熱交換器學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1熱交換器熱交換器第一頁(yè)，共50頁(yè)。24-5 4-5 熱交換器熱交換器(Heat Exchanger)教學(xué)教學(xué)(jio xu)目的：目的：課課 型：型：教學(xué)方法：教學(xué)方法：參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：重重 點(diǎn)：點(diǎn)：了解幾種工業(yè)上常用的熱交換器，掌握了解幾種工業(yè)上常用的熱交換器，掌握(zhngw)它們的構(gòu)造及操作原理。它們的構(gòu)造及操作原理。列管式熱交換器的構(gòu)造列管式熱交換器的構(gòu)造(guzo)及操作原理及操作原理化工設(shè)備化工設(shè)備講述、圖片演示講述、圖片演示化工原理夏清、陳常貴主編化工原理夏清、陳常貴主編第1頁(yè)/共50頁(yè)第二頁(yè)，共50頁(yè)。3第2頁(yè)/共50頁(yè)第三頁(yè)，共50頁(yè)。4第3頁(yè)/共50頁(yè)第四頁(yè)，共

2、50頁(yè)。5第4頁(yè)/共50頁(yè)第五頁(yè)，共50頁(yè)。6第5頁(yè)/共50頁(yè)第六頁(yè)，共50頁(yè)。7單位容積有較大的換熱面積單位容積有較大的換熱面積(min j)(每每m3有效容積的傳有效容積的傳熱面一般為熱面一般為6080m2.m-3)，是傳熱效率較高的熱交換器。，是傳熱效率較高的熱交換器。第6頁(yè)/共50頁(yè)第七頁(yè)，共50頁(yè)。8第7頁(yè)/共50頁(yè)第八頁(yè)，共50頁(yè)。9第8頁(yè)/共50頁(yè)第九頁(yè)，共50頁(yè)。10第9頁(yè)/共50頁(yè)第十頁(yè)，共50頁(yè)。11第10頁(yè)/共50頁(yè)第十一頁(yè)，共50頁(yè)。12第11頁(yè)/共50頁(yè)第十二頁(yè)，共50頁(yè)。13折流桿折流桿折流桿平行排列折流桿平行排列(pili)在同一平在同一平面上，各組相互面上，各組

3、相互偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)90度。度。優(yōu)點(diǎn)：流動(dòng)阻力優(yōu)點(diǎn)：流動(dòng)阻力(zl)?。涣黧w湍流程度強(qiáng)小；流體湍流程度強(qiáng)烈。烈。折流桿換熱器管束折流桿換熱器管束(gunsh)示意圖示意圖第12頁(yè)/共50頁(yè)第十三頁(yè)，共50頁(yè)。14第13頁(yè)/共50頁(yè)第十四頁(yè)，共50頁(yè)。15第14頁(yè)/共50頁(yè)第十五頁(yè)，共50頁(yè)。16(5) (5) 翅片管翅片管作用：作用：增大傳熱面積增大傳熱面積(表面積可為光滑管的表面積可為光滑管的29倍倍)；提；提高流體的湍流高流體的湍流(tunli)程度，從而提高傳熱膜系程度，從而提高傳熱膜系數(shù)。數(shù)。NOTENOTE：流經(jīng)翅片一側(cè)的應(yīng)是傳熱：流經(jīng)翅片一側(cè)的應(yīng)是傳熱(chun r)(chun r)膜系數(shù)

4、膜系數(shù)小的流體。小的流體。第15頁(yè)/共50頁(yè)第十六頁(yè)，共50頁(yè)。17(6)流體流經(jīng)管內(nèi)流體流經(jīng)管內(nèi)(un ni)或管間的選擇：或管間的選擇：原則：對(duì)傳熱有利原則：對(duì)傳熱有利(yul)(yul)，減少腐蝕和污垢沉積，減少腐蝕和污垢沉積， 減低壓降及減輕設(shè)備質(zhì)量，便于清洗等。減低壓降及減輕設(shè)備質(zhì)量，便于清洗等。腐蝕性流體腐蝕性流體(lit)(lit)走管走管程。程。 混濁或易析出沉渣結(jié)垢的流體走管程，因管混濁或易析出沉渣結(jié)垢的流體走管程，因管內(nèi)流體可獲得較大流速。內(nèi)流體可獲得較大流速。流量小的或粘滯性流體走管程流量小的或粘滯性流體走管程，因可獲得較大，因可獲得較大流速而有較高的傳熱膜系數(shù)。流速而有

5、較高的傳熱膜系數(shù)。第16頁(yè)/共50頁(yè)第十七頁(yè)，共50頁(yè)。18壓力高的流體壓力高的流體(lit)(lit)宜在管內(nèi)通過(guò)，有利于設(shè)備宜在管內(nèi)通過(guò)，有利于設(shè)備制造和降低材料消耗。制造和降低材料消耗。液液- -液熱交換時(shí)，溫度液熱交換時(shí)，溫度(wnd)(wnd)高的液體走管程，可高的液體走管程，可減少熱損失。減少熱損失。飽和水蒸氣宜走殼程，易于排出冷凝液，同時(shí)飽和水蒸氣宜走殼程，易于排出冷凝液，同時(shí)飽和水蒸氣的傳熱膜系數(shù)高，讓傳熱系數(shù)低的飽和水蒸氣的傳熱膜系數(shù)高，讓傳熱系數(shù)低的走管內(nèi)，因流速走管內(nèi)，因流速(li s)高而可以提高傳熱膜高而可以提高傳熱膜系數(shù)。系數(shù)。第17頁(yè)/共50頁(yè)第十八頁(yè)，共50頁(yè)。

6、19第18頁(yè)/共50頁(yè)第十九頁(yè)，共50頁(yè)。20常用于制藥、有機(jī)合成和食品工業(yè)中。常用于制藥、有機(jī)合成和食品工業(yè)中。夾套反應(yīng)釜換熱時(shí)，傳熱系數(shù)夾套反應(yīng)釜換熱時(shí)，傳熱系數(shù)K比較低。比較低。第19頁(yè)/共50頁(yè)第二十頁(yè)，共50頁(yè)。21換熱面積一般小于換熱面積一般小于15m2.m-3。第20頁(yè)/共50頁(yè)第二十一頁(yè)，共50頁(yè)。22第21頁(yè)/共50頁(yè)第二十二頁(yè)，共50頁(yè)。23第22頁(yè)/共50頁(yè)第二十三頁(yè)，共50頁(yè)。24五、板式五、板式(bnsh)換換熱器熱器第23頁(yè)/共50頁(yè)第二十四頁(yè)，共50頁(yè)。25優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(yudin)：1、傳熱板薄，單位容積、傳熱板薄，單位容積(rngj)有很大的傳熱有很大的傳熱面面(

7、可達(dá)可達(dá)250m2)，并且外表面小，熱損失小。，并且外表面小，熱損失小。2、傳熱系數(shù)高；流體流動(dòng)、傳熱系數(shù)高；流體流動(dòng)(lidng)阻力并不大。阻力并不大。3、操作靈活性大。操作靈活性大。4、金屬消耗小，制造、檢修、清洗均較方便。金屬消耗小，制造、檢修、清洗均較方便。第24頁(yè)/共50頁(yè)第二十五頁(yè)，共50頁(yè)。26優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，有大的傳熱面積（結(jié)構(gòu)緊湊，有大的傳熱面積（50m2.m-3或更多）流或更多）流體允許體允許(ynx)有較高流速，有較高傳熱系數(shù)，約為有較高流速，有較高傳熱系數(shù)，約為列管式的列管式的12倍，且污垢不易沉積。倍，且污垢不易沉積。缺點(diǎn)：要求加工缺點(diǎn)：要求加工(ji gng

8、)質(zhì)量高，檢修和清洗較為困難。質(zhì)量高，檢修和清洗較為困難。第25頁(yè)/共50頁(yè)第二十六頁(yè)，共50頁(yè)。27特點(diǎn)：特點(diǎn)： 熱量熱量(rling)的傳遞經(jīng)歷了氣化的傳遞經(jīng)歷了氣化冷凝過(guò)程，傳冷凝過(guò)程，傳熱膜系數(shù)都很大，管壁的溫度也相當(dāng)均勻。熱膜系數(shù)都很大，管壁的溫度也相當(dāng)均勻。第26頁(yè)/共50頁(yè)第二十七頁(yè)，共50頁(yè)。28熱棒實(shí)驗(yàn)熱棒實(shí)驗(yàn)(shyn)第27頁(yè)/共50頁(yè)第二十八頁(yè)，共50頁(yè)。291、比較不同類(lèi)型、比較不同類(lèi)型(lixng)換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)。換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)。2、如何選擇換熱器？、如何選擇換熱器？第28頁(yè)/共50頁(yè)第二十九頁(yè)，共50頁(yè)。30通風(fēng)管措施。在路基內(nèi)橫向埋設(shè)水平通風(fēng)管，冬季冷空氣在管內(nèi)

9、對(duì)流，加強(qiáng)了路基填土的散熱，有利于降低基底地溫(dwn)，提高凍土的穩(wěn)定性。 第29頁(yè)/共50頁(yè)第三十頁(yè)，共50頁(yè)。31另一降溫的方式是給路基表面蓋上一層遮光板?！霸囅耄奶斓奶?yáng)光輻射在路基上，下面的凍土肯定會(huì)受不了?！眳前厍嗾f(shuō)，就像夏天外出(wi ch)要戴太陽(yáng)帽一樣。 第30頁(yè)/共50頁(yè)第三十一頁(yè)，共50頁(yè)。32片石氣冷措施。片石氣冷路基是在路基墊層之上，片石氣冷措施。片石氣冷路基是在路基墊層之上，設(shè)置一定厚度和空隙度的片石層，因片石層上下界面間設(shè)置一定厚度和空隙度的片石層，因片石層上下界面間存在溫度梯度，引起片石層內(nèi)空氣的對(duì)流，熱交換作用存在溫度梯度，引起片石層內(nèi)空氣的對(duì)流，熱交換作用

10、以對(duì)流為主導(dǎo)，利用高原凍土區(qū)負(fù)積溫量值大于正積溫以對(duì)流為主導(dǎo)，利用高原凍土區(qū)負(fù)積溫量值大于正積溫量值的氣候特點(diǎn)，加快了路基基底地層的散熱，取得降量值的氣候特點(diǎn)，加快了路基基底地層的散熱，取得降低地溫、保護(hù)凍土的效果。低地溫、保護(hù)凍土的效果。 碎石碎石( (片石片石) )護(hù)坡或護(hù)道措施。在路基一側(cè)或兩護(hù)坡或護(hù)道措施。在路基一側(cè)或兩側(cè)堆填碎石或片石，形成護(hù)坡或護(hù)道。碎石側(cè)堆填碎石或片石，形成護(hù)坡或護(hù)道。碎石( (片石片石) )護(hù)坡護(hù)坡空隙內(nèi)的空氣在一定溫度梯度作用下產(chǎn)生對(duì)流，寒季碎空隙內(nèi)的空氣在一定溫度梯度作用下產(chǎn)生對(duì)流，寒季碎石石( (片石片石) )內(nèi)空氣對(duì)流換熱作用強(qiáng)烈，有利于地層散熱；內(nèi)空氣

11、對(duì)流換熱作用強(qiáng)烈，有利于地層散熱；暖季碎石暖季碎石( (片石片石) )內(nèi)空氣對(duì)流作用減弱，對(duì)熱量的傳入產(chǎn)內(nèi)空氣對(duì)流作用減弱，對(duì)熱量的傳入產(chǎn)生屏蔽作用，減少了暖季的傳熱生屏蔽作用，減少了暖季的傳熱(chun r)(chun r)，達(dá)到了降，達(dá)到了降低地溫、保護(hù)凍土的效果。低地溫、保護(hù)凍土的效果。第31頁(yè)/共50頁(yè)第三十二頁(yè)，共50頁(yè)。33輻射傳熱輻射傳熱(chun r)的機(jī)理的機(jī)理輻射傳熱過(guò)程是熱物體以波的形式向四周散播輻射能，輻射傳熱過(guò)程是熱物體以波的形式向四周散播輻射能，輻射能遇到另一物體時(shí)，被全部或部分地吸收輻射能遇到另一物體時(shí)，被全部或部分地吸收(xshu)，被吸收被吸收(xshu)的輻

12、射能重新轉(zhuǎn)變成為熱能。的輻射能重新轉(zhuǎn)變成為熱能。輻射與傳導(dǎo)或?qū)α鞯牟顒e：輻射與傳導(dǎo)或?qū)α鞯牟顒e：輻射能的發(fā)生是由于物體的原子內(nèi)部激動(dòng)的結(jié)果，它可輻射能的發(fā)生是由于物體的原子內(nèi)部激動(dòng)的結(jié)果，它可以直接傳播以直接傳播。任何絕對(duì)零度以上的物體均能輻射能量（這也。任何絕對(duì)零度以上的物體均能輻射能量（這也是遙感技術(shù)的根據(jù)），是遙感技術(shù)的根據(jù)），輻射的強(qiáng)度和波長(zhǎng)與物體的溫度有關(guān)輻射的強(qiáng)度和波長(zhǎng)與物體的溫度有關(guān)。熱輻射的波長(zhǎng)范圍一般是熱輻射的波長(zhǎng)范圍一般是0.840nm (可見(jiàn)光為可見(jiàn)光為0.40.8 m,紅紅外線為外線為0.7500 m).第32頁(yè)/共50頁(yè)第三十三頁(yè)，共50頁(yè)。34基本概念基本概念射到物

13、體射到物體(wt)表面的輻射能，一部分被反射，一部分被表面的輻射能，一部分被反射，一部分被吸收，其余部分則透過(guò)，它們?cè)诳傒椛淠苤械姆謹(jǐn)?shù)分別稱(chēng)吸收，其余部分則透過(guò)，它們?cè)诳傒椛淠苤械姆謹(jǐn)?shù)分別稱(chēng)為反射率、吸收率和透過(guò)率。為反射率、吸收率和透過(guò)率。單原子和對(duì)稱(chēng)雙原子氣體（如單原子和對(duì)稱(chēng)雙原子氣體（如N2N2、O2O2、H2H2）能讓全部）能讓全部輻射能透過(guò)輻射能透過(guò)(tu (tu u)u)，稱(chēng)為透熱體。，稱(chēng)為透熱體。一氧化碳以及三原子以上包括碳?xì)浠衔锏臍怏w，則吸一氧化碳以及三原子以上包括碳?xì)浠衔锏臍怏w，則吸收某些波長(zhǎng)范圍的輻射能，而讓某些波長(zhǎng)范圍的透過(guò)，收某些波長(zhǎng)范圍的輻射能，而讓某些波長(zhǎng)范圍的

14、透過(guò)，它們它們(t men)稱(chēng)為半透體。稱(chēng)為半透體。第33頁(yè)/共50頁(yè)第三十四頁(yè)，共50頁(yè)。35能完全吸收能完全吸收(xshu)輻射能的稱(chēng)為黑體或絕對(duì)黑體。輻射能的稱(chēng)為黑體或絕對(duì)黑體。能完全反射輻射能的物體能完全反射輻射能的物體(wt)稱(chēng)為鏡體或絕對(duì)白體。稱(chēng)為鏡體或絕對(duì)白體。實(shí)際實(shí)際(shj)物體只能部分吸收輻射能，通稱(chēng)為灰體。物體只能部分吸收輻射能，通稱(chēng)為灰體。物料表面越粗糙，則對(duì)輻射能的吸收率越高。顏色與吸收率沒(méi)有直接關(guān)系，許多淺色物體的吸收率也很高。NOTENOTE：第34頁(yè)/共50頁(yè)第三十五頁(yè)，共50頁(yè)。36包括黑體的任何包括黑體的任何(rnh)物體的發(fā)射率（反映其輻物體的發(fā)射率（反映

15、其輻射能力）與吸收率之比恒為一個(gè)常數(shù)。射能力）與吸收率之比恒為一個(gè)常數(shù)。該溫度該溫度(wnd)下物體的吸收率越大，發(fā)射率也越大。下物體的吸收率越大，發(fā)射率也越大。物體的發(fā)射率與黑體發(fā)射率之比稱(chēng)為物體的物體的發(fā)射率與黑體發(fā)射率之比稱(chēng)為物體的黑度黑度 。由于黑體有最大的發(fā)射率，物體黑度越大其發(fā)射率就越強(qiáng)。由于黑體有最大的發(fā)射率，物體黑度越大其發(fā)射率就越強(qiáng)。第35頁(yè)/共50頁(yè)第三十六頁(yè)，共50頁(yè)。37 物體的輻射能量分布在所物體的輻射能量分布在所 有的有的 波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)范圍(fnwi)，其分布關(guān)系，其分布關(guān)系隨溫度的隨溫度的 改變而改變。改變而改變。 各溫度曲線各溫度曲線(qxin)下的面積，下的面

16、積，表示單位時(shí)間、單位面積的物體反表示單位時(shí)間、單位面積的物體反射的總輻射能量，稱(chēng)為物體的輻射射的總輻射能量，稱(chēng)為物體的輻射能力能力E。 隨溫度隨溫度(wnd)的提高，輻射能力急劇增大。的提高，輻射能力急劇增大。第36頁(yè)/共50頁(yè)第三十七頁(yè)，共50頁(yè)。38 黑體黑體(hit)的輻射能力的輻射能力E0與絕對(duì)溫度的四次方成正比：與絕對(duì)溫度的四次方成正比：400)100(TE0黑體(hit)的輻射系數(shù)（也稱(chēng)為Stefan-Boltzmann常量）,其值為5.67,單位W.m-2.K-4。 實(shí)際物體的輻射能力較黑體低實(shí)際物體的輻射能力較黑體低440)100()100(TTE第37頁(yè)/共50頁(yè)第三十八頁(yè)

17、，共50頁(yè)。39 圖中各溫度曲線下方各波長(zhǎng)圖中各溫度曲線下方各波長(zhǎng)(bchng)的縱軸距離稱(chēng)為輻射強(qiáng)度的縱軸距離稱(chēng)為輻射強(qiáng)度I。各溫度有一最高輻射強(qiáng)度。隨溫度的提各溫度有一最高輻射強(qiáng)度。隨溫度的提高，最高輻射強(qiáng)度急劇增大，并往波長(zhǎng)短高，最高輻射強(qiáng)度急劇增大，并往波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)，即屬于可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的方向移動(dòng)，即屬于可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍(fnwi)的輻射能在總輻射能中的比重增加的輻射能在總輻射能中的比重增加大。大。 500以下以下(yxi)，物體的輻射能幾乎，物體的輻射能幾乎全部是紅外部分，全部是紅外部分，500以上，輻射以上，輻射的波長(zhǎng)向可見(jiàn)光轉(zhuǎn)移，物體開(kāi)始呈現(xiàn)紅色，而到的波長(zhǎng)向可見(jiàn)光轉(zhuǎn)移，物體開(kāi)

18、始呈現(xiàn)紅色，而到1250 1500時(shí)，輻射強(qiáng)度增大，可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的輻射增長(zhǎng)更多，物體呈時(shí)，輻射強(qiáng)度增大，可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的輻射增長(zhǎng)更多，物體呈亮白色光澤。亮白色光澤。第38頁(yè)/共50頁(yè)第三十九頁(yè)，共50頁(yè)。40爐塘或物料色澤爐塘或物料色澤溫度溫度/爐塘或物料色澤爐塘或物料色澤溫度溫度/本身顏色開(kāi)始轉(zhuǎn)色暗 褐赤 褐。亮 紅325以下325520520580580650。830880黃紅橘紅。白亮 白8809509501000。1350145014501600第39頁(yè)/共50頁(yè)第四十頁(yè)，共50頁(yè)。41遠(yuǎn)紅外加熱是利用(lyng)物料吸收遠(yuǎn)紅外輻射器發(fā)出的遠(yuǎn)紅外線（波長(zhǎng)1150 m ，常用215 m ），轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴮⑽锪霞訜峄蚋稍铩Ｌ貏e適用于有機(jī)物、高分子材料以及含水物料(w lio)的加熱，因?yàn)檫@些物料(w lio)在遠(yuǎn)紅外區(qū)有很寬的吸收帶（水的遠(yuǎn)紅外吸收波峰為2.7 m ）,在受到照射時(shí)容易吸收遠(yuǎn)紅外線,吸收后分子發(fā)生劇烈的震蕩,使之迅速升溫.第40頁(yè)/共50頁(yè)第四十一頁(yè)，共50頁(yè)。傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱時(shí)的傳熱速率直接與溫度差成正比。輻射(fsh)傳熱時(shí)的傳熱速率則與溫度的四次方之差成正比。傳熱過(guò)程中，傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射往往同時(shí)發(fā)生。高溫（如500以上）時(shí)輻