1、复复 习习 1.1.两个黑体间的辐射换热两个黑体间的辐射换热1020121211EEQF2.灰体间的辐射传热灰体间的辐射传热 1212112,1)(FJJQnet)11(1)11()(11122112110201222121111020112,FFFEEFFFEEQnet两个灰体表面间的辐两个灰体表面间的辐射传热的电网络图射传热的电网络图 3.3.强化辐射换热的主要途径有两种：强化辐射换热的主要途径有两种：(1)降低发射率；降低发射率；(2)降低角系数；降低角系数；(3)加入隔热板。加入隔热板。(1)增加发射率；增加发射率；(2)增加角系数。增加角系数。削弱辐射换热的主要途径有三种：削弱辐射换
2、热的主要途径有三种：2.5 综合传热综合传热 将几种传热方式同时作用的过程称为综合传热，它是一个较为复杂的过程。如窑炉的散热过程：1）窑炉空间的热气体通过辐射、对流方式将热量传递给窑墙内表面；2）再由传导传热的方式将热量传递到外表面；3）热量以对流和辐射方式传向周围空间。教学目标与要求o了解设备热损失的计算方法；o了解换热器的种类；o掌握间壁的传热计算；o掌握间壁式换热器平均温差及其传热计算。o重点n传热的基本方程式；n间壁的传热计算；n换热器的平均温差计算。o难点n换热器的平均温差的理解及其计算；n综合传热中传热类型及热阻的确定。教学重点和难点o 当要同时考虑对流和热辐射时，常将辐射热流量用
3、统一的牛顿冷却定律表示，即辐射给热系数辐射给热系数 RR12()QA tt44812R1201210TTCtt当对流给热的温差也为（t1-t2)时，总的热流密度为：tcRcR12t12()()()qqqttttt总给热系数R辐射给热系数t总给热系数的经验公式1.一种流体通过平壁传热给另一种流体一种流体通过平壁传热给另一种流体t22tw2tw1t11它包括三个传热过程：它包括三个传热过程：高温流体与平壁之间的对流和辐射换热。q1=2（t2 tw2）平壁内部的导热。q2=（tw2tw1）平壁外表面与低温流体之间的对流和辐射换热。q3=1（tw1 t1）其中：1=c1+R1 2=c2+R2 联立求解
4、上述三个方程得：联立求解上述三个方程得：q=令 K=则：q=K（t2 t1）Q=K（t2 t1）A K综合传热系数（综合传热系数（W/m20C）21121()11tt12111o 综合热阻o 外热阻o 内热阻12111tRK1211综合传热系数：综合传热系数：K=112111niii112111niii一种流体通过多层平壁传热给另一种流体一种流体通过多层平壁传热给另一种流体 综合传热量为综合传热量为：q=（t2t1）对于多层圆筒壁对于多层圆筒壁：d1t2tw2t1tw1d22.一种流体通过圆筒壁传热给另一种流体一种流体通过圆筒壁传热给另一种流体 圆筒壁的导热面积沿热流方向改变，一般计算单位长度
5、圆筒壁的传热量ql，则：211222111111ln2lqttdddd （）1222111111ln2lKdddd 综合传热系数：综合传热系数：211211111111ln2lniiniiqttdddd （）3.窑体表面散热计算窑体表面散热计算)(awgttq 空气的对流及辐射给热系数 ，可用经验公式计算，或采用实测数据 g【例例】已知一连续操作的窑护，其窑墙为垂直平壁，外表面温度 tw1=75，周围环境温度t1=25，求窑墙的散热损失？【解解】利用公式：q=g（tw1-t1）计算得：g=13.3 W/m2 (查表)q=13.3（75-25）=13.350=665(Wm2)4.传热基本方程式传
6、热基本方程式o 对任何传热方式，均可描述为：综合传热过程：综合传热过程：1tKR5.换热器换热器（1 1）换热器的定义：）换热器的定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以用来使热量从热流体传递到冷流体，以 满足规定的工艺要求的装置满足规定的工艺要求的装置（2 2）换热器的分类：）换热器的分类：螺旋板式板式交叉流换热器管壳式壳管式套管式)(蓄热式混合式间壁式板翅式管翅式管束式三种类型换热器三种类型换热器（3 3）间壁式换热器）间壁式换热器Cold fluidHot fluidCold fluidHot fluid顺流顺流逆流逆流xTThTcT1T2xTTh(Hot)Tc(cold)T1T2套管式
7、换热器套管式换热器outBT,side)(shell,inBTside)(tube,inAToutAT,管壳式换热器管壳式换热器side)(tube,inAToutAT,side)(shell,inBToutBT,增加管程增加管程side)(shell,inBToutBT,side)(tube,inAToutAT,进一步增加管程和壳程进一步增加管程和壳程(c)板翅式交叉流换热器板翅式交叉流换热器交叉流换热器交叉流换热器（4 4）简单顺流及逆流换热器的对数平均温差）简单顺流及逆流换热器的对数平均温差传热方程的一般形式：传热方程的一般形式：kA t 这个公式对于传热过程是通用的，但是当温差这个公式
8、对于传热过程是通用的，但是当温差 沿整个壁面不是常数时，比如等壁温条件下的管内对沿整个壁面不是常数时，比如等壁温条件下的管内对流换热，以及我们现在遇到的换热器等。流换热，以及我们现在遇到的换热器等。t 以以顺流顺流情况为例，并作如下假设情况为例，并作如下假设：（：（1 1）冷热流体）冷热流体的质量流量的质量流量q qm2m2、q qm1m1以及比热容以及比热容c c2 2,c,c1 1是常数；是常数；(2)(2)传热传热系数是常数；（系数是常数；（3 3）换热器无散热损失；（）换热器无散热损失；（4 4）换热面沿）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。流动方向的导热量可以忽略不计。)(xxAf
9、t 要想计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道要想计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道 温差随换热面积的变化，即温差随换热面积的变化，即 ，然后再沿整，然后再沿整个换热面积进行平均个换热面积进行平均对数平均温差：对数平均温差：maxminmaxminttlnttt 统一形式统一形式(顺流和顺流和逆流都适用逆流都适用)算术平均温差算术平均温差maxmin,2avttt算术maxmin,maxminttlnavttt对数算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当同进出口温度下的对数平均温差，
10、当 时，两者的差时，两者的差别小于别小于4 4；当；当 时，两者的差别小于时，两者的差别小于2.32.3。2minmaxtt7.1minmaxtt 平均温差的另一种更为简单的形式是算术平平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即均温差，即对于任何换热器：maxminmaxminttlnavtttt-校正系数，根据P和R查图可得。tPR低温流体的加热度两流体的进口温差高温流体的冷却度低温流体的加热度（5 5）各种流动形式的比较）各种流动形式的比较A A 顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的逆流的 最大，顺流则最小；最大，顺流
11、则最小；B B 顺流时顺流时 ，而逆流时，而逆流时，则可能大于则可能大于 ，可见，逆流布置时的换热最强。可见，逆流布置时的换热最强。avt22Tt2t2TdqiToThdTcdTTInOutdqiToThdTcdTTInOutC C 那么是不是所有的换热器都设计成逆流形式的就最好呢？那么是不是所有的换热器都设计成逆流形式的就最好呢？不是，因为一台换热器的设计要考虑很多因素，而不不是，因为一台换热器的设计要考虑很多因素，而不仅仅是换热的强弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度均仅仅是换热的强弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度均出现在换热器的同一侧，使得该处的壁温特别高，可能对出现在换热器的同一侧，使
12、得该处的壁温特别高，可能对换热器产生破坏，因此，对于高温换热器，又是需要故意换热器产生破坏，因此，对于高温换热器，又是需要故意设计成顺流。设计成顺流。对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。12or CCxTIn OutCondTxTIn Out12or CCEvapT冷凝冷凝蒸发蒸发（6 6）换热器的热计算）换热器的热计算 换热器热计算分两种情况：换热器热计算分两种情况：设计计算设计计算和和校核计算校核计算 A A 设计计算：设计计算：设计一个新的换
13、热器，以确定所需的换热面积设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积 B B 校核计算：校核计算：对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设 计工况条件下，核算他能否胜任规定的新任务。计工况条件下，核算他能否胜任规定的新任务。换热器热计算的基本方程式是换热器热计算的基本方程式是传热方程式传热方程式及及热平衡式热平衡式avQkA t1 1122 221()()mmQq c TTq c tt式中，式中，不是独立变量，因为它取决于不是独立变量，因为它取决于 以及换热器的布置。另外，根据公式可知，一旦以及换热器的布置。另外，根据公式可知，一旦 和和 以及以及 中的三
14、个已知的话，我中的三个已知的话，我们就可以计算出另外一个温度。因此，上面的两个方程们就可以计算出另外一个温度。因此，上面的两个方程中共有中共有7 7个未知数，即个未知数，即需要给定其中的需要给定其中的5 5个变量，才可以计算另外三个变量。个变量，才可以计算另外三个变量。对于对于设计计算设计计算而言，给定的是而言，给定的是 ，以及进出口，以及进出口温度中的三个，最终求温度中的三个，最终求对于对于校核计算校核计算而言，给定的一般是而言，给定的一般是 ，以及，以及2 2个进口个进口温度，待求的是温度，待求的是avt1212,TTtt1 1mq c22mq c1 1221212,mmQ k A q c
15、 qcT T t t以及中的三个1 122,mmq c qcAk,A22,t T1212,TTtt例例 题题o 有一套管式热交换器，内管为300C矿石浸出液，套管中冷却水进口温度为25C，出口温度为72C，若将热浸出液冷却至100C，试比较并流与逆流时的平均温度差，若已知传热系数为290Wm-2C-1，冷却水流量为8kgs-1，试比较并流与逆流所需传热面积（忽略热损失）。本题需先计算并流和逆流情况下的平均温差；然后根据相同的传热量计算传热面积，此外的传热量由水的流量及温度的变化确定。解：分析解：分析（1）首先计算平均温差：）首先计算平均温差：（2）计算总传热量）计算总传热量7 7 知知（7）强
16、化传热过程的途径）强化传热过程的途径（1）增大传热面积（2）提高传热温差（3）提高传热系数 提高传热系数数提高传热系数数是强化传热过程的关键，提高传热系数必须减小传热热阻，通常可采取以下措施：（1）提高流速，增大雷诺数Re，以减小层流底层的厚度。（2）改变流动条件，通过设计特殊的传热壁面，使液体在流动过程中不断改变流动方向，促使其形成紊流或增加紊流程度，以提高传热系数；（3）采用短管换热器，由于传热进口段换热较强，流道短，边界层厚度薄，对流传热的强度增大。课后练习题o某化工厂需选用一台列管式换热器将175度的柴油冷却至125度，同时将原油从65度加热到110度。已知数据如下：试选用一台合适的列管式换热器。小 结o 综合传热基本公式o 换热器平均温差o 强化传热的途径maxminmaxminttlnttt 结 束！
