傳熱學試題第八章傳熱和換熱器

1、tf1 -匕21、1_ +!h1AA1h2A2tf1 -匕21 .AN h2A2A1第八章傳熱和換熱器第一節(jié)通過肋壁的傳熱一、肋片傳熱計算式1.以平壁的一側(cè)為肋壁，分析肋壁的傳熱。設肋和平壁為同一種材料，平壁厚度為6,導熱系數(shù)為九，肋表面積為A2(A2=A+A2,其中A2為肋片之間的基部面積，a2為肋片表面積)(1)無肋的光壁表面積為A,光壁側(cè)流體1的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為hi,溫度為tf1,光壁面溫度為twi0(2)肋壁側(cè)流體2的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h2,溫度為tf2,肋基壁面溫度為tw2,肋片a2的平均壁溫為tw2,m,設tfitf2o在穩(wěn)態(tài)情況下，各傳熱環(huán)節(jié)的熱量為：光壁換熱：6=hiA(tf1-tw

2、1)平壁導熱：6=：A(tw1-tw2)0肋壁換熱：G=h2A2(tw2-tf2)+h2A2(tw2,m-tf2)肋片效率為：f=h2A2(tw2,mf2)=也士h2A2(tw2一tf2)tw2一tf2:-h2(A?.fA2)(tw2_tf2)=h2A2(tw2-tf2)A,A式中，=Ag,稱為肋片的總效率A2整理以上各式，將肋壁傳熱公式寫成兩側(cè)流體溫差表示的形式，即:將上式寫為：力=KA(tf1-tf2)1式中，k是以光壁面面積A為基準的傳熱系數(shù)k1 =2W/(m2 K)h1 h2 -式中,往往遠大于1,所以總可以使P”大于1）A=&,稱為肋化系數(shù)（加肋后的肋壁總面積與光壁面面積之比）,P1

3、（丁pA1tf1 - tf2式中,k2是以A2為基準的傳熱系數(shù)。k2A22W/(m K)h1h2如果壁面的任何一側(cè)有污垢,則導熱系數(shù)中應加上污垢熱阻Rf ,即導熱項的熱阻為:對 k1 : - +Rf對 k2： (-+Rf )P加肋后，肋片一側(cè)的熱阻為:,它比無肋的光壁換熱熱阻小（刖1）,因而h2A2=k2A2(tf1-tf2)hAA1h2h1(D增大，一：。應合理確定肋高，使 馬7達到一最佳值。(2)肋片間距:使換熱量增大。.增加肋片改進換熱的效果又與以下因素有關(guān):肋片的高度：須同時考慮P與。二者的關(guān)系，肋高增加會使、下降，但卻使表面積減少肋的間距，可使肋片的數(shù)量增多，肋壁的表面積相應增大，能

4、使P值增大，有利于減小熱阻，增加傳熱。減小肋片間距可增強肋間流體的擾動，使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h2增大。肋片間距不應小于熱邊界層厚度的兩倍，以避免肋間流體溫度升高，降低傳熱溫差（3）肋的厚度（4）肋的形狀：變截面肋（5）肋的材料：導熱系數(shù)要大，材料要輕。二、加肋的目的1強化傳熱當換熱器兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相差較大時，肋片應加在熱阻大的一側(cè)效果好。傳熱壁兩側(cè)的熱阻差相差越大，在熱阻大的一側(cè)加肋產(chǎn)生的強化傳熱的效果越顯著。當換熱器兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)都較低時，如氣體換熱器，則可在兩側(cè)都加肋片。2調(diào)節(jié)壁面溫度在傳熱壁的低溫側(cè)加肋能降低壁面溫度。當?shù)蜏貍?cè)熱阻壁高溫側(cè)熱阻大時，在低溫側(cè)加肋既能強化傳熱，又能降低壁面

5、溫度。如果低溫側(cè)熱阻壁高溫側(cè)熱阻小，則低溫側(cè)加肋的主要目的是降低壁面溫度。同樣，加肋片有時也能使壁溫升高。第二節(jié)有復合換熱時的傳熱計算復合換熱：壁面上除對流換熱外，還同時有輻射換熱。在分析復合換熱時，通常是把輻射換熱量按對流換熱公式折算成輻射換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，它與對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之和即為復合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。第三節(jié)傳熱的增強和削弱3-1增強傳熱的方法3-2削弱傳熱的方法第四節(jié)換熱器的型式和基本構(gòu)造換熱器的分類1、按工作原理分：間壁式冷熱流體由固體壁隔開，不能相混合；混合式冷熱流體相互混合（直接接觸），如冷卻塔，浴池等；回熱式（蓄熱式）冷熱流體交替與固體壁接觸，使固體壁周期地吸熱和放熱，從而

6、將流體的熱量傳給冷流體。如煉鋼熱風爐，燃氣機空氣預熱器。2、按結(jié)構(gòu)分（間壁式）：管殼式：結(jié)構(gòu)堅固、制造方便肋片管式：如汽車的水箱板式：以板作為問壁板翅式螺旋板式管殼式換熱器構(gòu)造：傳熱面由管束構(gòu)成，管子的兩端固定在管板上，管束與管板再封裝再外殼內(nèi)，外殼兩端有封頭。流體II在管內(nèi)流動，從進口封頭流進管子里，再經(jīng)出口封頭流出。這條路徑稱為管程。（從管的一端流到另一端稱為一個管程）當管子總數(shù)及流體流量一定時，管程數(shù)分得越多,則管內(nèi)流速越高。流體I從外殼上的連接管進出換熱器，這條路徑稱為殼程。流體I是在管外流動。在同樣流速下，流體橫向掠過管子的換熱效果要比順著管子縱向流過時好，因此外殼內(nèi)一般裝有折流擋板

7、，來改善殼程的換熱。2-4型換熱器示意圖第五節(jié)平均溫度差在非相變換熱過程中，流體溫度隨換熱過程而不斷變化，所以換熱器中各點的傳熱溫差也不斷變化，進行傳熱量計算必須了解換熱器的平均傳熱溫差A%。根據(jù)平均傳熱溫差5m表示的傳熱方程式的一般形式為：G=k，Adtm一、簡單順流換熱器平均溫差的計算式 TOC o 1-5 h z 在推導平均溫差計算式時的假定：，1、冷、熱流體的質(zhì)量流量M2和Mi及比熱容C2和Ci在整個換熱面上都是常量;IIb2、傳熱系數(shù)在整個傳熱面上不變；T3、換熱器無散熱損失；I4、換熱面沿流動方向的導熱量可以忽略不計；5、在換熱器中，任一種流體都不能既有相變又有單相介質(zhì)換熱。在換熱

8、面Ax處，取一段微元換熱面積dA分析。在dA兩側(cè)，冷、熱流體的溫度分別為t2及ti ,溫差為At ,即 Atx =t1 -t2o(D通過微元面dA的熱流量為：dG = k Atx dA熱流體放出這部分熱量后溫度下降了 dtid：。= -M 1c1dti式中,是因熱流體流過dA時，dt）為溫度降，負值。對冷流體，則有：di =M 2c2dt2對式（1）微分，并利用式（3）、（4）的關(guān)系，有:d( L) =dti -出2 =-1,d- - J d中M 2c2將式（2）代入式（5）得：d（Mx）=_Rk&xdA一紗空Ax處，溫差為&x對該式從0到Ax積分，已知Ax=0時，&x=&,.:個= ； -k

9、dA = l葉一 kAx =tx = Te-JkAx由此可見，溫差沿換熱面按指數(shù)曲線變化。整個換熱面的平均溫差Atm：A=0 k txdA =:tm1 A .1txdA 二 一A 0AA-kAt .ik A：te xdA =- W kA -1) kA在 Ax = A時，Atx=At,(根據(jù) ln tx =N k Ax =lnt- = NkA),則:t：t!t t- t由此，tm（下 一1）二 XFlnIn tt、簡單逆流換熱器平均溫差的計算式該式稱為對數(shù)平均溫差。同樣，經(jīng)過推導可得到逆流時換熱器的平均溫差：t-t”工t 二tm ：tln t在順流時，N總是大于5,在逆流時可能出現(xiàn) 占*”的情況實際計算中，統(tǒng)一用下式計算：tmax - .:tmin.t min當max 、一.根據(jù)6=MiCi(titi)=M2c2(t2-12),確定冷、熱流體的出口溫度ti和t2。三、平均溫度法與NTU法的比較：.設計計算時：平均溫度法可從求出的溫差修正系數(shù)名白看出選用的流動形式與逆流相比的差距，有助于流動形式的改進與選擇，這是E-NTU法做不到的。兩種方法的計算工作量不分上下。.校核計算時：平均溫度法需反復進行對數(shù)計算，比a-NTU麻煩一些。當