【正文】 物體與外界就產生熱量的傳遞 。αα 39。 ?????? ?? Rd??2022年 6月 2日星期四 Process System principle 33 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) ⑤ 流體在非圓形管中流動 套管： Re= 104～ 105 ， d2/d1=～ 12e0 . 5 3120 . 3 3p0 . 8edd：d 其中 ddλμCμρ dudλ???????????????????????2022年 6月 2日星期四 Process System principle 34 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) 圖 49 列管換熱器 例題： 右圖為列管換熱器 ， 由 38 根φ 25mm 組成 。 對于氣體 ， Pr≈ 1， 對于液體 ， Pr＞＞ 1。 ℃ ) )Tα (Tqt)α (tqww???? 流體加熱時： 流體冷卻時： 給熱系數(shù) α ： 三種獲得給熱系數(shù) α 的方法： ① 理論分析法 ：對流場建立動量傳遞 、 熱量傳遞衡算方程和速率 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 24 對流傳熱過程 對流傳熱過程數(shù)學描述 方程 ， 聯(lián)立求解流場的溫度分布和壁面熱流密度 ， 然后寫成牛頓冷卻定律的形式 ， 從而獲得 α 的理論計算式 。 ℃ ) ， δ 3=225 mm 已測得內 、 外表面溫度分別為 930 ℃ 和 55 ℃ ， 求單位面積的熱損失和各層間接觸面的溫度 。 c o n s t .dxdtλq ??? 由傅立葉 （ Fourier） 定律可知： 對上式積分得： 21 ttΔ t , δΔ tλAQq ???? 又可寫為： 熱阻推動力RΔ t Δ tQ ???A??2022年 6月 2日星期四 Process System principle 13 熱傳導過程 熱傳導的應用 通過圓筒壁的熱傳導過程： 圖 46 圓筒壁的熱傳導 圓筒壁的熱傳導的溫度分布見圖 46所示 。 ℃ ) nt??2022年 6月 2日星期四 Process System principle 11 熱傳導過程 熱傳導規(guī)律 （ 2） 導熱系數(shù) λ 例： 金屬 10～ 102 w/(m （ 2） 熱流密度 （ 或熱通量 ） q： dAdQq ?2022年 6月 2日星期四 Process System principle 9 熱量傳遞過程概述 穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱 （ 1） 穩(wěn)態(tài)傳熱： 特點：傳熱系統(tǒng)中 ， 溫度分布不隨時間而變 ， 且傳熱速率在任何時間都為常數(shù) 。 圖 44 蓄熱式換熱 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 6 熱量傳遞過程概述 載熱體及其選擇 （ 1） 載熱體 ： 起加熱作用的載熱體稱為加熱劑 ； 起冷卻作用的載熱體稱為冷卻劑 。 （ 2） 換熱 ， 以回收利用熱量或冷量 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 5 （ 1） 直接接觸傳熱 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 7 熱量傳遞過程概述 載熱體及其選擇 其它要求： ① 載熱體的溫度應易于調節(jié) ； ② 載熱體的飽和蒸氣壓宜低 ， 加熱時不會分解 ； ③ 載熱體毒性要小 ， 使用安全 ， 對設備應基本上沒有腐蝕 ； ④ 載熱體應價格低廉而且容易得到 。 在傳熱系統(tǒng)中 ， 有能量積累的傳熱過程稱非穩(wěn)態(tài)傳熱 。 ℃ )； λ 0 固體在溫度 0 ℃ 的導熱系數(shù) ， w/(m 某爐壁由下列三種材料組成： （ 見圖 37所示 ） 耐火磚 λ 1= w/(m 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 21 對流傳熱過程 對流傳熱過程分析 傳熱過程流動截面的溫度分析： 圖48 流體流過平壁時的溫度分布 參見圖 48所示 。 Nu反映對流給熱系數(shù)增大的倍數(shù) 。 潤濕周邊流動截面4de?? ② 特征尺寸： 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 30 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) 流體在圓形直管內的強制湍流的給熱系數(shù)： 當 ⅰ . Re104 brae PARNu ?bp0 . 8br0 . 8λμCμρ dudλ0 . 0 2 3α 或 ， P0 . 0 2 3 R eNu ?????????????? ⅱ . Pr 160 （ 不適用液體金屬 ） ⅲ . 流體是低粘度 （ μ 2μ 水 ） ⅳ . l/d 30～ 40 則 A= ， a= ， 加熱時 ， b=；冷卻時 ， b= 即： 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 31 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) 其它條件下 ， 需修正 α ： ① 高粘度流體： 0 2 ?????????????????????????wpCdud ???????? μ 液體在主體平均溫度下的粘度 μ w 液體在壁溫下的粘度 液體加熱時 ， 則： ?????????w?? 液體冷卻時 ， 則： ?????????w?? 適用于 Re104 ， Pr 100 各種液體 ， 不適用液體金屬 ?！?） μ= mPa 包括 滴狀冷凝 和 膜狀冷凝 。 1?????? dra dra2022年 6月 2日星期四 Process System principle 43 輻射傳熱過程 固體輻射 式中： a、 r、 d 分別稱為吸收率 、 反射率和透射率 。 實際物體的輻射能力恒小于同溫度下的黑體輻射能力 Eb 。 α1λδα11K 。 解：題目條件下 ， Cph=Cpc=（ kg 操作型計算 第一類命題： 給定條件 ：換熱器傳熱面積及相關尺寸 ， 冷 、 熱流體的物性數(shù)據(jù) ，冷 、 熱流體的流量 、 進口溫度 、 流動方式 。 已測得熱 、 冷流體進 、 出口溫度為T1=100℃ ， T2=70℃ ， t1=20℃ ， t2=85℃ ， 管壁熱阻可以忽略 。21139。239。239。 用途： 廣泛用于反應器的加熱和冷卻 。 缺點： 冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果 ， 只能安裝在室外 。 管束的壁面即為傳熱面 。 （ 1） 固定管板式 根據(jù)所采取的溫差補償措施 ， 列管式換熱器可分為以下幾個型式 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 79 傳熱設備（換熱器） 管殼式換熱器的設計與選用 選用步驟 （ 1） 根據(jù)工藝任務 ， 計算熱負荷； （ 2） 計算平均溫度差； 先按單殼程多管程的計算 ， 如果校正系數(shù) ?， 應增加殼程數(shù)； （ 3） 依據(jù)經驗選取總傳熱系數(shù) ， 估算傳熱面積； （ 4） 確定冷熱流體流經管程或殼程 ， 選定流體流速； 由流速和流量估算單管程的管子根數(shù) ， 由管子根數(shù)和估算的傳熱面積 ， 估算管子長度 ， 再由系列標準選適當型號的換熱器 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 81 傳熱設備（換熱器） 管殼式換熱器的設計與選用 （ 2） 流體的流速 流體的流速 ， 不僅直接影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ， 而且影響污垢熱阻 ， 從而影響傳熱系數(shù)的大小 ， 特別對于含有泥沙等較易沉積顆粒的流體 ， 流速過低甚至可能導致管路堵塞 ， 嚴重影響到設備的使用 ， 但流速增大 ，又將使流體阻力增大 。 但是 ， 采用多管程或多殼程必導致流體阻力損失 ， 即輸送流體的動力費用增加 。 間距太大 ， 不能保證流體垂直流過管束 ， 使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小 ， 不便于制造和檢修 ， 阻力損失亦大 。 （ 2） 采用高效新型換熱器 。 (a)逆流 (b)錯流 圖 4－ 33 板翅式換熱器 。 (a)光直翅片 (b)鋸齒翅片 (c)多孔翅片 圖 4－ 29 傳熱面的改進 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 89 傳熱設備（換熱器） 新型換熱器 平板式換熱器 圖 4－ 30 平板式換熱器（ 1） 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 90 傳熱設備（換熱器） 新型換熱器 優(yōu)點： 傳熱效率高 ， 總傳熱系數(shù)大 ， 結構緊湊 ， 操作靈活 ， 安裝檢修方便 。 圖 4－ 28 擋板切除對流動的影響 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 86 傳熱設備（換熱器） 換熱器傳熱過程的強化 增大傳熱平均溫度差 ?tm mtKAQ ?? 傳熱速率方程： 為了增強傳熱效率 ， 可采取 ?tm?、 A/V?、 K?的方法 。 當采用多管程或多殼程時 ， 列管式換熱器內的流動形式復雜 ， 對數(shù)平均值的溫差要加以修正 。 ■ 壓力高的流體宜在管內 ， 以免殼體承受壓力 。 如果相差較多 ， 應重新估算 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 76 傳熱設備（換熱器） 間壁式換熱器的類型 特點： 結構簡單 ， 成本低 ， 殼程檢修和清洗困難 ， 殼程必須是清潔 、 不易產生垢層和腐蝕的介質 。 為提高殼程流體流速 ， 往往在殼體內安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板 。 圖 420 噴淋式換熱器 (2) 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 72 傳熱設備（換熱器） 間壁式換熱器的類型 套管式換熱器 結構： 由不同直徑組成的同心套管 ， 可根據(jù)換熱要求 ， 將幾段套管用 U形管連接 ， 目的增加傳熱面積；冷熱流體可以逆流或并流 。 2022年 6月 2日