《換熱器及換熱原理》課件

換熱器及換熱原理課程目標(biāo)了解換熱器種類掌握不同類型換熱器的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。理解換熱原理深入學(xué)習(xí)熱量傳遞的三種方式，以及它們?cè)趽Q熱器中的應(yīng)用。掌握換熱計(jì)算方法學(xué)會(huì)運(yùn)用公式和軟件進(jìn)行換熱器性能的分析和設(shè)計(jì)。換熱傳熱概述換熱傳熱是熱量從高溫物體傳遞到低溫物體的過程。換熱器是實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，例如電力、化工、冶金、石油、食品等。換熱器可以有效地提高熱能利用率，降低能耗，同時(shí)也有利于環(huán)境保護(hù)。熱量傳遞的三種方式熱傳導(dǎo)通過物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)傳遞熱量。熱對(duì)流通過流體的運(yùn)動(dòng)傳遞熱量。熱輻射通過電磁波傳遞熱量。傳熱過程中的幾個(gè)概念熱源具有較高溫度的物體或區(qū)域，它向周圍環(huán)境釋放熱量。熱阱具有較低溫度的物體或區(qū)域，它吸收來自周圍環(huán)境的熱量。傳熱速率單位時(shí)間內(nèi)通過物體或區(qū)域的熱量傳遞量，通常以瓦特（W）表示。傳熱系數(shù)衡量物體或區(qū)域傳熱能力的指標(biāo)，表示在單位溫度差下單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量。熱傳導(dǎo)分子運(yùn)動(dòng)熱傳導(dǎo)是通過物質(zhì)內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)的傳遞方式，能量從高溫區(qū)域傳遞到低溫區(qū)域。熱量傳遞熱量傳遞過程需要介質(zhì)，沒有介質(zhì)則無法發(fā)生熱傳導(dǎo)。溫度差熱傳導(dǎo)發(fā)生在不同溫度的物體之間，熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體。熱傳導(dǎo)的基本定律1傅里葉定律熱傳導(dǎo)速率與溫度梯度成正比，與熱傳導(dǎo)面積成正比，與材料的熱導(dǎo)率成正比。2熱傳導(dǎo)系數(shù)材料的熱導(dǎo)率是指單位溫度梯度下，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量。3熱阻熱阻是指材料阻礙熱量傳遞的能力，與材料的熱導(dǎo)率成反比，與材料的厚度成正比。熱傳導(dǎo)的溫度分布在穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)中，溫度沿傳熱方向呈線性分布。溫度梯度是溫度變化率，與熱通量成正比。換熱器設(shè)計(jì)中，理解溫度分布有助于優(yōu)化傳熱效率。熱傳導(dǎo)的應(yīng)用建筑保溫利用隔熱材料降低熱量傳遞，提高建筑的節(jié)能效果。電子設(shè)備散熱通過散熱片等結(jié)構(gòu)將電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量快速傳導(dǎo)至周圍環(huán)境。烹飪利用鍋具的熱傳導(dǎo)特性，將熱量傳遞給食物，實(shí)現(xiàn)烹飪。熱對(duì)流1流體運(yùn)動(dòng)溫度差異引起流體流動(dòng)2熱量傳遞流體攜帶熱量傳遞3熱傳遞效率受流體性質(zhì)影響對(duì)流換熱的基本原理流體運(yùn)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)會(huì)帶走熱量，并將其傳遞到其他地方。溫度梯度流體之間存在溫度梯度，冷熱流體之間會(huì)發(fā)生熱量交換。對(duì)流換熱的分類1自然對(duì)流由于流體本身的密度差異，在流體內(nèi)部自然產(chǎn)生的流動(dòng)。2強(qiáng)制對(duì)流由外部動(dòng)力推動(dòng)流體流動(dòng)，例如風(fēng)機(jī)、泵等。強(qiáng)制對(duì)流換熱的計(jì)算公式描述Nu=hL/k努塞爾數(shù)，表示對(duì)流換熱系數(shù)與熱導(dǎo)率的比值Re=ρvL/μ雷諾數(shù)，表示流體慣性力與粘性力的比值Pr=Cpμ/k普朗特?cái)?shù)，表示動(dòng)量擴(kuò)散率與熱量擴(kuò)散率的比值自然對(duì)流換熱的計(jì)算1計(jì)算主要根據(jù)熱流密度和熱傳遞系數(shù)進(jìn)行計(jì)算2系數(shù)熱傳遞系數(shù)受流體性質(zhì)、幾何形狀和溫度差等因素影響3影響流體粘度、熱導(dǎo)率、密度等會(huì)影響換熱效率輻射熱傳遞1電磁波熱量以電磁波的形式傳遞2溫度與物體溫度有關(guān)3表面性質(zhì)與物體表面性質(zhì)有關(guān)輻射熱傳遞的基本定律斯特藩-玻耳茲曼定律黑體輻射能量密度與絕對(duì)溫度的四次方成正比。維恩位移定律黑體輻射強(qiáng)度的峰值波長與絕對(duì)溫度成反比?；鶢柣舴蚨稍谙嗤瑴囟认?，物體的輻射能力與其吸收能力之比為常數(shù)。黑體輻射黑體是指能夠完全吸收所有波長的電磁輻射的理想物體。在熱力學(xué)中，黑體輻射指的是黑體發(fā)射的電磁輻射，其能量分布只與黑體的溫度有關(guān)。黑體輻射是熱輻射研究的理論基礎(chǔ)，也為理解實(shí)際物體輻射奠定了基礎(chǔ)。黑體輻射的能量分布可以用普朗克黑體輻射定律來描述，該定律揭示了黑體輻射能量分布與溫度的關(guān)系。實(shí)際物體的輻射實(shí)際物體并非黑體，其表面發(fā)射率小于1，輻射能力弱于黑體。實(shí)際物體的輻射能力與黑體輻射能力之比稱為發(fā)射率。發(fā)射率是一個(gè)介于0和1之間的無量綱量，反映了實(shí)際物體輻射能力與黑體輻射能力的接近程度。發(fā)射率越高，物體輻射能力越強(qiáng)。實(shí)際物體的發(fā)射率受多種因素影響，如材料性質(zhì)、表面狀況、溫度等。例如，拋光金屬表面的發(fā)射率較低，而粗糙表面的發(fā)射率較高。綜合運(yùn)用1熱傳導(dǎo)鍋?zhàn)蛹訜釙r(shí)，熱量從爐火傳遞到鍋?zhàn)拥撞?，再傳遞到食物，這是熱傳導(dǎo)的應(yīng)用。2熱對(duì)流鍋?zhàn)永锏乃患訜岷?，熱的水向上流?dòng)，冷的水向下流動(dòng)，形成對(duì)流，這是熱對(duì)流的應(yīng)用。3熱輻射烤箱加熱時(shí)，熱量通過紅外線輻射傳遞到食物，這是熱輻射的應(yīng)用。換熱器的分類管式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，主要用于液體和氣體之間的換熱。板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效率高，主要用于液體之間的換熱。殼管式換熱器適合處理高壓、高溫流體，常用于石油化工等領(lǐng)域。管式換熱器的構(gòu)造管式換熱器是一種常見的換熱器類型，其結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：換熱管：作為熱量傳遞的主要通道，通常由金屬管材制成，可以是直管或彎管。管板：用于固定換熱管，并將其密封在換熱器殼體中。換熱器殼體：包含換熱管和管板，用于容納流體并提供必要的結(jié)構(gòu)支撐。流體通道：用于引導(dǎo)流體在換熱器內(nèi)部流動(dòng)，并進(jìn)行熱量交換。保溫層：用于降低換熱器熱損失，提高換熱效率。管式換熱器的工作原理流體流動(dòng)兩種不同溫度的流體分別在換熱器的管內(nèi)和管外流動(dòng)。熱量傳遞高溫流體通過管壁將熱量傳遞給低溫流體。溫度變化高溫流體溫度下降，低溫流體溫度升高。熱量平衡達(dá)到熱量平衡狀態(tài)，兩種流體溫度不再發(fā)生變化。管式換熱器的性能指標(biāo)指標(biāo)描述傳熱系數(shù)衡量換熱效率的重要指標(biāo)，數(shù)值越高，換熱效率越高。壓降流體在換熱器內(nèi)部流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓降，數(shù)值越低，能耗越低。熱效率實(shí)際換熱量與理論換熱量之比，數(shù)值越高，換熱效果越好。尺寸換熱器的尺寸，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的尺寸。重量換熱器的重量，應(yīng)考慮運(yùn)輸和安裝的便利性。材料換熱器使用的材料，應(yīng)根據(jù)工作介質(zhì)的性質(zhì)和溫度選擇合適的材料。價(jià)格換熱器的價(jià)格，應(yīng)根據(jù)預(yù)算選擇合適的型號(hào)。管式換熱器的選型流體類型不同流體類型對(duì)換熱器材料、尺寸和結(jié)構(gòu)都有影響。溫度壓力換熱器必須承受工作溫度和壓力，需要選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)。換熱量根據(jù)換熱量需求選擇合適尺寸和類型的換熱器。成本效益考慮初始成本、運(yùn)行成本和維護(hù)成本等因素，選擇最經(jīng)濟(jì)的方案。板式換熱器的構(gòu)造板式換熱器由一系列波紋狀金屬板組成，這些金屬板之間留有間隙，形成許多平行流道。冷熱流體分別在這些流道中流動(dòng)，通過金屬板進(jìn)行熱量交換。板式換熱器通常采用焊接或壓緊的方式連接金屬板，并通過壓緊裝置確保板片之間的密封。板片材料一般為不銹鋼或鈦合金，具有耐腐蝕、耐高溫、抗壓性強(qiáng)等特點(diǎn)。板式換熱器的工作原理1流體通道流體在板片之間形成薄層流動(dòng)2傳熱熱量通過板片高效傳導(dǎo)3混合不同流體充分混合板式換熱器的性能指標(biāo)板式換熱器的選型流體類型板式換熱器適用于各種流體，包括水、油和氣體。