面面積為1m2，厚度為，厚度為1m，壁面兩側(cè)的溫度差為，壁面兩側(cè)的溫度差為1K時(shí)，

14、在單位時(shí)間內(nèi)時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)所傳導(dǎo)的熱量所傳導(dǎo)的熱量. 是表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的一個(gè)物性參數(shù)是表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的一個(gè)物性參數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、溫度和壓強(qiáng)有關(guān)。導(dǎo)熱系數(shù)的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、溫度和壓強(qiáng)有關(guān)。導(dǎo)熱系數(shù)的大小順序：導(dǎo)熱系數(shù)的大小順序： ( (金屬固體金屬固體) () (非金屬固體非金屬固體) ) （ 液體液體) () (氣體氣體) )。1）熱傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式）熱傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式,一般金屬都是熱的良導(dǎo)體；一般金屬都是熱的良導(dǎo)體；2）玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮以及液體和氣體都是熱的不）玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮以及液體和氣體都是熱的不

15、良導(dǎo)體；良導(dǎo)體；3）石棉的熱傳導(dǎo)性能極差，常作為絕熱材料。）石棉的熱傳導(dǎo)性能極差，常作為絕熱材料。常識(shí)常識(shí)整理課件3、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)： 純度增加，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)純度增加，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)， 溫度溫度金屬的導(dǎo)熱系數(shù)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)非金屬的導(dǎo)熱系數(shù): 溫度溫度非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)； 密度密度，非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)，非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)。整理課件3、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù) 非金屬液體：非金屬液體： 水最大；水最大； 純液體純液體 混合液體混合液體 隨壓強(qiáng)的變化較小，可忽略不計(jì)。隨壓強(qiáng)的變化較小，可忽略不計(jì)。 氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，對(duì)導(dǎo)熱不利氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，對(duì)導(dǎo)熱不利。整理課件傳傳 熱

16、熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 4 4、導(dǎo)熱計(jì)算、導(dǎo)熱計(jì)算熱熱 傳傳 導(dǎo)導(dǎo) 1）單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)）單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)計(jì)算公式：計(jì)算公式： 熱阻：熱阻：或或tAQtq當(dāng)壁面兩側(cè)的溫度不等時(shí)，且熱量只沿垂直于壁面的方向發(fā)生變化RAQtR整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 4 4、導(dǎo)熱計(jì)算導(dǎo)熱計(jì)算熱熱 傳傳 導(dǎo)導(dǎo) 2）多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)）多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)多層平壁是指由幾層不同厚度、不同導(dǎo)熱系數(shù)的材料組成多層平壁是指由幾層不同厚度、不同導(dǎo)熱系數(shù)的材料組成且且其間接觸良好其間接觸良好的平壁的平壁 RttRRRtttQ41321321通過各層的導(dǎo)熱量相同，通過各層的導(dǎo)熱量相同，

17、各層導(dǎo)熱所遵循的規(guī)律相同各層導(dǎo)熱所遵循的規(guī)律相同整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 4 4、導(dǎo)熱計(jì)算導(dǎo)熱計(jì)算熱熱 傳傳 導(dǎo)導(dǎo) 3）單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)）單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 特點(diǎn)特點(diǎn)：?jiǎn)螌訄A筒壁的導(dǎo)熱面積不是常量，隨圓：?jiǎn)螌訄A筒壁的導(dǎo)熱面積不是常量，隨圓筒半徑而變、同時(shí)溫度也只是隨半徑而變。筒半徑而變、同時(shí)溫度也只是隨半徑而變。12AtttQR均2121lnrrrrr均A均=2r均L整理課件熱 對(duì) 流傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 1 1、基本概念、基本概念是流體中溫度不同是流體中溫度不同的各部分之間，由的各部分之間，由于發(fā)生相對(duì)的宏觀于發(fā)生相對(duì)的宏觀運(yùn)動(dòng)而把熱量從

18、一運(yùn)動(dòng)而把熱量從一處帶到另一處的現(xiàn)處帶到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對(duì)流。象，稱為熱對(duì)流。 是指流體流經(jīng)固體是指流體流經(jīng)固體時(shí)流體與固體表面時(shí)流體與固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)之間的熱量傳遞現(xiàn)象。象。1）暖氣管道）暖氣管道; 2）電子器件冷卻；）電子器件冷卻；3）電風(fēng)扇；）電風(fēng)扇；4）換熱器）換熱器對(duì)流只能發(fā)生在流體中對(duì)流只能發(fā)生在流體中對(duì)流換熱與熱對(duì)流不同，既對(duì)流換熱與熱對(duì)流不同，既有熱對(duì)流，也有導(dǎo)熱有熱對(duì)流，也有導(dǎo)熱對(duì)流對(duì)流對(duì)流換熱對(duì)流換熱對(duì)流換熱實(shí)例對(duì)流換熱實(shí)例整理課件熱 對(duì) 流傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 2 對(duì)流換熱的特點(diǎn)對(duì)流換熱的特點(diǎn)導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程導(dǎo)熱與熱對(duì)流

19、同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程(2) (2) 緊貼壁面處會(huì)形成速度梯度很大的邊界層（熱邊界緊貼壁面處會(huì)形成速度梯度很大的邊界層（熱邊界層）層）對(duì)流換熱的熱阻主要存在于這一薄層內(nèi)，對(duì)流換熱的熱阻主要存在于這一薄層內(nèi)，所以工程應(yīng)用中常采取各種措施，使薄所以工程應(yīng)用中常采取各種措施，使薄層減薄或破壞，以提高換熱強(qiáng)度。層減薄或破壞，以提高換熱強(qiáng)度。整理課件對(duì)流給熱的機(jī)理 （1 1）層流邊界層：）層流邊界層：熱傳導(dǎo)，熱阻大熱傳導(dǎo)，熱阻大, ,溫差溫差大；大；（2 2）過渡區(qū)：）過渡區(qū)：熱傳導(dǎo)與對(duì)流傳熱共熱傳導(dǎo)與對(duì)流傳熱共同起作用；同起作用；（3 3）湍流區(qū)：）湍流區(qū)： 充滿漩渦，混合很好，充滿漩渦，混合很好，

20、對(duì)流為主，熱阻小對(duì)流為主，熱阻小, ,溫差溫差小。小。 整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 熱 對(duì) 流4 4、對(duì)流換熱方程、對(duì)流換熱方程tAQ對(duì)流傳熱計(jì)算公式對(duì)流傳熱計(jì)算公式牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律Cm。ttt./W)( 221熱系數(shù)），平均對(duì)流傳熱系數(shù)（給之差與流體主體的平均溫度一般為傳熱壁面的溫度對(duì)流換熱熱阻對(duì)流換熱熱阻一側(cè)對(duì)流傳熱熱阻一側(cè)對(duì)流傳熱推動(dòng)力RttAQ1 物理意義是物理意義是: :流體與壁面溫度差為流體與壁面溫度差為11時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過每通過每mm2 2傳遞的熱量。表示對(duì)流傳熱的強(qiáng)度。傳遞的熱量。表示對(duì)流傳熱的強(qiáng)度。整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基

21、基 本本 知知 識(shí)識(shí) 5 5、對(duì)流傳熱系數(shù)影響因素、對(duì)流傳熱系數(shù)影響因素?zé)?對(duì) 流1) 流動(dòng)狀態(tài)的影響流動(dòng)狀態(tài)的影響雷諾數(shù)越大，對(duì)流傳熱系數(shù)越大。雷諾數(shù)越大，對(duì)流傳熱系數(shù)越大。2）流速的影響）流速的影響 流體流速增高時(shí)，流體流速增高時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù)就大就大。3）流體的物理性質(zhì)對(duì)給熱系數(shù)的影響）流體的物理性質(zhì)對(duì)給熱系數(shù)的影響 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) 、比熱容、比熱容c、密度、密度 越大，動(dòng)力粘度越大，動(dòng)力粘度 越小，越小，對(duì)流傳對(duì)流傳熱系數(shù)越大熱系數(shù)越大整理課件傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 基基 本本 知知 識(shí)識(shí) 熱 對(duì) 流 蒸汽的冷凝蒸汽的冷凝2）流體有相變發(fā)生時(shí)）流體有相變發(fā)生時(shí) 膜狀冷凝膜狀冷凝

22、 滴狀冷凝滴狀冷凝(傳熱系數(shù)大傳熱系數(shù)大) 液體的沸騰液體的沸騰 自然對(duì)流自然對(duì)流 泡狀沸騰或泡核沸騰（傳熱系數(shù)大）泡狀沸騰或泡核沸騰（傳熱系數(shù)大） 膜狀沸騰膜狀沸騰整理課件蒸汽冷凝的對(duì)流傳熱蒸汽冷凝的對(duì)流傳熱 蒸汽是工業(yè)上最常用的熱源，在鍋爐內(nèi)利用煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量將水加熱汽化，使之產(chǎn)生蒸汽。蒸汽在飽和溫度下冷凝成同溫度的冷凝水時(shí)，放出冷凝潛熱，供冷流體加熱。 蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱整理課件(1) (1) 蒸汽冷凝的方式蒸汽冷凝的方式 膜狀冷凝膜狀冷凝：冷凝液體能潤(rùn)濕壁面，它就在壁面上鋪展成膜,膜狀冷凝時(shí)蒸汽放出的潛熱必須穿過液膜才能傳遞到壁面上去，此時(shí)，液膜層就形成壁面與

23、蒸汽間傳熱的主要熱阻。若凝液籍重力沿壁下流，則液膜越往下越厚，給熱系數(shù)隨之變小。 滴狀冷凝滴狀冷凝：凝液不能完全潤(rùn)濕壁面，在壁面上形成一個(gè)個(gè)小液滴，且不斷成長(zhǎng)變大，在非水平壁面上受重力作用而沿壁滾下，在下滾過程中，合并成更大的液滴，一方面掃清沿途所有的液滴，使壁重新暴露在蒸汽中。沒有完整液膜的阻礙，熱阻很小，給熱系數(shù)約為膜狀冷凝的510倍甚至更高。 蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱整理課件蒸汽流速和流向蒸汽流速和流向 蒸汽流動(dòng)會(huì)在汽-液界面上產(chǎn)生摩擦阻力，若蒸汽與液膜流向相同，則會(huì)加速液膜的流動(dòng)，使液膜減薄，傳熱加快。不凝性氣體不凝性氣體 蒸汽中含有不凝性氣體時(shí)，即使含量極微，也會(huì)對(duì)冷

24、凝傳熱產(chǎn)生十分有害的影響。例如水蒸汽中含有1%的空氣能使給熱系數(shù)下降60%。不凝性氣體將會(huì)在液膜外側(cè)聚積而形成一層氣膜，冷凝器操作中及時(shí)排除不凝性氣體至關(guān)重要。過熱蒸汽過熱蒸汽 溫度高于其飽和溫度的蒸汽稱為過熱蒸汽，實(shí)驗(yàn)表明，在大氣壓力下，過熱30的蒸汽較飽和蒸汽的給熱系數(shù)高1%，而過熱540的蒸汽的給熱系數(shù)高30%，蒸汽過熱對(duì)蒸汽冷凝傳熱影蒸汽過熱對(duì)蒸汽冷凝傳熱影響不大響不大，所以，一定情況下不考慮過熱的影響。（2 2）影響蒸汽冷凝傳熱的其它因素）影響蒸汽冷凝傳熱的其它因素整理課件液體的沸騰液體的沸騰 工業(yè)上經(jīng)常需要將液體加熱使之沸騰蒸發(fā)，如：在鍋爐中把水加熱成水蒸汽；在蒸發(fā)器中將溶劑汽化以

25、濃縮溶液，都是屬于沸騰傳熱。 大容積沸騰大容積沸騰是指加熱面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象，此時(shí)，液體的運(yùn)動(dòng)由自然對(duì)流和汽泡的擾動(dòng)所引起的。 強(qiáng)制對(duì)流沸騰強(qiáng)制對(duì)流沸騰是指液體在管內(nèi)流動(dòng)過程中受熱沸騰的現(xiàn)象，此時(shí)，汽泡不能自由升浮，而是被迫隨液體一起流動(dòng)，形成汽-液兩相流動(dòng)，沿途吸熱，直至全部汽化。整理課件自然對(duì)流泡核沸騰膜狀沸騰ABCDt/K常壓下水沸騰時(shí)與t的關(guān)系液體的沸騰曲線液體的沸騰曲線液體飽和溫度ts，加熱壁面的溫度tw。隨壁面過熱度t=tw-ts的增加，沸騰傳熱表現(xiàn)出不同的傳熱規(guī)律。圖表示水在一個(gè)大氣壓力下沸騰傳熱系數(shù)與壁面過熱度的變化關(guān)系，稱為沸騰曲線。 t=15 t=

26、 525 t25整理課件自然對(duì)流沸騰區(qū)自然對(duì)流沸騰區(qū)：過熱度：過熱度t t較小，加熱壁面處的液體輕微過熱，較小，加熱壁面處的液體輕微過熱，產(chǎn)生的汽泡在升浮過程往往尚未達(dá)到自由液面就放熱終結(jié)而消失。產(chǎn)生的汽泡在升浮過程往往尚未達(dá)到自由液面就放熱終結(jié)而消失。其給熱系數(shù)其給熱系數(shù)h h和熱流密度和熱流密度q q比無相變自然對(duì)流略大。如圖中比無相變自然對(duì)流略大。如圖中ABAB段所示。段所示。核狀沸騰區(qū)核狀沸騰區(qū)：隨著：隨著t t的增大，在加熱面上產(chǎn)生汽泡數(shù)量增加，汽的增大，在加熱面上產(chǎn)生汽泡數(shù)量增加，汽泡脫離時(shí)，促進(jìn)近壁液體的摻混和擾動(dòng)，故給熱系數(shù)泡脫離時(shí)，促進(jìn)近壁液體的摻混和擾動(dòng)，故給熱系數(shù)和熱流密

27、度和熱流密度都迅速增加。都迅速增加。 過渡沸騰區(qū)過渡沸騰區(qū)：當(dāng)：當(dāng)t t增大至過增大至過C C點(diǎn)后，加熱面上產(chǎn)生的汽泡數(shù)大大增點(diǎn)后，加熱面上產(chǎn)生的汽泡數(shù)大大增加，且汽泡的生成速率大于脫離速率，汽泡脫離壁面前連接成汽膜加，且汽泡的生成速率大于脫離速率，汽泡脫離壁面前連接成汽膜，由于熱阻增加，給熱系數(shù)，由于熱阻增加，給熱系數(shù)與熱流密度與熱流密度 q q均下降，如圖中均下降，如圖中CDCD所示所示膜狀沸騰膜狀沸騰：t t繼續(xù)增大，汽泡迅速形成并互相結(jié)合成汽膜覆蓋在繼續(xù)增大，汽泡迅速形成并互相結(jié)合成汽膜覆蓋在加熱壁面上，產(chǎn)生穩(wěn)定的膜狀沸騰，此時(shí)，由于膜內(nèi)輻射傳熱的逐加熱壁面上，產(chǎn)生穩(wěn)定的膜狀沸騰，此時(shí)

28、，由于膜內(nèi)輻射傳熱的逐漸增強(qiáng)，給熱系數(shù)漸增強(qiáng)，給熱系數(shù)和和熱流熱流密度又隨密度又隨t t的增加而升高。的增加而升高。自然對(duì)流泡核沸騰膜狀沸騰ABCDt/K由于泡核沸騰對(duì)流由于泡核沸騰對(duì)流傳熱系數(shù)較大觀，傳熱系數(shù)較大觀，一般工業(yè)生產(chǎn)中總一般工業(yè)生產(chǎn)中總是設(shè)法控制在光柱是設(shè)法控制在光柱沸騰下操作。沸騰下操作。整理課件第五節(jié) 傳 熱 系 數(shù)間壁兩側(cè)流體的傳熱過程2111Ttt1t2熱流體冷流體對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱導(dǎo)熱傳熱的總熱阻是熱阻串聯(lián)的結(jié)果傳熱的總熱阻是熱阻串聯(lián)的結(jié)果 R=R R=R1 1+R+R導(dǎo)導(dǎo)+R+R2 2 = ( = (平壁平壁) ) 21111K21111K多層平壁多層平壁整理課件傳 熱

29、 系 數(shù)(傳熱面為平壁)21111K平壁為金屬材料平壁為金屬材料,很大很大,且壁厚很薄時(shí)且壁厚很薄時(shí) 1、總熱阻總是由熱阻大的一側(cè)對(duì)流傳熱所控制，即當(dāng)兩個(gè)對(duì)流、總熱阻總是由熱阻大的一側(cè)對(duì)流傳熱所控制，即當(dāng)兩個(gè)對(duì)流傳熱相差較大時(shí)，要提高傳熱相差較大時(shí)，要提高K，關(guān)鍵是提高對(duì)流系數(shù)小的一側(cè)的，關(guān)鍵是提高對(duì)流系數(shù)小的一側(cè)的；當(dāng)；當(dāng)兩側(cè)相差不大時(shí)，則應(yīng)同時(shí)考慮提高兩側(cè)的兩側(cè)相差不大時(shí)，則應(yīng)同時(shí)考慮提高兩側(cè)的 。 2、當(dāng)、當(dāng)12時(shí)時(shí),K值接近于熱阻較大一項(xiàng)的值接近于熱阻較大一項(xiàng)的2值值, K21211R總整理課件污垢熱阻污垢熱阻21111外內(nèi)RRK在生產(chǎn)上盡量減小污垢熱阻在生產(chǎn)上盡量減小污垢熱阻: 1

30、1、提高流體的流速、提高流體的流速, ,使所帶懸浮物不致沉積下來使所帶懸浮物不致沉積下來; ; 2 2、 控制冷卻水的加熱程度控制冷卻水的加熱程度, ,以防止有水垢析出以防止有水垢析出; ; 3 3、對(duì)有垢層形成的設(shè)備必須定期清洗除垢、對(duì)有垢層形成的設(shè)備必須定期清洗除垢. .整理課件第六節(jié)第六節(jié) 換熱器換熱器 換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。 整理課件一、換熱器的類型一、換熱器的類型1、按用途分類：加熱器、預(yù)熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。2、根據(jù)冷、熱流體熱量交換的

31、原理和方式可分為三大類：間壁式、蓄熱式、混合式。 整理課件間壁式換熱器的類型間壁式換熱器是以間壁式傳熱方式來進(jìn)行換熱的設(shè)備。是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種換熱器的型式。其類型很多包括整理課件1、夾套換熱器結(jié)構(gòu)：夾套裝在容器外部，在夾套和容器壁之間形成密閉空間，成為一種流體的通道。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。缺點(diǎn)：傳熱面積小，傳熱效率低。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器。也可在釜內(nèi)安裝蛇管。用途：廣泛用于反應(yīng)器的加熱和冷卻。整理課件夾套換熱器整理課件2、沉浸式蛇管換熱器結(jié)構(gòu)：蛇管一般由金屬管子彎繞而制成，適應(yīng)容器所需要的形狀，沉浸在容器內(nèi)，冷熱流體在管內(nèi)外進(jìn)行換熱。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

32、單，便于防腐，能承受高壓。缺點(diǎn)：傳熱面積不大，蛇管外對(duì)流傳熱系數(shù)小，為了強(qiáng)化傳熱，容器內(nèi)加攪拌。整理課件蛇管整理課件3、噴淋式換熱器結(jié)構(gòu)：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋下來，沿管表面流下來，被冷卻的流體從最上面的管子流入，從最下面的管子流出，與外面的冷卻水進(jìn)行換熱。 在下流過程中，冷卻水可收集再進(jìn)行重新分配。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜，能耐高壓，便于檢修、清洗，傳熱效果好。缺點(diǎn)：冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果，只能安裝在室外。用途：用于冷卻或冷凝管內(nèi)液體。整理課件4、套管式換熱器 結(jié)構(gòu)：由不同直徑組成的同心套管，可根據(jù)換熱要求，將幾段套管用U形管連接，每一段直管稱作一程。目的增加傳熱面積；

33、冷熱流體可以逆流或并流。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，能耐高壓，傳熱系數(shù)較大，能保持完全逆流使平均對(duì)數(shù)溫差最大，可增減管段數(shù)量應(yīng)用方便。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不緊湊，金屬消耗量大，接頭多而易漏，占地較大。用途：廣泛用于超高壓生產(chǎn)過程，可用于流量不大，所需傳熱面積不多的場(chǎng)合。整理課件5、列管式換熱器（管殼式換熱器）結(jié)構(gòu)：列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用。主要由殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程殼程。管束的壁面即為傳熱面。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選

34、用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。根據(jù)所采取的溫差補(bǔ)償措施，列管式換熱器可分為固定管板式、浮頭式固定管板式、浮頭式換熱器、換熱器、 U形管式換熱器形管式換熱器幾個(gè)型式。 整理課件5、列管式換熱器（管殼式換熱器） 為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過管束，使湍動(dòng)程度大為增加。整理課件列管換熱器的折流板圓缺形折流板圓盤形折流板整理課件列管式換熱器固定管板式固定管板式 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，殼程檢修和清洗困難，殼程必須是清潔、不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì)。整理課件固定

35、管板式換熱器整理課件列管式換熱器固定管板式固定管板式 殼體與傳熱管壁溫度之差大于50C，加補(bǔ)償圈補(bǔ)償圈，也稱膨脹節(jié)膨脹節(jié)，當(dāng)殼體和管束之間有溫差時(shí)，依靠補(bǔ)償圈的彈性變形來適應(yīng)它們之間的不同的熱膨脹。 整理課件列管式換熱器浮頭式換熱器浮頭式換熱器 兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿管長(zhǎng)方向浮動(dòng)。當(dāng)殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時(shí)，管束連同浮頭可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應(yīng)力。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本高，消除了溫差應(yīng)力，是應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。整理課件浮頭式換熱器整理課件列管式換熱器 U形管式換熱器形管式換熱器 把每根管子都彎成U形，兩端固定在同一管板上，每根管子可自由伸縮，來解決熱補(bǔ)償問題。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，管程不易清洗，常為潔凈流體，適用于高壓氣體的換熱。整理課件U形管式換熱器整理課件U型管管殼式換熱器整理課件U形管式換熱器原理流程形管式換熱器原理流程U型管管殼式換熱器整理課件7、管式換熱器 翅片管換熱器 在化工生產(chǎn)中常遇到一側(cè)為氣體或高粘度液體，另一側(cè)為飽和蒸氣冷凝或低粘度液體之間的傳熱過程。在這種情況下，由于氣體或高粘度液體側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)