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1、传热过程,动力工程系余长军,本章主要内容,基本概念通过平壁、圆筒壁的传热传热的增强与削弱,基 本 概 念,一、复合换热概念:同一表面上同时存在着对流换热和辐射换热的综合热传递现象.电厂中热力设备和管道的散热大都是复合散热。,特例：1）锅炉炉膛中高温烟所对水冷壁的换热时？ 2）凝汽器内蒸汽与管壁的换热时？,二、传热过程,传热过程：指高温（热）流体通过固体壁面将热量传给低温（冷）流体的过程。电厂中，大多数换热设备都是表面式换热器，其换热就是传热过程；如过热器的传热，水冷壁的传热；冷油器中的换热，凝汽器中的换热等。特点：传热过程有时存在三种基本传热方式；一个传热过程至少由三个环节组成；传热过程中，放
2、热和吸热同时进行。,过热器传热过程,电厂中换热设备传热过程,图,省煤器传热过程: 烟气管子外壁管子内壁水,水冷壁传热过程: 烟气管子外壁管子内壁水,导热,对流,对流,辐射,电厂中换热设备传热过程,锅炉炉墙的散热过程,其热路图为：,烟气墙内壁 保温1外保温2外墙外壁空气,辐射,对流,导热,导热,导热,烟气,空气,电厂中换热设备传热过程,包有保温材料的蒸汽管道的散热过程,蒸汽管内壁管外壁(保温层内层) 保温外层空气,对流,对流,导热,导热,其热路图为：,?,?,?,?,三、传热方程式,式中:-为传热量；A-为传热面积； t-为热流体与冷流体间的平均温差； K-为传热系数，W/( oC)。,传热系数
3、和传热热阻,传热系数：在数值上，传热系数K等于冷、热流体间温差为1 oC、传热面积为1 m2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。传热过程越强，传热系数越大，反之则越弱。传热热阻：整个面积的传热热阻：单位传热面积热阻：不同的传热过程，其传热系数和传热热阻的具体表达式不同,导热和对流换热热阻,热流量与热流密度,热阻,热阻单位,导热,对流换热,传热系数的大致数值范围,11-2 平壁和圆筒壁的传热,一、通过平壁的传热,1、单层平壁的传热,传热过程的三个环节,1）左流体左壁面； 2）左壁面右壁面；3）右壁面右流体；,对流、辐射,对流、辐射,导热,（1）传热量及总热阻计算,单位面积传热总热阻
4、：,热流密度：,整个面积传热总热阻：,传热量：,传热系数,由串联热阻叠加原理得传热过程总热阻有,（2）壁温计算,其计算与多层平壁导热时界面温度的计算方法相同：,2、多层平壁的传热,多层平壁传热的热路图,如电厂中，锅炉炉墙散热，汽轮机汽缸壁散热属多层平壁传热问题。例题11-1/2, P158/159;,二、通过圆筒壁的传热,电厂中，大都数换热设备采用管式换热器，传热通过管壁来实现的。,图,1）管内流体内壁； 2）内壁外壁；3）右壁面右流体；,对流,对流、辐射,导热,1、单层圆筒壁传热的特点和计算,由串联热阻叠加原理得单层圆筒壁传热过程的总热阻,2、圆筒壁传热的简化计算,当管壁较薄（d2/d12)
5、或计算要求不高时，常将圆筒壁简化为平壁来计算。,K- 按平壁计算的传热系数；Am-按计算直径计算的传热面积；dm-计算直径，当12时，取dm=1/2(d2+d1) 当12时，取dm=d1,3、多层圆筒壁传热,以双层为例：,双层传热热阻：,n层传热热阻：,11-3 传热的增强与削弱,一、增强传热（一）提高传热系数（即减小传热热阻）1、减小导热热阻采用导热性能好的薄金属壁；减小各种污垢（水垢、油垢、灰垢等）热阻。如：定期急时清洗换热管壁面，冲灰，担高水质等。2、减小对流换热热阻增大流速；但要考虑流速增加带来的其它问题。增加扰动（采用内螺纹管、波纹管、增装扰流子，超声波、机械振动等），但要防腐、防堵
6、；相变换热时急时排出不凝结气体和疏水。3、减小辐射换热热阻增加系统黑度、增加相互间角系数、提高辐射源温度等。,（二）扩展传热表面积,通常在热阻大(换热系数小)（气体侧）的一侧加装肋片.,（二）扩展传热表面积,火电厂中很多设备就是用加肋片的方法强化传热。如锅炉中的膜式水冷壁和肋片式省煤器就是在管外加肋。肋片式省煤器与光管省煤器相比，可节省材料30%，节省省煤器高度尺寸约30%，总金属消耗量可节省10%，而且改变了管外烟气流动状况，减小了磨损。换热面表面加肋除能增强传外，还能有效地调节壁温，在传传低温侧加肋，既能增加传热，又能降低壁温，增加受热面工作的安全性。,通过肋片传热分析*,加肋侧的面积A2
7、肋片表面积A2两肋片之间壁的表面积A”,不加肋时, A1=A2,可见,由于加肋,A2A1,使传热热阻减小了,传热增强了.,（三）加大传热温差,提高热源温度,但受工作条件限制； 降低冷源温度，但受环境限制；通过合理布置流体的流动方式(常采用逆流)来实现加大温差。,二、削弱传热,1、保温隔热的目的（1）减小热损失；（2）保证流体温度，保证工业要求；（3）保证设备正常运行；（4）减小环境污染；（5）保证工作人员安全2、对保温材料的要求（1）热导率小；（2）温度稳定性好；（3）有一定机械强度；（4）吸水吸湿性好。3、最佳厚度 的确定,三、传热实例分析,1、锅炉水冷壁传热分析传热特点：烟气与灰垢层外表面
8、的复合换热热阻较大（主要热阻），而管壁导热热阻及管内沸腾换热热很小。火焰温度高，而管壁温度不高，它只比管内水温高1020 0C.,三、传热实例分析,2、汽缸壁传热分析主要热阻在保温层；缸壁本身导热热阻和缸内壁与蒸汽的换热热阻很小，温差小，不必担心热变形。但保温层损坏或脱落时，会产生热变形和热损失。,三、传热实例分析,3、省煤器传热分析最大热阻在管外的灰垢层导热热阻,省煤器,三、传热实例分析,4、凝汽器传热分析,凝汽器传热总热阻,增强凝汽器传热的措施：减小铜管内侧冷却水对流换热热阻1/1；如提高流速等。减小污垢热阻Rf；如定期清洗等。减小铜管外侧蒸汽凝结换热热阻；如合理布置管束；加强密封，减小漏气；装置凝结水挡板，使凝结水直接进入热水井；采用高效冷凝管，但造价高；凝结区局部热负荷尽量分布均匀。,污垢热阻,冷却塔传热分析,本章小结,复合换热；传热方程，传热系数和传热热阻；平壁的传热计算及热阻表达式；圆筒壁的传热计算及热阻表达式；增强传热的措施；削弱传热的措施；电厂中换热设备传热分析。,本 章 作 业,思考题: P170 11-1至11-6，11-9习题: P171 11-2，11-5,炉内结构,省煤器,凝汽器图,冷油器和回热加热器图,水 冷 壁 安 装 图,
