传热过程分析与换热器的热计算

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1、第十章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。本章要点：1.着重掌握传热过程的分析和计算（肋壁的传热）2.着重掌握临界热绝缘直径的概念和分析

2、计算3.着重掌握顺流及逆流的对数平均温差的分析计算4.掌握换热器的型式和分类以及换热器的热设计5.了解传热的强化和隔热保温技术及有关问题分析本章难点：临界热绝缘直径、对数平均温差的概念和分析计算本章主要内容：第一节传热过程的分析和计算第二节换热器的类型第三节换热器中传热过程平均温差的计算第四节间壁式换热器的热设计第五节热量传递过程的控制(强化与削弱)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2.通过圆筒壁的传热过程

3、计算每米管长的传热量：对于多层圆管每米管长的传热量：3.通过肋壁的传热过程计算加肋侧的面积A2＝肋片表面积A2’＋两肋片之间壁的表面积A2”A2>A1肋化系数：肋片越高，肋距越小，肋化系数就越大。肋片与流体的换热量f为肋片效率加肋侧与流体的换热量肋壁总效率肋壁的导热热量加肋侧流体的换热量不加肋侧与流体的换热量肋壁的传热公式以A1为基准的肋壁的传热系数对于蒸汽加热的暖气包，由于蒸汽凝结换热系数h1远远大于暖气包对室内空气自然对流时的h2，使这一传热过程中的总热阻完全决定于h2一侧的换热热阻。因此在h2一侧加导热热阻较小的肋片是最有效的改进措施。在表

4、面传热系数较小的一侧采用肋壁是强化传热的一种行之有效的方法。在冷热介质温度一定时，要增强传热可以加大h1、h2、λ、A1、A2以及减小δ。最有效的措施是改变上列某些值后，可减小各项分热阻中最大的那一个热阻值。例1：一平壁一侧加肋，加肋后面积为A2，肋化系数=13，肋壁总效率tot=0.9。壁的厚度=10mm，材料的导热系数=50W/(m·K)，相对应的换热系数为h1=200W/(m2·K)和h2=10W/(m2·K)，流体温度tf1=75C和tf2=15C。求以A1为基准，其单位面积的传热量q1，并与不加肋时的传热量q比较。解：q1/q

5、=4347.6/570.3=7.623例2：墙厚240mm，室内空气的温度为20C，室外空气的温度为-10C；砖墙的导热系数=0.95W/(m·K)，室内空气对墙面的换热系数为h1=8W/(m2·K)，室外空气的换热系数为h2=37W/(m2·K)（考虑了辐射换热的因素）。试求冬季室内、外空气通过砖墙传递的热量和砖墙内侧的温度。（不考虑门、窗的传热影响）4.临界热绝缘直径(与热绝缘层经济厚度)在圆管外覆盖一层热绝缘材料时则每米管长的总热阻为：(1)+(2)(4)(3)R总,ldROd2dcrd3dql即当时，热阻值为最小。单位管长传热量ql为

6、最大值。此时的dx称为“临界热绝缘直径”，用dcr表示。注意：1.当裸管的外径>dcr时，保温层越厚，保温效果越好Q2.当裸管的外径

7、试问选择哪一种材料合适？用热绝缘层的目的1.节约燃料。2.满足工程技术条件的要求。3.改善劳动条件。对热绝缘材料的要求凡导热性低的材料都可以被用作热绝缘层。不过，通常将导热系数λ值小于0.14W/（m·K）的材料称为隔热材料。热绝缘材料具有下述性能：（1）导热性。（2）机械性能，如抗压和抗拉强度等。（3）不吸水性和耐高热的能力。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。1）间壁式：冷、热流体被间壁隔开，通过间壁换热。2）混合式：冷、热流

8、体通过直接接触换热。3）回热式：冷、热流体周期性地流过固体壁面换热。在三类换热器中以间壁式换热器应用最广，本节将对其结构型