传热过程分析与换热器热计算

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1、第10章传热过程分析与换热器热计算在详细讨论了导热、对流、辐射三种热量传递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。在实际传热问题中不同的传递方式常常同时起作用。分析有那些热量传递方式在起作用，以及选用什么方法或公式进行计算是解决问题的基本功。本章的主要内容：(1)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)间壁式换热器热力设计方法。(3)归纳与总结强化或消弱热量传热过程的方法。§10-1传热过程的分析和计算传热过程？基本计算式(传热方程式)？式中：K是传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过程，K的计算公式也不同。本节将对通过平壁、圆

2、筒壁的传热系数作进一步分析。肋壁是工程技术中广泛用来增强换热的金属壁面，本节将详细讨论通过肋壁的传热系数计算式，并对与此相关的临界换热绝缘直径作相应的分析。1通过平壁的传热K的计算公式？说明：(1)h1和h2的计算；（2）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数)单相对流：膜态沸腾：(8-24)(6-23)由于平壁两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值无论对哪一侧来说都是相等的。2通过圆管的传热园管内外侧表面积不等，所以对内侧而言和对外侧而言的传热系数在数值上不同的。先分析管长为L的一段园管：见图(9-1)hiho内部对流：圆柱面导热：外部对流：传热过程包

3、括管内流体到管内侧壁面，管内侧壁面到管外侧壁面，管外侧壁面到管外流体三个环节。以外侧面积为基准的传热系数计算式：工程计算都以管外侧面积为基准。从热阻角度考虑在分析时由于沿途的面积在变，必须用总面积的热阻。在管内外侧积起各种污垢时，必须加上相应的污垢热阻。3通过肋壁的传热在换热系数较小的一侧采用肋壁是强化传热的一种有效的方法。下面以平壁为例分析肋侧总面积：稳态下换热情况：A1A2Ai肋面总效率于是以肋侧面积A0为基准的肋壁传热系数为：以光侧面面积Ai为基准的肋壁传热系数为：式中：称为肋化系数，即加肋后的总表面积与该表面未加肋时的表面积之比。>>1，使外侧的热阻从降到，从而使换热量

4、Q增大。应当注意，在工程传热计算中，为了表征一种强化表面相对于光滑表面的优越性，一般都以未加肋时的表面积(或胚管面积)作为计算总传热系数及热流量的面积。在对比各种肋片表面的传热性能时，必须对计算面积有清楚的了解。4临界热绝缘直径(1)园管外加肋片(用于强化换热)与园管外加保热层(主要用于消弱传热)对总换热热阻的影响。这一问题的回答取决于增加表面积后所引起的对流换热热阻减小的程度及导热热阻增加的程度的相对大小。园管外加肋片增加了外表面积，在增加表面积(减少对流换热热阻)的同时也增加了导热热阻。由于肋片都是用金属做成，导热系数很大，而且肋片所增加的换热面积的倍数较高，因而，对流换热

5、热阻的减小量大于导热热阻的增加量。使总热阻明显降低(强化了换热)。园管外加保温层时，由于保温材料的导热系数都很小，敷设保温层后换热面积的增加是由于简单地扩大直径而致，增加的幅度有限。因而一般是导热热阻的增加量大于对流换热热阻的减少量，使总热阻增加(消弱了传热)。所以，表面上看来截然相反的两件事——肋片强化换热、保温层消弱换热，其内部却有以上辨证的关系。(见图9-3)，而且在一定条件下肋片与保温层的作用还可能相互转化。见例题9-3(详细讲解讨论：当绝缘层外经小于30mm时，增加绝缘层厚度非但不会消弱传热，反而会增加散热)。以上例题说明，对于一组给定的值来说，在某个d0值时散热量会

6、出现最大值。(2)临界热绝缘直径的导出圆管外敷保温层后：可见，保温层使得导热热阻增加，换热削弱；另一方面，降低了对流换热热阻，使得换热赠强，那么，综合效果到底是增强还是削弱呢？这要看d/ddo2和d2/ddo22的值可见，确实是有一个极值存在。这个散热量为最大值的临界直径称为临界热绝缘直径。也就是说，do2在do1~dcr之间，是增加的，当do2大于dcr时，降低。or保温管道外表面的Bi数>2时，增加保温层厚度可进一步减少热损失；若Bi数<2时，增加保温层厚度反起到强化换热的作用。一般保温动力管道外经大于此值，所以很少有必要考虑临界热绝缘直径的问题。§10-2换热器的

7、型式10-3平均温差换热器的定义：凡是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通称换热器。换热器的分类：三种类型换热器简介间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。混合式——冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。在蓄热式换热器中，固体壁面除了换热外还起到蓄热的作用：高温流体流过时，固体壁面吸收并积蓄热量，然后释放给接着流过的低温流体，这种换热器的热量传递过程是非稳态的。本节的