1、第四章第四章 传热传热4.1 4.1 化工生产传热过程及常见换热器化工生产传热过程及常见换热器4.2 4.2 热传导热传导4.3 4.3 对流传热对流传热4.4 4.4 传热过程的计算传热过程的计算4.5 4.5 换热器的选择及传热过程的强化换热器的选择及传热过程的强化重点：重点：单层、多层平壁，圆筒壁热传导速率方程单层、多层平壁，圆筒壁热传导速率方程及应用；及应用；换热器能量衡算，总传热速率方程和总传换热器能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算；热系数的计算；对流传热系数的影响因素；对流传热系数的影响因素；难点：难点： 1. 1. 对流传热机理对流传热机理; ; 2. 2. 圆筒壁换热器
2、的传热；圆筒壁换热器的传热； 4.1 4.1 概概 述述4 4. .1.1 1.1 传热基本方式传热基本方式4.1.2 4.1.2 冷热流体热交换的方式冷热流体热交换的方式4.1.4.1.3 3 典型的典型的间壁式换热器间壁式换热器4.1.4 4.1.4 传热速率和热通量传热速率和热通量4.1.5 4.1.5 稳稳态传热和非态传热和非稳稳态传热态传热传热过程：系统内温度的差异使热量从高温传热过程：系统内温度的差异使热量从高温向低温转移的过程。向低温转移的过程。强化传热过程强化传热过程削弱传热过程削弱传热过程化工生产对传热的要求化工生产中的传热过程由于物质的由于物质的分子、原子或电子的运动分子、
3、原子或电子的运动，使热，使热量从物体内高温处向低温处的传递过程。量从物体内高温处向低温处的传递过程。导热条件：导热条件：温度差温度差特点：特点：不依靠宏观混合运动；不依靠宏观混合运动； 在气体、液体、固体中都能发生；在气体、液体、固体中都能发生；4.1.1 传热基本方式一、热传导（导热）流体各部分之间发生相对位移而引起的热传递流体各部分之间发生相对位移而引起的热传递特点：仅发生在流体中；质点的相对位移；特点：仅发生在流体中；质点的相对位移；二、热对流（对流传热）强制对流：强制对流：由于泵、风机等外力作用而引起的流体由于泵、风机等外力作用而引起的流体流动称为强制对流，在强制对流情况下进行热量传流
4、动称为强制对流，在强制对流情况下进行热量传递过程称为强制对流传热递过程称为强制对流传热自然对流：自然对流：由于流体各部分温度的不均而形成了密由于流体各部分温度的不均而形成了密度的差异使流体发生相对运动而传热，这种过程称度的差异使流体发生相对运动而传热，这种过程称为自然对流传热为自然对流传热习惯上把习惯上把流体流体与与固体壁面固体壁面间的传热，统称为对间的传热，统称为对流传热，又称流传热，又称给热给热。化工传热过程中的实际情况流体流过固体表面时发生对流和热传导联合流体流过固体表面时发生对流和热传导联合作用的传热过程作用的传热过程物体受热引起内部原子激发，将物体受热引起内部原子激发，将热能热能转变
5、为转变为辐辐射能射能以以电磁波电磁波形式向周围发射，当遇到另一个形式向周围发射，当遇到另一个能吸收辐射能的物体时，辐射能部分或全部被能吸收辐射能的物体时，辐射能部分或全部被吸收又重新变为热能吸收又重新变为热能。 物体受热而发出物体受热而发出辐射能辐射能的过程的过程称为称为热辐射热辐射特点：特点：热辐射不需要任何介质作媒介，即可在热辐射不需要任何介质作媒介，即可在真空中传播。真空中传播。三、热辐射（辐射传热）4.1.2 冷热流体热交换的方式1.直接接触式换热2.蓄热式换热3.间壁式换热热流体将热量传到壁面一侧热流体将热量传到壁面一侧热量通过固体壁面的热量通过固体壁面的热传导热传导壁面另一侧将热量
6、传给冷流体壁面另一侧将热量传给冷流体热对流热对流-热传导热传导-热对流热对流套管式换热器套管式换热器4.1.3 典型的间壁式换热器内管内管外管外管单程列管式换热器单程列管式换热器流体流经管束称为管程，流体流经管束称为管程，该流体称为管程流体该流体称为管程流体流体流经管间环隙称为壳程，流体流经管间环隙称为壳程，该流体称为壳程流体该流体称为壳程流体双程列管式换热器双程列管式换热器管程流体在管束内来回流过几次，就称为与次数相同管程流体在管束内来回流过几次，就称为与次数相同程数的换热器程数的换热器传热速率传热速率( (热流量热流量) )Q Q : :单位时间内通过传热面的热量单位时间内通过传热面的热量
7、,W,W4.1.4 传热速率和热通量传热推动力温度差传热速率传热阻力热阻热通量热通量( (传热速度传热速度) ): :单位传热面积的传热速率单位传热面积的传热速率,W/m,W/m2 2ddQqStQRtqRiomSSS4.1.5 稳态传热和非稳态传热稳态传热：稳态传热：传热系统中不积累能量的传热过程传热系统中不积累能量的传热过程特点：特点：温度分布不随时间而变，传热速率常量温度分布不随时间而变，传热速率常量非稳态传热：非稳态传热：传热系统中，温度分布随时间而变传热过程为传热系统中，温度分布随时间而变传热过程为非稳态传热，传热速率不为常量非稳态传热，传热速率不为常量4.1.6 载热体及其选择加热
8、剂（加热介质）：加热剂（加热介质）：起加热作用的载流体起加热作用的载流体冷却剂（冷却介质）：冷却剂（冷却介质）：起冷却作用的载热体起冷却作用的载热体载热体：载热体：物料在换热器内被加热或冷却时，物料在换热器内被加热或冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热量，此通常需要用另一种流体供给或取走热量，此种流体称为载热体种流体称为载热体工业中常用的加热剂和冷却剂工业中常用的加热剂和冷却剂P P210210表表4-14-14.2 热 传 导4.2.1 热传导基本概念和定律4.2.2 导热系数4.2.3 通过平壁的热传导4.2.4 通过圆筒壁的热传导4.2.1 热传导基本概念和定律一、温度场和温度梯度温
9、度场温度场: :任一瞬间任一瞬间物体内各点温度分布物体内各点温度分布的的总和总和)(、zyxft 非稳态温度场：非稳态温度场：温度场内各点的温度场内各点的温度随时间而变温度随时间而变稳态温度场：稳态温度场：温度场内各点的温度场内各点的温度不随时间而变温度不随时间而变(), 0ttf xyz、 、物体内任一点温度为该物体内任一点温度为该点位置与时间的函数点位置与时间的函数稳态一维温度场：稳态一维温度场：稳态温度场中，物体内的温稳态温度场中，物体内的温度仅沿度仅沿一个坐标方向发生变化一个坐标方向发生变化( ), 0, 0, 0ttttf xyz等温面：等温面：同一时刻下同一时刻下相同温度相同温度各
10、点所组成的面各点所组成的面温度不同的等温面彼此不相交；温度不同的等温面彼此不相交；沿等温面无热量传递，沿等温面无热量传递，沿与等温面相交的任何方向有热量传递沿与等温面相交的任何方向有热量传递温度梯度温度梯度：两相邻等温面的：两相邻等温面的温度差温度差与该两面的与该两面的垂直距离垂直距离比值的极限比值的极限0grad limntttnn 稳态一维温度场稳态一维温度场xttdd grad ntQtttttSdnddtQSn “- -”表示导热方向总是和温表示导热方向总是和温度梯度方向相反度梯度方向相反导热速率与导热速率与温度梯度温度梯度及及传热面积传热面积成正比成正比二、傅立叶定律ntQttttt
11、nSdddtQSn ：单位温度梯度下的热通量：单位温度梯度下的热通量.),(pt金属金属 非金属固体非金属固体 液体液体 气体气体4.2.2 导 热 系 数ntSQdd表征物质导热能力的大小，表征物质导热能力的大小，越大，导热越快越大，导热越快一、单层平壁的稳态热传导S b;=cons.;t1t2,不随时间变化4.2.3 通过平壁的稳态热传导Q、S = const.假设条件1212()()()tttQS ttbb /SRSbR/RtbtSQq导热距离越大，传热面积和导热系数越小，热阻越大导热距离越大，传热面积和导热系数越小，热阻越大xtSQdd21, 0ttbxttx例题：某平壁厚度为例题：某
12、平壁厚度为. .m m，平壁内表面，平壁内表面温度为温度为1 10 0，外表面温度为，外表面温度为300300，平，平壁材料导热系数与温度的关系为壁材料导热系数与温度的关系为t00076. 0815. 0若将导热系数分别按常量和变量计算，试若将导热系数分别按常量和变量计算，试求求导热热通量和平壁内的温度分布导热热通量和平壁内的温度分布设壁厚设壁厚x处的温度为处的温度为tmmqxttttxq11)(xt36491650温度和距离呈直线关系温度和距离呈直线关系5677/btSQqm975221tttm556. 197500076. 0815. 0m（）导热系数按常量计算设壁厚设壁厚x处的温度为处的
13、温度为txt761049. 11041. 71072温度分布为曲线温度分布为曲线5677q（）导热系数按变量计算xtqxtSQdddd 将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的，而温度分布不同工程中计算热通量时，可取平均温度下导热系数，将导热系数按常量处理二、多层平壁的稳态热传导第一层第一层)(211111ttbSQ1111111RQSbQt第二层第二层)(322222ttbSQ2222222RQSbQt第三层第三层)(433333ttbSQ3333333RQSbQtt1t2t3t4b1b2b3假设层与层间接触良好，相接触的两表面温度相同假设层与层间接触良好，相接触的两表面温度相同
14、QQQQSSSS321321；SbttSbttSbttQ33432232112114123123123()tttttQ RRRQRRR 111nniiitttQbRS总推动力总阻力n层平壁例4-2iiiA:A:A:At:t:t:t333222111321iR:R:R:Rt:t:t:t321321结论：热传导中温度差与热阻成正比4.2.4 通过圆筒壁的定态热传导drdtrLdrdtSQ)2(一、单层圆筒壁的热传导2 SrLttrgrad = d /d121222112()ln/ln2LtttttQrrrRrL圆筒壁热传导速率方程式圆筒壁热传导速率方程式写成与写成与平壁热传导平壁热传导速率方程速率
15、方程相类似的形式相类似的形式122121)()(rrttSbttSQmmLrrrrrLSm1212m2ln)(2 平均面积1212mlnrrrrr对数平均半径12121212mln22ln)(2 SSSSLrLrrrLS对数平均面积212r / r 21m 2rrr212r / r 1212mlnrrrrr1212mln SSSSS21m2SSS12314312123112233mmmtttttQbbbRRRSSS 二、多层圆筒壁的热传导143241122332()111lnlnlnL ttQrrrrrr211212()lnmL rrSrr322322()lnmL rrSrr433432()l
16、nmL rrSrr对于n层圆筒壁11111ln2nniiiittQrLr 111,nniiim ittQbS例43即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线S S1 1S S2 2，Q Q 相同，相同，q q 不相同不相同多层平壁和多层圆筒壁热传导的比较平面壁平面壁S S1 1= =S S2 2， Q Q 相同，相同，q q 相同相同圆筒壁圆筒壁可以求各层交界面上的温度21111()ttQ /S / d21312111231tttdddSSSSd32222()ttQ /S / d32312221232tttdddSSSSd14123ttQRRR121211121,11121ln(
17、/)22ln(/)mbrrrrRrrSLLrr 4333ln(/)2rrRL 3222ln(/)2rrRL 1432411223347.7/111lnlnln222LttQqW mrrrLLrLrLr ( 1055) 2 3.1434.8/16011201180lnlnln45540.04600.16120LqW m 好的绝热材料应包在管的内层好的绝热材料应包在管的内层（2 2）石棉和软木互换后损失的冷量）石棉和软木互换后损失的冷量（1 1）每米管长上损失的冷量）每米管长上损失的冷量4.3.1 4.3.1 对流传热速率方程和系数对流传热速率方程和系数4.3.2 4.3.2 对流传热机理简介对流
18、传热机理简介4.3.3 4.3.3 保温层的临界厚度保温层的临界厚度 4.3 4.3 对对 流流 传传 热热对流传热问题的分类对流传热问题的分类根据流体在传热过程中的状态可分为两类：根据流体在传热过程中的状态可分为两类：流体无相变的对流传热流体无相变的对流传热流体在传热过程中不发生相变化，分为两种情况：流体在传热过程中不发生相变化，分为两种情况：强制对流传热：强制对流传热：外力作用外力作用流动流动 自然对流传热：温度差自然对流传热：温度差密度差密度差流动流动 流体有相变的对流传热流体有相变的对流传热流体在传热过程中发生相变化，分为两种情况：流体在传热过程中发生相变化，分为两种情况：蒸气冷凝：气
19、体在传热过程中冷凝为液体蒸气冷凝：气体在传热过程中冷凝为液体液体沸腾：液体在传热过程中沸腾气化变成气体液体沸腾：液体在传热过程中沸腾气化变成气体概概 述述4.3.1 对流传热速率方程和系数1.对流传热速率方程对流传热推动力对流传热速率系数 推动力对流传热阻力d()d1dWWTTQTTSS牛顿冷却定律，给热方程牛顿冷却定律，给热方程局部对流传热系数，局部对流传热系数，W m-2-11tQStS对流传热热阻对流传热热阻工程中使用平均对流传热系数热流体在管内流动，冷流体在管外流动热流体在管内流动，冷流体在管外流动()iWidQTTdS()oWodQtt dS对流传热系数必须和传热面积以及温度差相对应
20、套管式换热器中对流传热速率方程表达式温度差的平均值温度差的平均值2.对流传热系数QSt定义：单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率W/（m2 . ）反映对流传热的快慢，反映对流传热的快慢，不是物性，是参数不是物性，是参数强制强制 自然自然； 相变相变 无相变无相变； 液液 气气影响因素()pf l,u,c ,. 4.3.2 对流传热机理4.3.3 保温层的临界直径保温层内表面温度保温层内表面温度t t1,1,环境温度环境温度t tf f, ,保温层内外半径保温层内外半径r ri i,r,ro o假设：传热过程：保温层的热传导；保温层的热传导；保温层外壁与环境空气的对流传热保温层外壁与环境空气
21、的对流传热条件：对流传热热阻对流传热热阻1/S；传热面积传热面积2roL；对流传热系数对流传热系数；热损失：1f1fo12iotttt=r11RRln2 Lr2 r LQ 总推动力总热阻对ro求导，解得一个Q为最大值时的临界半径保温层热传导热阻保温层热传导热阻R1；外壁与空气的对流传热热阻；外壁与空气的对流传热热阻R21f2oo2ooio112 L(tt )rrdQ0drln(r /r )1ro/r 习惯上以rc表示Q最大时的临界半径cc/ or 2 /rd Qdodco2 /d ocdd 4.4 传热过程计算4.4.1 热量衡算4.4.2 总传热速率方程和总传热系数4.4.3 平均温度差法和
22、总传热速率方程4.4.4 总传热速率方程的应用传热过程的计算：设计计算：设计计算：校核计算：校核计算：根据生产要求的热负荷（换热器的传热量），确定换热器的传热面积计算给定换热器的传热量、流体的流量或温度h1h221()()hcccQWIIW IIQQ热冷若换热器中两种流体无相变，且若换热器中两种流体无相变，且c cp p不随温度变化时不随温度变化时: : 21()hcpcQWrW ctt 若换热器中的热流体有相变化，如饱和蒸气冷凝时：若换热器中的热流体有相变化，如饱和蒸气冷凝时：1221()()hphcpcQWcTTWctt4.4.1 热 量 衡 算热流体放出的热量 = 冷流体吸收的热量饱和蒸
23、气的的冷凝热饱和蒸气的的冷凝热1.总传热速率微分方程d()ddQK TtSKt ST：热流体的平均温度；：热流体的平均温度； t：冷流体的平均温度；：冷流体的平均温度；iioommd()d()d()dQK TtSK TtSKTtS工程上用外表面积作为基准，Ko应用较多ddoiiiooKSdKSdmmmoddooKSdKSd4.4.2 总传热速率微分方程和总传热系数单位传热面积、单位温度差下的传热速率。衡量换热器性能的重要参数，也是对换热器衡量换热器性能的重要参数，也是对换热器进行计算和评价的依据。进行计算和评价的依据。取决于流体的物性、取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型传热过程
24、的操作条件及换热器的类型2.总传热系数Wm-2-1Qoi1）总传热系数的计算（1）总传热系数的计算式md1dd1dWWWWooiiTTTtttQ/Sb /S/Sooomdd11dd1dddooiiiioTtQTtQbSb SSSSSSSddoiiiooKSdKSdmmmoddooKSdKSdooomd1diioQTtdbdSddiioommd()d()d()dQK TtSKTtSKTtSooomd1diioQTtdbdSddoooiio11mKdbddd11iiioomiKdbdddiioo1mmmKddbdd)(ddootTKSQ11ooosisooiiimoddbdRRKddd污垢系数污垢
25、系数（2）污垢热阻总传热系数表示成热阻的形式oooiio11mdbdKdd（3）提高总传热系数的途径11ooosisooiiimoddbdRRKddd传热面为平面或薄管壁时，传热面为平面或薄管壁时，dodidmososiiRbRK111 忽略管壁热阻和污垢热阻忽略管壁热阻和污垢热阻oiK111讨论：当当io ，影响，影响K的主要因素是的主要因素是o oK11当当oi ，影响，影响K的主要因素是的主要因素是i iK11结论： 1）当两个对流传热系数相差较大时，欲提高K，关键在于提高对流传热系数较小一侧的2）当两个对流传热系数相差不大时，欲提高K，必须同时提高两侧的为提高K，必须减小起决定作用的热
26、阻3）若污垢热阻为控制因素，欲提高K，则必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。(1)恒温传热的平均温度差mtTt冷热流体温度在壁面的任何位置、任何时间都不变冷热流体温度在壁面的任何位置、任何时间都不变化，即两流体温度差沿换热面处处相等化，即两流体温度差沿换热面处处相等如一侧液体恒温沸腾，另一侧饱和水蒸气冷凝如一侧液体恒温沸腾，另一侧饱和水蒸气冷凝4.4.3 平均温度差法和总传热速率方程iioommd()d()d()dQK TtSK TtSKTtSmtKStTKSQ)(高温侧冷凝、低温侧升温高温侧冷凝、低温侧升温高温侧降温、低温侧沸腾高温侧降温、低温侧沸腾1）一侧伴有相变的平均温度差ab(2)
27、变温传热的平均温度差 1）逆流和并流时的平均温度差 2）两侧都没有相变的平均温度差12m12ttttlnt 21m2ttt 设温差大的一端为设温差大的一端为t1，温差小的一端为，温差小的一端为t2若若 t1/ t22，若若t1/t22，1221m,1221(Tt )(Tt )t(Tt )ln(Tt )逆mtKSttttKSQ2121ln1122m,1122(Tt )(Tt )t(Tt )ln(Tt )并2）错流和折流时的平均温度差 错流错流折流折流某管壳式环热器由252.5mm的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈逆流 流 动 。 已 知 管 内 侧 空 气 的i 为5 0 W /
28、( m2. ) ， 管 外 侧 水 的o为1000W/(m2.),钢的为45W/(m.).求基于管外表面积的总传热系数Ko及按平壁计的总传热系数。空气侧的污垢热阻3105 . 0siRm2 ./W 水侧的污垢热阻3102 . 0soRm2 ./W若管壁热阻和污垢热阻可忽略，为了提高总传热系数，在其他条件不变的情况下，分别提高不同流体的对流传热系数，即（1）将i提高一倍；（2）将o提高一倍试分别计算Ko值在一单壳程、单管程的管壳式换热器中，热流体由90冷却至70，冷流体由20加热到60，试求做逆流和并流时的对数平均温度差硫酸生产中SO2的转化系统，用转化气在外部列管换热器中预热SO2气体，若转化
29、气温度由440降到320， SO2由220被加热到280。试求并流传热和逆流传热的平均温度差6 .1057 .127并逆tt 流体流动方向对传热平均温度差的影响变温传热，逆流操作的平均温度差大于并流变温传热，逆流操作的平均温度差大于并流恒温传热，流体的流动方向对其无影响恒温传热，流体的流动方向对其无影响流体流动方向对传热的影响tTttmm并逆并逆mmtt满足相同工艺换热能力要求，采用逆流传热要比并流传热相应减少传热面积或载热体使用量。 流体流动方向对传热面积的影响在传递等量的热量时，相同条件下，在传递等量的热量时，相同条件下，逆流逆流所所需的传热面积比需的传热面积比并流并流的小，也就是说明采用
30、的小，也就是说明采用逆流操作可以逆流操作可以节省换热器材料节省换热器材料。mQKSt并逆mmtt并逆SS流体流动方向对载热体用量的影响恒温传热：流向对载热体的量无影响恒温传热：流向对载热体的量无影响变温传热：假设在传热面积相等的情况下，当热流体变温传热：假设在传热面积相等的情况下，当热流体入口端温度都是入口端温度都是T1时时逆流所需载热体的用量比并流小逆流所需载热体的用量比并流小并逆)()(2121TTTT)(21TTWcQp并逆,hhWW当物料是热敏性的，须采用并流 热敏性物料对出口温度是有限制的。热敏性物料对出口温度是有限制的。由于并流时由于并流时t2一定小于一定小于T2，采用并流容易控制
31、；，采用并流容易控制；逆流时逆流时t2可能大于可能大于T2，易失控。，易失控。对于粘性大的物料，须采用并流粘度随温度粘度随温度而而，阻力，阻力，推动力，推动力，传热速率，传热速率并流进口温度差并流进口温度差T1t1可以很大，可使物料粘性降低可以很大，可使物料粘性降低生产中，什么情况用并流生产中，什么情况用并流 ？4.4.4 总传热速率方程的应用1.传热面积的计算mtKQS2.实验测定总传热系数在一传热外表面积So为300m2的单程管壳式换热器中，300的某种气体流过壳程并被加热到430，另一种560的气体作为加热介质，两气体逆流流动，流量均为1104kg/h,平均比热容均为1.05kJ/(kg
32、.)。试求总。假设换热器的热损失为壳程气体传热量的10%。3.换热器的操作型计算对现有的换热器，判断其对指定的传热任务是否适用，或预测在生产中某些参数变化对传热的影响换热器的选择及传热过程的强化1. 换热器的选择（1）了解换热任务，掌握基本数据及特点冷、热流体的流量、进出口温度、操作压力等；冷、热流体的流量、进出口温度、操作压力等；冷、热流体的物性参数；冷、热流体的物性参数；冷、热流体的工艺特点、腐蚀性、悬浮物含量等；冷、热流体的工艺特点、腐蚀性、悬浮物含量等；（2）确定选用换热器的型式，决定流体流动空间不清洁的流体或易结垢、沉淀、结晶的流体走管程，不清洁的流体或易结垢、沉淀、结晶的流体走管程
33、，因管程易清洗；因管程易清洗；需通过提高流速需通过提高流速来来增大对流传热系数的流体走管程增大对流传热系数的流体走管程（一般管程流速较高一般管程流速较高）；腐蚀性流体走管程，以免对壳体和管束同时腐蚀；腐蚀性流体走管程，以免对壳体和管束同时腐蚀；压力高的流体走管程，管子耐压性好；压力高的流体走管程，管子耐压性好；饱和蒸汽宜走管程，便于排出冷凝液；饱和蒸汽宜走管程，便于排出冷凝液；粘度大或流量较小的流体宜走壳程；粘度大或流量较小的流体宜走壳程；需冷却的流体一般走壳程，便于散热。需冷却的流体一般走壳程，便于散热。mQKSt2. 传热过程的强化不能靠增大换热器的尺寸来实现，从设备的结构入不能靠增大换热
34、器的尺寸来实现，从设备的结构入手，提高单位体积的传热面积。用螺旋管、波纹管手，提高单位体积的传热面积。用螺旋管、波纹管代替光滑管。代替光滑管。（2）增大平均温度差（3）增大总传热系数（1）增大传热面积工程上提高K的具体办法尽量选择对流传热系数大的流体给热状态；尽量选择导热系数较大的载热体；防止或减缓垢层形成并及时清除。增加湍流程度、减小对流传热的热阻；a.a.提高流体流速，增加湍流程度，减小滞流底层厚度；提高流体流速，增加湍流程度，减小滞流底层厚度；b.b.改变流动条件，通过设计特殊传热壁面，使流体在改变流动条件，通过设计特殊传热壁面，使流体在流动过程流动过程中不断改变流动方向，提高湍流程度。
35、中不断改变流动方向，提高湍流程度。 间壁式换热器当用蒸汽进行加热时，蒸当用蒸汽进行加热时，蒸汽上部接管进入夹套，冷汽上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管流出。作凝水由下部接管流出。作为冷却器时，冷却介质由为冷却器时，冷却介质由夹套下部接管进入，由上夹套下部接管进入，由上部接管流出。部接管流出。一一. . 夹套式换热器夹套式换热器夹套式换热器结构简单，夹套式换热器结构简单，但由于其加热面受容器壁但由于其加热面受容器壁面限制，传热面较小，且面限制，传热面较小，且传热系数不高。传热系数不高。热流体在管内自下而上流动，冷水由最上面淋水管热流体在管内自下而上流动，冷水由最上面淋水管流出，均匀地分布在蛇管上
36、。流出，均匀地分布在蛇管上。二、喷淋式换热器二、喷淋式换热器换热器常置于室外空气流通处。冷却水在空气中汽化换热器常置于室外空气流通处。冷却水在空气中汽化亦可带走部分热量，增强冷却效果。其优点是便于检亦可带走部分热量，增强冷却效果。其优点是便于检修，传热效果较好。缺点是喷淋不易均匀。修，传热效果较好。缺点是喷淋不易均匀。 三、套管式换热器三、套管式换热器优点是构造简单，内管能耐高压，传热面积可根据优点是构造简单，内管能耐高压，传热面积可根据需要增减。其缺点是管间接头较多，接头处易泄漏，需要增减。其缺点是管间接头较多，接头处易泄漏，单位换热器体积具有的传热面积较小。故适用于流单位换热器体积具有的传
37、热面积较小。故适用于流量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合。量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合。 4.5 4.5 对流传热系数关联式对流传热系数关联式4.5.1 4.5.1 影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素4.5.2 4.5.2 对流传热过程的量纲分析对流传热过程的量纲分析4.5.3 4.5.3 流体无相变时的对流传热系数流体无相变时的对流传热系数4.5.4 4.5.4 流体相变时的对流传热系数流体相变时的对流传热系数4.5.1 影响对流传热系数的因素1.1.流体的种类和相变化的情况；流体的种类和相变化的情况；2.2.流体的物性：导热系数、黏度、比热容、密度流体的
38、物性：导热系数、黏度、比热容、密度3.3.流体温度；流体温度；4.4.流体的流动状态；流体的流动状态；5.5.流体的流动原因流体的流动原因特征数群特征数群实验实验相互联系相互联系经验性的关联公式经验性的关联公式cbaGrPrReANu 名称准数式意义努赛尔特准数表示对流传热系数的准数雷诺准数表示流体的流动状态和湍流程度对对流传热的影响普朗特准数表示流体物性对对流传热的影响格拉斯霍夫准数表示自然对流对对流传热的影响lNuduRepcPr322lg tGr 各准数之间的关系各准数之间的关系4.5.2 对流传热过程的量纲分析（1 1）流体在管内强制对流换热流体在管内强制对流换热0.80.023ReP
39、rmid流体被加热，流体被加热，m=0.4；流体被冷却，；流体被冷却，m=0.3各种情况下关联式由实验确定，使用时注意几点：各种情况下关联式由实验确定，使用时注意几点：（1 1）应用范围）应用范围（2 2）特性尺寸）特性尺寸（3 3）定性温度）定性温度一、流体无相变过程传热系数流体在圆形直管内作强制湍流流体在圆形直管内作强制湍流0.80.023RePrmNu 应用范围：低粘度液体低粘度液体Re10000,0.7Pr120;管长与管径比：管长与管径比：60iLd特征尺寸：id定性温度：流体进出口温度的平均值流体进出口温度的平均值60iLd0.70.80.023RePr1miiddL 应用范围：R
40、e10000,0.7Pr120;管长与管径比：管长与管径比：60iLd特征尺寸：id定性温度：流体进出口温度的平均值流体进出口温度的平均值高粘度液体0.140.80.330.027RePriWd二、流体有相变时的传热系数二、流体有相变时的传热系数液体通过固体壁面被加热的对流传热过程中，若伴液体通过固体壁面被加热的对流传热过程中，若伴有有液相液相变为变为气相气相，即在液相内部产生气泡或气膜过，即在液相内部产生气泡或气膜过程称为液体沸腾，又称沸腾传热。程称为液体沸腾，又称沸腾传热。工业上的液体沸腾：工业上的液体沸腾：将加热壁面浸没在液体中，液体在壁面处受将加热壁面浸没在液体中，液体在壁面处受热沸腾
41、，称为大容积沸腾；热沸腾，称为大容积沸腾；液体在管内流动时受热沸腾，称为管内沸腾液体在管内流动时受热沸腾，称为管内沸腾（1）液体的沸腾：（t 25）膜状沸腾）膜状沸腾沸腾曲线：沸腾随加热面温度与液体饱和温度沸腾曲线：沸腾随加热面温度与液体饱和温度差而变差而变C：临界点：临界点ct：临界温度差：临界温度差c：临界沸腾传热系数：临界沸腾传热系数t饱和蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，蒸气放饱和蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，蒸气放出热量并在壁面上冷凝成液体出热量并在壁面上冷凝成液体。滴状冷凝：水蒸气或壁面上存在油脂和杂质，冷凝滴状冷凝：水蒸气或壁面上存在油脂和杂质，冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用而形成许多液不能润湿壁面，由于表面张力的作用而形成许多液滴沿壁面落下。液滴沿壁面落下。膜状冷凝：水蒸气和壁面洁净，冷凝液能够润湿壁面，膜状冷凝：水蒸气和壁面洁净，冷凝液能够润湿壁面，则在壁面形成一层完整的液膜则在壁面形成一层完整的液膜（2）蒸气冷凝滴状滴状 膜状膜状温度为99的热水进入一个逆流式换热器，并将的冷水加热到32。冷水的流量为1.3kg/s，热水的流量为2.6kg/s,总传热系数为830W/(m2.K),试计算所需的换热器面积。
