【正文】 雙管程單殼程 此外 ， 傳熱的好壞 ， 除 Δtm的大小外 ， 還應(yīng)考慮影響 K的多種因素及換熱器結(jié)構(gòu)方面的問題 。 平均溫度差 Δ tm 的計(jì)算 ③ 逆流與并流比較 a、當(dāng) T T2及 t t2均已確定時(shí)， Δ tm逆 Δ tm并 ，若 Q相同，則 A逆 A并 ，所以工業(yè)換熱器一般是采用逆流； b、并流 t2 總是 T2，逆流 t2 可以 T2， Q一定時(shí) 若熱流體被冷卻 (T1→ T2)，則冷卻劑溫升 (t2 t1)逆 (t2 t1)并 ，冷卻劑用量 ms2逆 ms2并 ； 若冷流體被加熱 (t1→ t2)，則加熱劑溫降 (T1T2)逆 (T1T2)并 ，加熱劑用量 ms1逆 ms1并 ； 結(jié)論： 逆流比并流優(yōu)越 ， 故應(yīng)盡可能采用逆流操作 。 （ 1） 試分別計(jì)算并流和逆流時(shí)的平均溫度差 。 mtKAQ ??傳熱基本方程式 平均溫度差 Δ tm 的計(jì)算 （ 2） 討論 ① Δ tm由逆流推導(dǎo)得出 ， 但同樣適用于并流 逆流： Δt1 = T1 t2， Δt2= T2 t1 12211221mlntTtTtTtTt???????）（）（并流： Δt1 = T1 t1， Δt2= T2 – t2 22112211mlntTtTtTtTt???????）（）（② 若 max(Δt1 , Δt2)/min (Δt1 , Δt2) 2， 221mttt ????? 平均溫度差 Δ tm 的計(jì)算 例 在一列管式換熱器中用機(jī)油和原油換熱 。 因此要提高 K值關(guān)鍵在于提高較小的一個(gè) α值。 a、若 α α2相差不大，須設(shè)法同時(shí)提高 α α2 。 總傳熱系數(shù) ① 換熱器結(jié)垢嚴(yán)重時(shí) ， 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(shí)清除污垢 ， 就成為主要考慮的方面 。 （ 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(xiàng)，都可使 K值增大?？倐鳠嵯禂?shù) K值數(shù)值范圍見表 55。 傳熱量 Q的計(jì)算（不考慮熱損失及化學(xué)變化） （ 2）校核計(jì)算 A已知，核算換熱器是否合用 可用 已知AtKQA ??m?傳熱任務(wù)要求的 或 要求已知 QtKAQ ?? m?可用 總傳熱系數(shù) （ 1） K的計(jì)算 22m11d1dd1d1AAbAAK ??? ???①當(dāng)傳熱面為平壁時(shí)， dA1= dAm= dA2= dA 21111??? ???bK②當(dāng)傳熱面為圓筒壁時(shí)， dA1≠ dAm≠ dA2≠ dA dA = dA2即以外表面積為基準(zhǔn)時(shí)， 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(duì)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(zhǔn)的總傳熱系數(shù) 總傳熱系數(shù) 當(dāng) dA = dA1即以內(nèi)表面積為基準(zhǔn)時(shí)， 212m111111ddddbK ??????m11 tAKQ ??以換熱管內(nèi)表面積為基準(zhǔn)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(dòng)久而久之會(huì)在間壁表面形成污垢，其產(chǎn)生的熱阻也應(yīng)計(jì)入總熱阻： 外表面積為基準(zhǔn) 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(duì)流給熱阻力 管內(nèi)流體對(duì)流給熱阻力 間壁導(dǎo)熱阻力 常見流體污垢的大致范圍見表 55。 對(duì)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(dǎo)的導(dǎo)熱量： ? ?22mWWWWm2dddRtAbtTtTAbQ ???????? 對(duì)流給熱 熱流體傳給管壁的熱流量： ? ?3322223d1dd RtATTTTAQ WW????????間壁熱傳導(dǎo)的導(dǎo)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(duì)流給熱、間壁導(dǎo)熱、冷流體的對(duì)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(jì)算中，按某一定性溫度 → 確定物性參數(shù) →計(jì)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(shí)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。 tb Tb 對(duì)流給熱 （ 1） 對(duì)流給熱分類 無相變：強(qiáng)制對(duì)流給熱 自然對(duì)流給熱 有相變：蒸汽冷凝給熱 液體沸騰給熱 （ 2） 對(duì)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(duì)流傳熱阻力 、 過渡區(qū)中的導(dǎo)熱和對(duì)流傳熱阻力 、層流底層中的導(dǎo)熱阻力 ） 集中在一定厚度 δ t的流體層中 ，并且該層只有導(dǎo)熱沒有對(duì)流 ， 這樣流體中復(fù)雜的對(duì)流傳熱過程就轉(zhuǎn)化為一定厚度的流體中的導(dǎo)熱問題 ， 就可以用導(dǎo)熱速率方程來描述流體中的對(duì)流給熱過程 。 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。 流動(dòng)的流體傳熱的阻力主要集中在 層流底層 ，所以要強(qiáng)化傳熱，主要的措施是破壞層流底層，降低層流底層的厚度。 規(guī)定：冷流體溫度用 t表示 ， 熱流體溫度用 T表示， 下標(biāo) 1， 2分別代表 進(jìn)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 。 求 Q’ / Q ， 說明何種材料放在里層為好 。 外層與內(nèi)層保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)之比為 λ2/λ1=5， 此時(shí)的熱損失為 Q。℃ ), 使測(cè)得的材料導(dǎo)熱系數(shù) λ’ 與真實(shí)值 λ不同 。 電加熱器的功率為 。 熱側(cè)表面用電熱器維持表面溫度 t1=200℃ 。 熱阻為： m122lnAblrrR????????????? 圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) （ 2） 多層圓筒壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo) t2 t1 1?2 3?t3 t4 1b23b圖 59 多層圓筒壁的熱傳導(dǎo) r1 r2 r3 r4 ? ?1m11211AbttQ???? ?2m22322AbttQ???? ?3m33433AbttQ??? ? ?3m332m221m1141AbAbAbttQ?????????????? ???ni iiinninlrrttAbtt11111 1m11112)ln(???推廣到 n層圓筒壁 5. 2 熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱 Conduction） 例 41如圖所示用定態(tài)平壁導(dǎo)熱以測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù) 。平均面積 Am= 2πl(wèi)rm， 而 稱為對(duì)數(shù)平均半徑 。 ? ? ? ? ? ?321332211433221::::::RRRAbAbAbtttttt???????? 此式說明，在多層壁導(dǎo)熱過程中， 哪層熱阻大，哪層溫差就大；反之，哪層溫差大，哪層熱阻一定大 。此時(shí)傅立葉定律可寫成 t x x dx t1 t2 圖 55 單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) b Q xtqdd???積分上式 ?? ?? 21 dd0 ttb txq ? ?? bttbttq 2121 ???? 平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 傳熱速率（單位時(shí)間通過面積 A上的傳熱量）為： AbttQ?21 ??（ 54） 阻力推動(dòng)力?????RtAbttQ?21b↑或 A ↓或 λ↓， R ↑。一般情況下氣體 λ = f ( t )， t↑, λ↑。 （ 3） 氣體的 熱導(dǎo)率 氣體的 λ很小，對(duì)導(dǎo)熱不利，但對(duì)保溫有利。 α——溫度系數(shù)，對(duì)大多金屬材料為負(fù)值，大多非金屬 材料為正值， 1/K。 非金屬： ρ ↑或 t↑, λ↑。單位時(shí)間內(nèi)，單位傳熱面積上傳遞的熱量即熱通量與溫度梯度成正比， 熱導(dǎo)率， W/m?℃ ntAQ???? ?傳熱速率不僅與溫度梯度成正比，還與傳熱面積成正比，即 ntq???? ?（ 53） 熱導(dǎo)率 ntq???? ?ntq?????物理意義 ：溫度梯度為 1時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的傳熱量，在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量， λ 越大，導(dǎo)熱性能越好。 t = f（ x， y， z， θ） （ 52） 溫度相同的點(diǎn)所組成的面稱為 等溫面 。 . 2 傳熱基本概念 （ 1）傳熱速率 單位時(shí)間內(nèi)通過傳熱面?zhèn)鬟f的熱量 Q（ W）； （ 2）熱通量 單位時(shí)間、單位傳熱面積上傳遞的熱量 q（ W/m2）； （ 3）非定態(tài)、定態(tài)傳熱過程 t =f（ x， y， z， θ）溫度不僅與空間位置還與時(shí)間有關(guān)，為非定態(tài)傳熱； t =f（ x， y， z）溫度只與空間位置有關(guān)與時(shí)間無關(guān)，為定態(tài)傳熱。 流體被冷卻時(shí) ）（ wtTAQ ?? ?流體被加熱時(shí) ）（ tt ?w （ 3）熱輻射 因熱的原因而發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射。 （ 3）蓄熱式傳熱 冷流體 熱流體 熱流體 冷流體 固體填充物