【正文】 ③ 對平壁求單位面積的傳熱量或熱損失即求熱通量 q；對圓筒壁求單位長度的傳熱量或熱損失 ， 即求 Q/l； ④ 熱導率 λ小 ， 不利于導熱 ， 但有利于保溫； ⑤ 多層材料間應緊密接觸 ， 若有空隙則其總的導熱能力下降 ， 因為其間隙充滿氣體 ， 氣體的熱導率小于固體； ⑥ 采用多層保溫措施時 ， 熱導率小的材料置于內(nèi)層有利于保溫； 5. 2 熱傳導（導熱 Conduction） ⑦ 熱損失與保溫層厚度有圖所示的關(guān)系 ， 為什么會有兩種不同的情況 ？ ⑧ 當保溫層厚度大于臨界厚度的情況下 ， 是否厚度增加就有利 ？ 0 . 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 50501001502002503004321Q/L(w/m)b ( m )5. 3 間壁兩側(cè)流體的熱量傳遞 間壁兩側(cè)流體熱交換 T2 T1 t1 t2 T t dl 圖 511 套管換熱器示意 用于加熱或冷卻物料的流體稱為 載熱體 ， 其中起加熱作用的叫 加熱劑 ， 起冷卻作用的叫 冷卻劑 。 規(guī)定：冷流體溫度用 t表示 ， 熱流體溫度用 T表示， 下標 1， 2分別代表 進口 與出口 參數(shù) ， ms1， ms2分別表示 熱流體 、 冷流體 的質(zhì)量流量 。 間壁兩側(cè)流體熱交換 傳熱過程在流動的流體中也存在傳熱邊界層，同樣包括湍流主體、過渡區(qū)、層流底層；在湍流主體中熱量傳遞主要靠對流傳熱，導熱的作用很小可以忽略不計；在層流體底層中由于流體層間沒有質(zhì)點的交換，主要靠熱傳導傳遞熱量，傳熱阻力大、溫度變化大；在過渡區(qū)不僅有熱傳導也有對流傳熱，兩者的作用相當，均不能忽略。 流動的流體傳熱的阻力主要集中在 層流底層 ，所以要強化傳熱，主要的措施是破壞層流底層，降低層流底層的厚度。間壁的導熱過程可以用導熱速率方程描述，那么給出對流給熱速率方程是弄清楚間壁兩側(cè)流體傳熱的關(guān)鍵 。 T TW tW t 熱流體 冷流體 δ t 金屬壁 δ t 圖 512 熱、冷流體通過間壁 傳熱過程示意 t39。 T39。 tb Tb 對流給熱 （ 1） 對流給熱分類 無相變：強制對流給熱 自然對流給熱 有相變：蒸汽冷凝給熱 液體沸騰給熱 （ 2） 對流給熱速率方程 （ 牛頓冷卻定律 ） 假設(shè) ：在熱流體中將流體中全部的傳熱阻力 （ 包括湍流主體中的對流傳熱阻力 、 過渡區(qū)中的導熱和對流傳熱阻力 、層流底層中的導熱阻力 ） 集中在一定厚度 δ t的流體層中 ，并且該層只有導熱沒有對流 ， 這樣流體中復雜的對流傳熱過程就轉(zhuǎn)化為一定厚度的流體中的導熱問題 ， 就可以用導熱速率方程來描述流體中的對流給熱過程 。 ? ?WW TTAATTQtt????????? ?WttW TTAATTQ ???????? 對流給熱 令 ??? ?t對流給熱系數(shù)， W?m2?℃ 1 ? ?W2 TTAQ ?? ?熱流體側(cè)： ? ?ttA ?W1冷流體側(cè)： 牛頓冷卻定律 但以上方程無法直接應用于換熱器，為什么？ 因為換熱器中流體在管長的不同位置溫度不同 ， 兩側(cè)流體的溫度差也不相同；所以必須在流體流動方向上取微元段dl進行分析；在微元段 dl中 ， 傳熱間壁的內(nèi)側(cè)傳熱面積為 dA1 ， 外側(cè)面?zhèn)鳠崦娣e為 dA2；如圖 ， 管內(nèi)為冷流體 ， 管外為熱流體 ， 微元管段上熱流體的對流給熱溫差為 TTW， 冷流體的對流給熱溫差為 tW t， 在間壁上導熱的溫差為 TW tW 。 對流給熱 T2 T1 t1 t2 T t dl 圖 511 套管換熱器示意 熱流體傳給管壁的熱流量： ? ?3322223d1dd RtATTTTAQ WW????????間壁熱傳導的導熱量： ? ?22mWWWWm2dddRtAbtTtTAbQ ???????? 對流給熱 熱流體傳給管壁的熱流量： ? ?3322223d1dd RtATTTTAQ WW????????間壁熱傳導的導熱量： ? ?22mWWWWm2dddRtAbtTtTAbQ ????????管壁傳給冷流體的熱流量： ? ?1111WW111d1d RtAttttAQ ???????? 總傳熱速率方程 間壁兩側(cè)流體的傳熱在穩(wěn)定情況下，熱流體對流給熱、間壁導熱、冷流體的對流給熱速率相等，即： dddd 321 ??????????????????RtTAKtTAAbAtTAttAbtTATTQd1d1dd1d1dd1d11m2211WmWW22W??????令 AKAAbA d1d1dd122m11??? ???總熱阻 ? ?tTAKQ ?? dd總傳熱速率方程 局部（微元管段）的總傳熱系數(shù)， W?m2?℃ 1 ? ?tTAKQ ?? 總傳熱速率方程 工程計算中，按某一定性溫度 → 確定物性參數(shù) →計算 α→將 α看作常數(shù) →求得 K也是常數(shù) →求出 Tt的平均值 →沿全部傳熱面積分得 mtKAQ ??總傳熱速率方程 （傳熱基本方程） Q —— 換熱器單位時間內(nèi)的傳熱量， W； A —— 換熱器的傳熱面積， m2； K —— 換熱器的總傳熱系數(shù)， W?m2?℃ 1 或 W?m2?K1 ； Δ tm —— 冷熱流體溫度差的平均值， ℃ 或 K。 傳熱量 Q的計算（不考慮熱損失及化學變化） （ 1）熱量衡算式 熱流體：無相變時 ， Q = ms1cp1( T1T2 ) 有相變時， Q = ms1[r1+cp1( T1T2 )] 冷流體：無相變時 ， Q = ms2cp2( t2t1 ) 有相變時， Q = ms2[r2+cp2(t2t1 )] 根據(jù)不同的情況計算傳熱量，如 冷、熱兩流體均無相變時： Q = ms1cp1( T1T2 ) = ms2cp2( t2t1 ) 熱流體飽和蒸汽冷凝： Q = ms1r1 = ms2cp2( t2t1 ) 冷流體飽和液體沸騰： Q = ms2r2 = ms1cp1( T1T2 ) 以上三中傳熱量計算式的條件： ① Q損 = 0； ② ms1 、 ms2為常數(shù)； ③ cp cp2為常數(shù)。 傳熱量 Q的計算（不考慮熱損失及化學變化） （ 2）校核計算 A已知，核算換熱器是否合用 可用 已知AtKQA ??m?傳熱任務要求的 或 要求已知 QtKAQ ?? m?可用 總傳熱系數(shù) （ 1） K的計算 22m11d1dd1d1AAbAAK ??? ???①當傳熱面為平壁時， dA1= dAm= dA2= dA 21111??? ???bK②當傳熱面為圓筒壁時， dA1≠ dAm≠ dA2≠ dA dA = dA2即以外表面積為基準時， 1m212221dddd11??? ??? AAbAAK換熱管外側(cè)流體 α 換熱管內(nèi)側(cè)流體 α 總傳熱系數(shù) 對圓管 m2m2121212dd,)(d)(dddddAAddLdLdAA ?????2m21212111??????ddbddK m12121212m 2)(ln2)(ln2)(ln rrrbddbddddd ?????? ?tTAKQ ?? 22 dd m22 tAKQ ??以換熱管外表面積為基準的總傳熱系數(shù) 總傳熱系數(shù) 當 dA = dA1即以內(nèi)表面積為基準時， 212m111111ddddbK ??????m11 tAKQ ??以換熱管內(nèi)表面積為基準的總傳熱系數(shù) 要用以上式子求 K，則須先求 α ， α= ？ 總傳熱系數(shù) （ 2）污垢熱阻 流體在間壁兩側(cè)流動久而久之會在間壁表面形成污垢，其產(chǎn)生的熱阻也應計入總熱阻： 外表面積為基準 總傳熱阻力 22m121121111??? ????? s2s RddbddRddK管內(nèi)污垢熱阻 管外污垢熱阻 管外流體對流給熱阻力 管內(nèi)流體對流給熱阻力 間壁導熱阻力 常見流體污垢的大致范圍見表 55。 總傳熱系數(shù) （ 3） K的大致范圍 在進行換熱器的計算時，要估計冷、熱流體間的總傳熱系數(shù)?？倐鳠嵯禂?shù) K值數(shù)值范圍見表 55。 K變化范圍很大，應對不同類型流體間傳熱時的 K值，有一數(shù)量級的概念。 （ 4）提高 K值途徑的討論 22m2121121111??? ????? ss RddbddRddK 22m2121121111????????ss RddbddRddK 顯然，減小分母中的任一項，都可使 K值增大。但因各項所占比重不同，要設(shè)法減小對 K值影響較大的項。 總傳熱系數(shù) ① 換熱器結(jié)垢嚴重時 ， 必須設(shè)法減小污垢的熱組 ， 如減慢污垢生成的速率或及時清除污垢 ， 就成為主要考慮的方面 。 ② 當污垢熱組和管壁熱組很小可以忽略不計時 2121111????ddK提高 α就成為應主要考慮的方面。 a、若 α α2相差不大，須設(shè)法同時提高 α α2 。 b、若 α2α1， K≈ α1， K幾乎完全取決于 α1 。 因此要提高 K值關(guān)鍵在于提高較小的一個 α值。 212121 ?????? dd 總傳熱系數(shù) 注： ① 傳熱間壁為圓筒壁時 ， dA1≠ dA2≠ dAm， 存在基準問題 ， 由于換熱器系列中均為外表面積 A2， 故沒有特別說明情況下 ， 均以外表面積為基準；但不論采用哪種基準計算得到的傳熱量 Q相同； ② 下標 2代表管外 ， 1代表管內(nèi) （ ms1 cp1代表熱流體 ，ms2 cp2代表冷流體 ） ， K與 α α λ、 d d Rs Rs2等參數(shù)有關(guān) ， 即與間壁結(jié)構(gòu) 、 流體性質(zhì) 、 兩側(cè)流體的流動狀況有關(guān)； ③ 在應用總傳熱速率方程時 ， 若 K以外表面積為基準 ，則 A=A2；若 K以內(nèi)表面積為基準 ， 則 A=A1； 傳熱面積的計算 套管換熱器 以外表面積為基準 LdA 2??以內(nèi)表面積為基準 1內(nèi)管外徑 內(nèi)管內(nèi)徑 列管換熱器 以外表面積為基準 LdnA 2??以內(nèi)表面積為基準 L1傳熱管外徑 傳熱管內(nèi)徑 總傳熱管數(shù) 平均溫度差 Δ tm 的計算 恒溫差傳熱 （ 間壁兩側(cè)均為相變化傳熱 ） 若間壁兩側(cè)流體均為相變對流傳熱 ， 即飽和蒸汽冷凝和飽和液體沸騰 ， 如蒸發(fā)單元操作 ， 熱流體在換熱器中處處的溫度均為 T ， 冷流體在換熱器中處處溫度均為 t ， 故： tTt ??? m ? ?tTKAQ ?? 平均溫度差 Δ tm 的計算 變溫差傳熱 在實際中常見的是變溫差傳熱 ， 兩流體在換熱器中不同位置傳熱溫度差 Δ t不同；間壁兩側(cè)流體的流動形式各種各樣， 但最基本的有兩種形式：逆流 、 并流 圖 513 兩側(cè)流體均無相變時的溫度變化 T2 T1 t2 t1 并流 Δ t1 Δ t