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1、本章重点： 1 间壁式换热器设备的构造及热工计算 5.1 热质交换设备的分类(演示) 换热器原理与设计余建祖 热交换器原理与设计史美中 1 按照工作原理(认识实习、生产实习) 1）间壁式（表面式）：相互不接触，表冷器、省 煤器、冷凝器、蒸发器等。 2）直接接触式（混合式）：喷淋室、冷却塔等。 动画演示 间壁式换热器的主要型式 (1)套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺 流和逆流两种，适用于传热量不大或流 体流量不大的情形 顺流逆流 (2)壳管式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由管 束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳 内。 管程？增加管程 进一步增加管程和壳
2、程壳程？ (3) 交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其 主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管 束式、管翅式和板翅式三种。 (c) 板翅式交叉流换热器 (4) 板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清 洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。 (5) 螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成， 优点：换热效果好；缺点：密封比较困难。 1出 2出 3按照用途分类: 表冷器、加热器、过热器等 4按照制造材料分类 金属材料、非金属材料及稀有金属材料等 类型。 5.2 间壁式热质交换器的热工计算 5.2.1间壁式两侧流
3、体传热过程分析（讨论） 模型介绍 平均与主体温度的大小关系？ 为什么引入平均? 5.2.2 传热系数与总传热热阻 单位面积 热阻 考虑面积时的 总热阻 差异？ 单位面积热 阻和总热阻 的关系 ？ 总热阻（单位长度的管道） 讨论？ 外表面 内表面 面积 面积 已知： 对于平壁，考虑其两侧的污垢热阻后， 由于两侧面积相同，可以串连成一个热阻 类似的将管子污垢热阻包括进去之后 内表面单位面积的污垢热阻单位长度 外表面单位面积的污垢热阻 单位长度 与 类比理解 单位长度：相当于考虑面积后的情况 类似的将管子污垢热阻包括进去之后 外表面 5.2.3 换热器热工计算的基本原理 1 传热方程式 （2）热平衡
4、方程式（能量平衡原理） 由于温差不断变化，所以采用平均温差 讨论？ 5.2 对数平均温差法 换热器中流体温度沿程变化示意图 同一位置上 对应的温差 顺流时平均温差的推导 作如下假设： (1)冷热流体的质量流量G2、G1以及比热容c2,c1是常数； (2)传热系数是常数； (3)换热器无散热损失； (4)换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。 要计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道局部温 差随换热面积的变化，即 ，然后再沿整个 换热面积进行平均 在前面假设的基础上，并已知冷热流体的进出口温度，分 析微元换热面dA的传热。温差为： 在传热微元面dA内，两种流体的换热量为: 对于热流体 1和冷流
5、体 2: 讨论？ 对等 可见，当地温差随换热面(Ax)呈指数变化，则沿整个换热面 的平均温差为： 讨论？ (1)(1) (2)(2) (3)(3) (2)(3) (2)(3) 带入带入(1)(1) 入口温差入口温差出口温差出口温差 顺流： 逆流时采用类似的方法求解 ( ) ( ) 两端同一位置温差 由于顺流： 顺流时采用类似的表示方法 顺流、逆流统一写成如下形式： 当 可以采用算 数平均温差 P169170应用示例 壳管式换热器的温差？ 将冷热流体进出温度考虑成 逆流对数平均温差 修正系数 通过下列P、R参数在图中查到 例：壳侧1程，管侧2程，求温差？ 1壳侧，2管侧，入口和出口 热媒2实际温
6、差与其可能的 最大理论温差的比值 5.2.3效能-传热单元数法 三个无因次的定义 （1）热工计算涉及的8个量 （2）采用无因次方程，组合各个变量，减少求解 方程。 5.2.3效能-传热单元数法 三个无因次的定义 （1）热容比 （2）传热单元数 无量纲参数2 无量纲参数1 在最后的推导结果中出现，当热 媒确定的情况下，可以视为对 KA的度量 （3）传热效能 温升较大者的实际温差与换热器中可能存在的最 大温差比值 无量纲参数3 效能改写为 或 ？ 对于顺流 如果 （1 ） （2 ） （1）（2） （3 ） (3） 因为 因为： 上节的结论 变形为 ： 合并 当用相同的方法推导如下结论 与前式的差异
7、？ 根据结论返回去理 解无量纲的定义 令 逆流 与设备自身相关的量 顺流 小结： 传热效能 表示实际传热量与可能最大换热量 的比值，已整理成相应的图表，供查询。 当求得 后，可以根据它的定义求得传热量 P173 示例: 求顺流换热量Q，图6-11 求逆流换热量Q，图6-12 P173应用示例 5.2.4表面式冷却器的热工计算 表冷器处理空气时发生热质交换的特点 总热交换量为 温差引起的显热交换量 刘伊斯关系 换热扩大系数 显热传递 潜热传热量 以下针对整个表冷器设备的分析： 空气在设备中的平均温度水膜表面温度 空气在设备中的平均含湿量 水膜表面空气含湿量 水蒸气平均焓值 水膜上水的焓值 ？ 析
8、湿系数可以表示如下形式： 表冷器的传热系数（湿工况） 干工况下的传热系数 肋化系数 表冷器的传热系数（湿工况） 对肋管式换热器，其传热系数（干工况）表示如下 ： 干工况 肋化系数（肋壁总面积/光管 面积） 肋壁总效率 肋化侧 肋化侧换热系数 光管侧换热系数 光管侧 因为 所以 因为 外表面换热系数 干工况 湿工况 干工况 肋化侧 ？ 所以可以认为湿工况下，空气侧换热系数比干工 况高 倍 湿工况下表冷器传热系数可以改写为： 增大的倍数 其他条件不变 表冷器的热工计算（湿工况） （1）表冷器的热交换效率（效能） 定义 t1、t2空气处理前后的温度，tw1水初温 空气热容（干、湿工况下有差异） 空气
9、温度下降dt放出的总热量（湿工况下） 热容比 ： 传热单元数 ： 析湿系数 Ks湿工况 按dt前的整体考虑 视为逆流，所以表冷器 热交换效率可写为： 与设备相关的量 t （2）表冷器的接触系数 接触系数的定义式为： t3理想情况下（时间无限）空 气饱和温度 空气状态 5 4 6 7 平行线等比例定理 也可写为： 234与135相似 264与175相似 表冷器能量分析 在dA上空气放热（空气 ） 表冷器吸热（表冷器） 所以 = 表冷器液膜表层 空气焓近似不变 因为 所以 与设备和风速相关的量 = (2)表冷器设备的 等于空气处理的 表冷器计算的原则 (1) 表冷器设备的 等于空气处理的 (3)表冷器设备吸收能量等于空气释放的能量 分析思路： 空气初终状态已知， 值可求（空气）， 初选设备 调整迎面风速、迎风面积，使符合设备选型，选型后 的设备的 要符合空气的 (细化参数，进一步确定) 求设备的Ks，补充水的流速（0.8-2m/s）。 求NTU（KsA） 水初温 水出口温度（能量平衡） 水阻力，空气阻力（风速，水侧流速）。 为求入口水温作准备 8排,总面积 能量平衡 迎面风速 水流速 下节课开始： 总复习 作业讲解（名单） PPT论文报告
