传热过程和换热器热计算基础

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1、第十一章传热过程和换热器7/31/20211河海大学机电工程学院§11-1传热过程1.传热过程：热量由热流体通过固体壁面传给冷流体的过程。k为传热系数W/(m2·℃)。在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差为1℃、传热面积为1m2时的热流量值，是表征传热过程强烈程度的物理量。传热过程越强，传热系数越大，反之则越弱。7/31/20212河海大学机电工程学院2.单层平壁7/31/20213河海大学机电工程学院热流密度：传热系数：7/31/20214河海大学机电工程学院导热热阻7/31/20215河海大学机电工程学院对流换热

2、热阻7/31/20216河海大学机电工程学院4.多层圆筒壁3.多层平壁7/31/20217河海大学机电工程学院例题：一房屋的混凝土外墙的厚度为=200mm，混凝土的热导率为=1.5W/(m·K)，冬季室外空气温度为tf2=-10℃,有风天和墙壁之间的表面传热系数为h2=20W/(m2·K)，室内空气温度为tf1=25℃,和墙壁之间的表面传热系数为h1=5W/(m2·K)。假设墙壁及两侧的空气温度及表面传热系数都不随时间而变化，求单位面积墙壁的散热损失及内外墙壁面的温度。7/31/20218河海大学机电工程学院解：由

3、给定条件可知，这是一个稳态传热过程。通过墙壁的热流密度，即单位面积墙壁的散热损失为7/31/20219河海大学机电工程学院根据牛顿冷却公式，对于内、外墙面与空气之间的对流换热7/31/202110河海大学机电工程学院【例11-1】已知墙厚200mm；室内空气温度为20℃，室外的空气温度为－10℃；砖墙导热系数λ=0.95W/(m·℃)；室内空气对墙面的对流表面传热系数h1=8W/(m2·℃)，室外空气的对流表面传热系数h2=22W/(m2·℃)。试求室内外空气通过单位面积砖墙传递的热量和砖墙内侧的温度。【解】通过单位面

4、积砖墙传递的热量：q=(tf1-tf2)/(1/h1+δ/λ+1/h2)=70.91W/m2砖墙内表面温度：tw1=tf1-q/h1=284.1K7/31/202111河海大学机电工程学院一双层玻璃，宽1.1m，高1.2m，厚3mm，导热系数为1.05W/(m·K)；中间空气层厚5mm，设空气层只有导热作用，导热系数为0.026W/(m·K)。室内空气温度为25℃，表面传热系数为20W/(m2·K)；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15W/(m2·K)。试计算：传热过程各环节的单位面积热阻；通过玻璃窗的热流密度和

5、热流量。7/31/202112河海大学机电工程学院作业：11-17/31/202113河海大学机电工程学院§11-2传热的增强和减弱强化传热的目的：缩小设备尺寸、提高热效率、提高传热能力削弱传热的目的：减少热量损失7/31/202114河海大学机电工程学院举例：两侧分别为蒸汽和空气的金属管壁空气侧换热系数：h1=30W/(m2·℃)蒸汽冷凝侧换热系数：h2=5000W/(m2·℃)改善空气侧的放热系数是强化传热的关键。一、强化传热1.强化换热的原则：哪个环节的热阻大，就对哪个环节采取强化措施7/31/202115河海大

6、学机电工程学院2.强化换热的手段：在表面传热系数较小的一侧采用肋壁。二、削弱传热增大传热总热阻——增加一层附加导热热阻（在需要减少散热损失的管道外敷设适当的热绝缘层）7/31/202116河海大学机电工程学院强化传热的基本途径有三个方面：1、提高传热系数：应采取有效的提高传热系数的措施，如必须提高两侧表面传热系数中较小的项。另外应注意：在采取增强传热措施的同时，必须注意清除换热设备运行中产生的污垢热阻，以免抵消强化传热带来的效果。2、提高换热面积：采用扩展表面，即使换热设备传热系数及单位体积的传热面积增加，如肋壁、肋片

7、管、波纹管、板翅式换热面等；当然必须扩展传热系数小的一侧的面积，才是使用最广泛的一种增强传热的方法。3、提高传热温差：在冷、热流体温度不变的条件下，通过合理组织流动方式，提高传热温差。7/31/202117河海大学机电工程学院7/31/202118河海大学机电工程学院【思考】为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不明显。试分析原因。【思考】热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数

8、影响较大？【思考】有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水。有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管。请你评价这一方案的合理性。7/31/202119河海大学机电工程学院【分析】冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的