【正文】 可分為下列兩種情況： (1) 間壁一側(cè)流體恒溫另一側(cè)流體變溫 ， 如用蒸汽加熱另一流體以及用熱流體來加熱另一種在較低溫度下進(jìn)行沸騰的液體 。 2 變溫傳熱 一側(cè)流體恒溫變、 另一側(cè)變溫 時的溫度變化 T t1 t2 T1 T2 t t T (2) 間壁兩側(cè)流體皆發(fā)生溫度變化的傳熱： 這時參與換熱的兩種流體沿著傳熱兩側(cè)流動 ， 其 流動方式不同 ， 平均溫度差亦不同 。 即 平均溫度差與兩種流體的流向有關(guān) 。 生產(chǎn)上換熱器內(nèi)流體流動方向大致可分為下列 四種情況 , 即 并流 、 逆流 、 錯流 和 折流 兩側(cè)流體變溫時的溫度變化 T1 T2 t1 t2 并流 T2 T1 t1 t2 逆流 并流 :參與換熱的兩種流體在傳熱面兩側(cè)以 相同的方向 流動。 逆流 : 參與換熱的兩種流體在傳熱面兩側(cè)以 相對的方向 流動。 錯流 : 參與換熱的兩種流體在傳熱面兩側(cè) 呈垂直方向 流。 折流 ： 簡單折流和復(fù)雜折流 簡單折流 ：一側(cè)流體只沿一個方向流動，而另一側(cè)的流體作折流，使兩側(cè)流體間有并流與逆流的交替存在。 復(fù)雜折流： 參與熱交換的雙方流體均作折流。 并流 1 2 逆流 1 2 錯流 2 1 折流 1 1 2 常量??? phh cWdTdQ 常量?? pcc cWdtdQ假設(shè)： ? 傳熱為穩(wěn)定操作過程 。 ? 兩流體的比熱為常量 。 ? 總傳熱系數(shù)為常量 （ K不隨換熱器的管長而變化 ） 。 ? 換熱器的熱損失可忽略 。 以逆流為例：熱量衡算微分方程為 dQ= Wh cphdT= Wc cpcdt 根據(jù)假定 ， 則有 3 逆流和并流時的平均溫度差 Q~T和 Q~t為直線關(guān)系 ， 即 T=aQ+c t=a?Q+c? Δt=Tt=(aa?)Q+(cc?) 溫度 T1 傳熱量 Q T2 t1 Δ t2 t2 Δ t1 0 122 tTt ???211 tTt ???逆流 從上式可以看出： Δt~Q關(guān)系呈直線 ， 其斜率為 由于 K為常量 ， 積分上式有 : ?? ???????? Stt dSQ ttt tdK 01221 )(1QttdQtd 21)( ?????122211tTttTt??????式中 將總傳熱速率微分方程 td SKdQ ?? 代入上式，則有 Qttt dSKtd 21)( ?????? dSQtttKtd 21 ???? ??）（SQ ttttK ??????? 1212ln1 mtKSttttKSQ ????????1212ln 式中 Δtm稱為 對數(shù)平均溫差 。 當(dāng) 1/2≤Δt2/Δt1≤2時 ， 可用算術(shù)平均溫差 （ Δt2+ Δt1） /2代替對數(shù)平均溫度差 。 1212lntttttm???????? 該式同樣適用于并流傳熱過程。 當(dāng)一側(cè)流體變溫，另一側(cè)恒溫時，不論并流或逆流，其平均溫差相等；當(dāng)兩側(cè)流體均變溫時，并流和逆流的平均溫差不等，通常是： 并流逆流 ,m,m tt ?? ?例：現(xiàn)用一列管式換熱器加熱原油 ， 原油在管外流動 ， 進(jìn)口溫度為 100℃ ,出口溫度為 160℃ ；某反應(yīng)物在管內(nèi)流動 ， 進(jìn)口溫度為 250℃ ， 出口溫度為 180℃ 。 試分別計算并流與逆流時的平均溫度差 。 解 ： 求并流時的平均溫度差： 65160180100250ln)160180()100250(ln2121 ??????????????tttttm℃ 100180160250ln)100180()160250(ln2121 ??????????????tttttm℃ 求并流時的平均溫度差： T2 T1 t1 t2 逆流 T1 T2 t1 t2 并流 逆流操作時 ， 因 Δt1/ Δt2=90/80 ≈ 2， 則可用算術(shù)平均值 852 80902 21 ???????? ttt m ℃ 由上例證明： 當(dāng)流體進(jìn) 、 出口溫度已經(jīng)確定時 ， 逆流操作的平均溫度差比并流時大 。 在換熱器的傳熱量 Q及總傳熱系數(shù) K值相同的條件下 ， 采用逆流操作 ， 可以 節(jié)省傳熱面積 ， 而且可以 節(jié)省加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì) 的 用量 。 在生產(chǎn)中的換熱器多采用逆流操作 ， 只是對熱敏性物料加熱時 ， 物料的出口溫度有限制時才采用并流操作 。 —— 流動方向的選擇問題 Q=KSΔTm 總傳熱速率方程 方法： 先按純逆流的情況求得其對數(shù)平均溫度差 Δtm逆 ，然后再乘以校正系數(shù) ε,即： Δtm=εΔtm逆 校正系數(shù) ε與冷 、 熱兩種流體的溫度變化有關(guān) ， 是 R和 P的函數(shù) ， 即 ε=f(R， P) 式中 R=(T1T2)/(t2t1) = 熱流體的溫降 /冷流體的溫升 P=(t2t1)/ (T1 t1) = 冷流體的溫升 /兩流體的最初溫差 根據(jù)冷 、 熱流體進(jìn) 、 出口的溫度 ， 依上式求出 R和 P值后 ，校正系數(shù) ε值可根據(jù) R和 P兩參數(shù)從相應(yīng)的圖中查得 。 一般設(shè)計時 ， 要求 ε＞ ， 最小不低于 4 錯流和折流時的平均溫度差 例 : 在一雙管程列管換熱器中，殼方通入飽和水蒸氣加熱管內(nèi)的空氣。 110℃ 的飽和水蒸氣冷凝成同溫度的水，將空氣由 20℃ 加熱至 80℃ 。試計算： (1)換熱器第一管程出口空氣的溫度； (2)第一管程內(nèi)的傳熱量占總傳熱量的百分?jǐn)?shù) 。 解： (1) 對雙管程傳熱 ? ? mpcc tKSttcWQ ???? 12? ? ? ? C.lntTtTlntTtTtm02121 65480110202103090 ????????????? ? 6542080 .KStKScW mpcc ???? ?0991654 6080 ..cW KSpcc???則 : 第一管程傳熱 : ? ? ? ?mipcc t/KSttcW ??? ?21 ? ?iiipcctTtTlnttKSttcW?????111 25502099121 ..cW KStT tTlnpcci??????73215501 .etT tT .i???? ii 058732111020210 ??????(2)第一管程內(nèi)傳熱量 : ? ?11 ttcWQ ipcc ??總傳熱量 : ? ?12 ttcWQ pcc ??? ?? ? %..tt ttttcWttcW ipccipcc 3636330208020581211211 ???????????例 :在一單程列管換熱器中 ， 用飽和蒸汽加熱原料油 。 溫度為 160℃ 的飽和蒸汽在殼程冷凝為同溫度的水 。 原料油在管程湍流流動 ， 并由 20℃ 加熱到 106℃ 。 列管換熱器的管長為 4m， 內(nèi)有 Φ19mm 2mm的列管 25根 。 若換熱器的熱負(fù)荷為 125kw， 蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為 7000w/(m2℃ )， 油側(cè)垢層熱阻為 (m2 ℃ ) /w， 管壁熱阻和蒸汽側(cè)垢熱阻可忽略 。 試求： (1) 管內(nèi)油側(cè)對流傳熱系數(shù)； (2) 油的流速增加一倍，保持飽和蒸汽溫度及油入口溫度不變，假設(shè)油的物性不變，求油的出口溫度； (3) 油的流速增加一倍 ， 保持油進(jìn) 、 出口溫度不變 ， 求飽和蒸汽的溫度 。 解： 解得 T’= ℃ 四、傳熱面積的計算 總傳熱系數(shù) K為常數(shù) (工程計算常用 ) Q=KSΔtm mtKQS??總傳熱系數(shù) K為變數(shù) (不常用 ) （ 1） K隨溫度呈線性變化時： 12211221tKtKtKtKlnQS ?? ????????????（ 2） K隨溫度變化較大時： ? ?? ??? 21TTphhtTKdTCWS? ?? ??21ttpcctTKdtCWS或 mwwwmwtKSttStTSbTTSQ????????)()()(2211???11 SQTTw ???22 SQtSbQTtmww ?? ????對穩(wěn)定傳熱過程 式中 S S Sm分別代表熱流體側(cè)傳熱面積、冷流體側(cè)傳熱面積 和平均傳熱面積。 Tw、 tw分別代表熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的壁溫 α α2分別代表熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的對流傳熱系數(shù) 整理上式可得 五、壁溫的計算 例 在一由 216。25 ， 管內(nèi)通入高溫氣體 ， 進(jìn)口 500℃ ,出口 400℃ 。 管外為 p=981kN/m2壓力 （ 絕壓 ） 的水沸騰 。 已知高溫氣體對流傳熱系數(shù) a1=250W/ m2℃， 水沸騰的對流傳熱系數(shù) a2=10000 W/ m2℃ 。 忽略管壁 、 污垢熱阻 。 試求管內(nèi)壁平均溫度 Tw及管外壁平均 tw。 kmwddddbKm??????????2212111/2422520100001204525011111???解： (a) 總傳熱系數(shù) 以管子內(nèi)表面積 S1為基準(zhǔn) (c)計算單位面積傳熱量 1882506558045011????? SQTT w ?℃ (d)管壁溫度 Q/S1=K1Δtm =242 271=65580W/ m2 T熱流體的平均溫度，取進(jìn)、出口溫度的平均值 T=(500+400)/2=450 ℃ 管內(nèi)壁溫度 (b) 平均溫度差 在 p=981 kN/m2， 水的飽和溫度為 179℃ 2712 )179400()179500( ?????? mt℃ 管外壁溫度 mww SQbTt???21111/58 2065 580 mwddSQSSSQSQmmm????? ????wt℃ 由此題計算結(jié)果可知：由于水沸騰對流傳熱系數(shù)很大 ， 熱阻很小 ， 則壁溫接近于水的溫度 ， 即 壁溫總是接近對流傳熱系數(shù)較大一側(cè)流體的溫度 。 又因管壁熱阻很小 ， 所以管壁兩的溫度比較接近 。 ? 強(qiáng)化傳熱的目的：以最小的傳熱設(shè)備獲得最大的生產(chǎn)能力 。 ? 強(qiáng)化傳熱的途徑： 加大傳熱面積： 加大傳熱面積可以增大傳熱量 ， 但設(shè)備增大 ， 投資和維費也隨之增加 。 可采用翅片或螺旋翅片管代替普通金屬管 。 增加平均溫度差 在理論上可采取提高加熱介質(zhì)溫度或降低冷卻介質(zhì)溫度的辦法 ， 但受客觀條件 （ 蒸汽壓強(qiáng) 、 氣溫、 水溫 ） 和工藝條件 （ 熱敏性 、 冰點 ） 的限制 。 提高蒸汽壓強(qiáng) ， 設(shè)備造價會隨之提高 。 在一定氣源壓強(qiáng)下 ， 可以采取降低管道阻力的方法來提高加熱蒸汽的壓強(qiáng) 。 在一定條件下也可采用逆流代替并流 。 六、傳熱過程的強(qiáng)化 減少傳熱阻力 (提高 K值 ) （ 1） 減少壁厚或使用熱導(dǎo)率較高的材料； （ 2） 防止污垢形成或經(jīng)常清除污垢； （ 3） 加大流速 ， 提高湍動程度 ， 減少層流內(nèi)層的厚度提高對流傳熱系數(shù)； （ 4） 改變流動條件 ， 設(shè)計特殊的傳熱壁面 ， 使流體不斷改變流動方向 ， 提高湍流程度 。 如內(nèi)插入物管 、 螺旋管 、 T型翅片管等