【正文】 （ 1）總傳熱系數(shù)；（ 2）管內(nèi)對流傳熱系數(shù)；（ 3）殼程對流傳熱系數(shù)。（已知水在定性溫度下的物性參數(shù)為 3/ mkg??)/(1 7 CkgkJc p ???0 . 6 1 8 / ( )W m K? ??sPa ??? ? 3108 0 ? 輻射傳熱 基本概念 熱輻射 ： 物體由于熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。 輻射傳熱 ： 是物體間相互輻射和吸收能量的總結(jié)果 。 輻射傳熱 的特點(diǎn)： 以電磁波形式傳播，不需要任何介質(zhì)進(jìn)行傳遞。 判斷 ： 熱輻射可穿越真空，但對流、熱傳導(dǎo)不能。 輻射傳熱的規(guī)律：服從光的反射、折射定律。 吸收率 反射率 透射率 A A?R R?D D?DRA ???因?yàn)椋???? DRA所以：黑體 ： 能全部吸收輻射能的物體 A=1。 白體：能全部反射輻射能的物體 R=1。（鏡體） 透熱體：能全部透過輻射能的物體 D=1。 灰體 ： 能以相同的吸收率 A，吸收全部波長輻射能的物體。（ 工業(yè)上，多數(shù)物體都可近似視為灰體） 物體的輻射能力 和有關(guān)的 定律 物體在一定溫度下 ， 單位面積 、 單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部波長的總能量 ， 稱為該物體在該溫度下的輻射能力 ， 以 E表示 ， 單位為 W/m2。 單色發(fā)射能力 Eλ ： W/m2 指 ： 一定溫度下，單位時間，單位面積上， 物體發(fā)射的某一波長的總能量。 ?? ??? dEE01 普朗克定律 的關(guān)系一定溫度下，黑體的 ?? ~bE1/512 ?????? Tcb ecE2161 107 4 wmc ???mkc 22 104 3 8 ???力為此溫度下黑體發(fā)射能連續(xù)變化，曲線下面積隨、 ??bE1)(2 TfE b ??、存在極值點(diǎn)、 ?bE32. 斯蒂芬 波爾茲曼定律 404 )1 0 0( TCTE b ?? ?428 / KmW????420 / KmWc ?黑體發(fā)射系數(shù)：例 某黑體初始溫度為 20℃ ， 后升溫至 600℃ ， 問其前后輻射能力的變化 。 黑體在 20℃ 的輻射能力 442102 7 3 2 05 . 6 6 9 4 1 8 /1 0 0 1 0 0bTE C W m?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?黑體在 600℃ 的輻射能力 442202 7 3 6 0 05 . 6 6 9 3 2 9 3 0 /1 0 0 1 0 0bTE C W m?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?1232930 7 8 . 8418bbEE??輻射能力變化 （溫度變化600/20=30倍） 實(shí)際物體的輻射能力 在同一溫度下，實(shí)際物體的輻射能力 E恒小于黑體的輻射能力 Eb。 實(shí)際物體的輻射能力 E與同溫度下黑體的輻射能力 Eb之比，稱為該物體的黑度，用 ε 表示。表示為 bEE? ?ε 與物體的性質(zhì)、表面溫度、表面粗糙度和氧化程度有關(guān) 。 實(shí)際物體的輻射能力 4b0E 100TEC?? ??? ? ? ? ????3 克?；舴蚨? 理論證明，任何物體的輻射能力與其吸收率的比值恒為常數(shù)，等于同溫度下絕對黑體的輻射能力 。 bE EA ?bE AE???在同一溫度下 ， 物體的吸收率與黑度在數(shù)值上相等 。 因此實(shí)際物體難以確定的吸收率均可用其黑度的數(shù)值 。 兩固體間的輻射傳熱 P267 工業(yè)上常遇到兩固體間的相互輻射傳熱，輻射傳熱量不僅與兩固體的吸收率、反射率、形狀及大小有關(guān)，而且與兩者之間距離和相互位置有關(guān)。 44121 2 1 21 0 0 1 0 0TTQ C A?????? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? 換熱器 換熱器的種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分為三大類： ● 間壁式 ● 直接接觸式（混合式） ● 蓄熱式 471 換熱器的類型 一、間壁式換熱器 （一）夾套式換熱器 ◎ 結(jié)構(gòu)：夾套式換熱器主要用于反應(yīng)過程的加熱或冷卻，是在容器外壁安裝夾套制成。 ◎ 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單。 ◎ 缺點(diǎn)：傳熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)小。 為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安 裝攪拌器。也可在釜內(nèi)安裝蛇管。 （二） 蛇管式換熱器 （ 1）沉浸式蛇管換熱器 ◎ 結(jié)構(gòu)：這種換熱器多以金屬管子繞成，或制成各種與容器相適應(yīng)的情況，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。 ◎ 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，便于防腐，能承受高壓。 ◎ 缺點(diǎn)：由于容器體積比管子的體積大得多 ,因此管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小。 為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。 (2) 噴淋式換熱器 ◎ 結(jié)構(gòu)：多用于冷卻管內(nèi)的熱流體。將蛇管成排地固定于鋼架上，被冷卻的流體在管內(nèi)流動，冷卻水由管上方的噴淋裝置中均勻淋下，故又稱噴淋式冷卻器。 ◎ 優(yōu)點(diǎn)：傳熱推動力大，傳熱效果好，便于檢修和清洗 。 ◎ 缺點(diǎn)：噴淋不易均勻 。 （三）套管式換熱器 ◎ 結(jié)構(gòu)：將兩種直徑大小不同的直管裝成同心套管，并可用 U形肘管把管段串聯(lián)起來，每一段直管稱作一程。 ◎ 優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)行熱交換時使一種流體在內(nèi)管流過，另一種則在套管間的環(huán)隙中通過。流速高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，逆流流動，平均溫差最大，結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，應(yīng)用方便。 ◎ 缺點(diǎn)：管間接頭較多，易發(fā)生泄漏；單位長度具有傳熱面積小。 472 列管式換熱器的基本型式和設(shè)計(jì)計(jì)算 一、列管式換熱器的基本型式 （一） 固定管板式 P274 使用場合：殼程流體不易結(jié)垢或容易化學(xué)清洗 ,殼體與傳熱管壁溫度之差小于 50度否則加膨脹節(jié) （二） U形管式換熱器 P274 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；適用于高溫和高壓的場合。 缺點(diǎn)：管內(nèi)清洗比較困難。 （三） 浮頭式換熱器 P274 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 ,成本高 ,消除了溫差應(yīng)力，應(yīng)用廣泛 . 二、列管式換熱器的設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮的問題 （一）流體流徑的選擇 P279 在換熱器中，哪一種流體流經(jīng)管程，哪一種流經(jīng)殼程，下列幾點(diǎn)可作為選擇的一般原則： （ 1） 不潔凈或易結(jié)垢的液體宜在管程，因管內(nèi)清洗方便。 （ 2） 腐蝕性流體宜在管程，以免管束和殼體同時受到腐蝕。 （ 3） 壓力高的流體宜在管內(nèi)，以免殼體承受壓力。 （ 4）飽和蒸汽宜走殼程，因飽和蒸汽比較清潔，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流速無關(guān)，而且冷凝液容易排出。 （ 5）流量小而粘度大的流體一般以殼程為宜，因在殼程Re100即可達(dá)到湍流。 （ 6） ) 若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，宜將表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體通入殼程，以減小熱應(yīng)力。 （ 7） 需要被冷卻物料一般選殼程，便于散熱。 (二）流體流速的選擇 列管換熱器內(nèi)常用的流速范圍 (P280） （三）流體兩端溫度的確定 (P280） （四）管子的規(guī)格和排列方法 目前我國試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用 φ19 2 和 φ25 兩種規(guī)格，對一般流體是適用的。此外，還有 φ38 ， φ57 和 φ25 2, φ38 。 按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子長度。系列標(biāo)準(zhǔn)中管長有 ， 2， 3， ， 6和 9m六種，其中以3m和 6m更為普遍。 管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種。與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對易結(jié)垢流體更為適用。如將正方形排列的管束斜轉(zhuǎn) 45176。 安裝，可在一定程度上提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 （五）流動方式的選擇 * 除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的復(fù)雜流動。當(dāng)流量一定時，管程或殼程越多，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，對傳熱過程越有利。但是，采用多管程或多殼程必導(dǎo)致流體阻力損失，即輸送流體的動力費(fèi)用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時，需權(quán)衡傳熱和流體輸送兩方面的損失。 當(dāng)采用多管程或多殼程時，列管式換熱器內(nèi)的流動形式復(fù)雜，對數(shù)平均值的溫差要加以修正。 （六）折流擋板 安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)。 對圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對殼程流體的流動情況有重要影響。由圖可以看出，弓形缺口太大或太小都會產(chǎn)生 死區(qū) ，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。 擋板的間距對殼體的流動亦有重要的影響。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。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的 ～ 。 473 換熱器的傳熱強(qiáng)化途徑 依總傳熱速率方程： 強(qiáng)化方法：提高 K、 S、 均可強(qiáng)化傳熱。 （一）增大傳熱面積 S 關(guān)于傳熱面積 A的改變，不以增加換熱器臺數(shù)，改變換熱器的尺寸來加大傳熱面積 S，而是通過對傳熱面的改造，如開槽及加翅片、以不同異形管代替光滑圓管等措施來加大傳熱面積以強(qiáng)化傳熱過程。 (二）增大傳熱平均溫度差 （如采用逆流操作） （三）增大總傳熱系數(shù) K （設(shè)法減小對 K值影響較大的熱阻） 減小熱阻的主要方法有 (1) 加大流速；（ 2）防止結(jié)垢和及時地清除垢層。 mtKSQ ??mt?mt?