传热过程与换热器的热计算讲述.ppt

传热过程分析与换热器的热计算 在详细讨论了导热、对流、辐射三种热量传递方式的特点和计 算方法以后，本章将综合应用这些知识来分析一些典型工程传热问 题。 本章将从四个方面展开讨论： 1. 首先分析与计算通过几种不同几何形状固体壁面的传热过程。 2. 然后针对一种典型的实现两种流体热量交换的设备——间壁式换热器。 3. 本书以前一些章节中曾陆续介绍过一些强化或削弱热量传递过程的方法，本章第四节将对其进一步归纳与总结。 4. 本章最后将对几个复杂的热量传递过程的例子进行综合分析。 10-1 传热过程的分析与计算 传热过程：一侧的热流体通过固体壁面把热量传给另一侧冷流体的过程。 传热过程分析求解的基本关系为传热方程式，即 式中k为传热系数。 1. 通过平壁的传热过程计算 10-2 换热器的类型 一、换热器的分类 1.换热器：把热量从热流体传递给冷流体的热力设备。 2.按换热器操作过程分为：间壁式、混合式及蓄热式(或称回 热式)三大类。 二、间壁式换热器的主要形式 1）套管式换热器。这是最简单的一种间壁式换热器，其结构如下图所 示。总的来说，这类间壁式换热器适用于传热量不大或流体流量不大的情 形。实际使用时，为增加换热面积可采用c所示结构。 2)管壳式换热器。这是间壁式换热器的一种主要形式．又称管壳式换 热器。化工厂中的加热器、冷却器，电厂中的冷凝器、冷油器以及压缩 机的中间冷却器等都是壳管式换热器的实例。图9-4是一种最简单的壳 管式换热器的示意图。一种流体(图中冷流体)从封头进口流进管于里，再 经封头流出。这条路径称为管程。另一种流体从外壳上的连接管进入换 热器，在壳体与管子之间流动，这条路径称为壳程。 为了提高管程流体的流速，在图9-4所示的换热器中，一端的封头里 加了 一块隔板，构成了两管程的结构，称为l-2型换热器(此处l表示壳程 数，2表示管程数)。图9-5所示是一个1-2型换热器的剖面图。 3）交叉流换热器。它是间壁式换热器的又一种主要型式。根据换热 表面结构的不同又可有管束式、管翅式及板翅式等的区别，如图9-6所示 4）板式换热器。板式换热器由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，两相邻平板之间用特殊设计的密封垫片隔开，形成一个通道，冷、 热流体间隔地在每个通道中流动。为强化换热并增加板片的刚度，常在平 板上压制出各种波纹。板式换热器中冷、热流体的流动有多种布置方式， 图9-7所示为1-1型板式换热器的逆流布置，这里的1-1型表示冷、热流体 都只流过一个通道。板式换热器拆卸清洗方便，故适合于含有易污染物的 流体(如牛奶等有机流体)的换热。 5）螺旋板式换热器。螺旋板式换热器的换热表面是由两块金属板卷 制而成，冷、热流体在螺旋状的通道中流动，图9-8所示是其两个方向的 截面示意图。这种换热器换热效果较好，缺点是换热器的密封比较困难。 三、提高换热器紧凑性的途径 缩小体积、减轻重量 四、管壳式换热器的近期发展 10-3 换热器中传热过程平均温差的计算 1. 简单顺、逆流换热器平均温差的计算 在换热器中，热流体沿程放出热量温度不断下降；冷流体沿程吸收 热量而温度不断上升。当利用传热方程式来计算整个传热面上的热流 量时，必须使用整个传热面积上的平均温差(又称平均温压)，记为Δtm 。据此，传热方程式的一般形式应为: Φ=kAΔtm 10-4 间壁式换热器的热设计 一、两种类型的设计和两种设计方法 两种类型的设计：设计计算、校核计算 1.设计计算：设计一个新的换热器，以确定换热器所需的 换热面积。 2.校核计算：对已有的或巳选定了换热面积的换热器。在 非设计工况条件下核算它能否胜任规定的换热任务。 3.基本原理为传热方程式及热平衡方程式： Φ=kAΔtm 两种设计方法：平均温差法及传热单元数法 二、换热器热设计的平均温差法 所谓平均温差法，就是直接应用式(9-14)、(9-15)进行热计算的方法。 1.)平均温差法用作设计计算时步骤如下： (1)初步布置换热面，并计算出相应的传热系数k。 (2)根据给定条件，由热平衡式(9-15)求出进、出口温度中的那个待定 的温度。 (3)由冷、热流体的4个进、出口温度确定平均温差Δt