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1、化学与材料工程学院第四章第四章传热过程及换热器传热过程及换热器蒋天智蒋天智化学与材料工程学院4.1化工生产中的传热过程及换热器化工生产中的传热过程及换热器1、化工生产中的传热过程化工生产中的传热过程传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过程，通常来说有温度差的程，通常来说有温度差的存在就有热的传递，也存在就有热的传递，也就是说温差的存在是实现传热的就是说温差的存在是实现传热的前提条件或者说前提条件或者说是推动力，在化工中很多过程都直接或间接的与传是推动力，在化工中很多过程都直接或间接的与传热有关。但是进行传热的热有关。但是进行传热的目的不外乎是以
2、下三种：目的不外乎是以下三种：1.加热或冷却加热或冷却2.换热换热3.保温保温可见，传热过程是普遍存在的。可见，传热过程是普遍存在的。化学与材料工程学院2 2、 传热基本方式传热基本方式一个物系或一个设备只要存在温度差一个物系或一个设备只要存在温度差就会发生热量传递，当没有外功加入时，就会发生热量传递，当没有外功加入时，热量热量就总是会自动地从高温物体传递到就总是会自动地从高温物体传递到低温物体。根据传热的机理不同，热传低温物体。根据传热的机理不同，热传递有三种基本方式：传导传热，对流传递有三种基本方式：传导传热，对流传热和热辐射。化工生产中碰到的各种传热和热辐射。化工生产中碰到的各种传热现象
3、都属于这三种基本方式。热现象都属于这三种基本方式。化学与材料工程学院（1 1）传导传热）传导传热一个物体的两部分连续存在温差，热就要从高一个物体的两部分连续存在温差，热就要从高温部分向低温部分传递，直到个部分的温度相等为温部分向低温部分传递，直到个部分的温度相等为止，这种传热方式就称为热传导。止，这种传热方式就称为热传导。物质的三态均可以充当热传导介质，但导热的机物质的三态均可以充当热传导介质，但导热的机理因物质种类不同而异，具体为：理因物质种类不同而异，具体为：固体金属：自由电子运动在晶格之间；固体金属：自由电子运动在晶格之间；液体和非金属固体：个别分子的动量传递；液体和非金属固体：个别分子
4、的动量传递；气体：分子的不规则运动。气体：分子的不规则运动。化学与材料工程学院（2 2） 对流传热对流传热热对流是指物体中质点发生相对的位移而引起热对流是指物体中质点发生相对的位移而引起的热量交换，热对流是流体所特有的一种传热的的热量交换，热对流是流体所特有的一种传热的方式，即存在气体或液体中，在固体中方式，即存在气体或液体中，在固体中不存在不存在这种传热方式。其中只有流体的质点能发生的相这种传热方式。其中只有流体的质点能发生的相对位移。据引起对流的原因不同可分为：自然对对位移。据引起对流的原因不同可分为：自然对流和强制对流。流和强制对流。热对流与流体运动状况有关，热对流还伴随有热对流与流体运
5、动状况有关，热对流还伴随有流体质点间的热传导，工程上通常将流体与固体流体质点间的热传导，工程上通常将流体与固体之间的热交换称为对流传热，即包含了热传导和之间的热交换称为对流传热，即包含了热传导和热对流。热对流。化学与材料工程学院（3 3）辐射传热）辐射传热热辐射是一种通过电磁波传递能热辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。一切物体都能以这种方量的过程。一切物体都能以这种方式传递能量，而不借助任何传递介式传递能量，而不借助任何传递介质。通常在高温下热辐射才是主要质。通常在高温下热辐射才是主要方式。方式。化学与材料工程学院3、间壁式换热器、间壁式换热器单程列管式换热器单程列管式换热器1外壳外壳2管束
6、管束3、4接管接管5封头封头6管板管板7挡板挡板化学与材料工程学院 套管式换热器套管式换热器1内管内管2外管外管热热冷冷间壁间壁化学与材料工程学院双程列管式换热器双程列管式换热器1壳体壳体2管束管束3挡板挡板4隔板隔板化学与材料工程学院4.2传导传热传导传热传热的一些基本概念传热的一些基本概念1 1、温温度度场场 物物体体内内各各点点温温度度的的分分布布情情况况，称称为为温温度度场场。由由于于物物体体内内任任一一点点的的温温度度是是该该点点的的位位置置和和时时间间的的函函数数，因因而而温温度度场场可可表为：表为：t=f(x,y,z,)式中式中t-温度；温度；x,y,z-任一点的空间座标；任一点
7、的空间座标；-时间；时间； 如果温度场内各点的温度随时间而变化，此温度场称为不如果温度场内各点的温度随时间而变化，此温度场称为不稳定温度场，如果各点温度不随时间而变化，则称为稳定温度稳定温度场，如果各点温度不随时间而变化，则称为稳定温度场，由于物体内各点温度的分布情况一般都比较复杂，因而一场，由于物体内各点温度的分布情况一般都比较复杂，因而一般情况下很难找到其数学表达式。般情况下很难找到其数学表达式。化学与材料工程学院2 2、等等温温面面 在在某某个个时时刻刻相相同同温温度度的的各各点点所所组组成成的的平平面面称称为为等温面。等温面可以是平面，也可以是一曲面，本课程中所等温面。等温面可以是平面
8、，也可以是一曲面，本课程中所指的等温面一般是平面。指的等温面一般是平面。 3 3、温温度度梯梯度度 从从任任一一点点起起，沿沿等等温温面面移移动动，由由于于温温度度不不发发生生变变化化，因因而而无无热热量量传传递递；而而沿沿与与等等温温面面相相交交的的任任何何方方向向移移动动，温温度度要要发发生生变变化化，即即有有热热量量传传递递，这这种种温温度度随随距距离离的的变变化在与等温面垂直的方向最大。如图所示化在与等温面垂直的方向最大。如图所示。化学与材料工程学院对于冷热流体分别流过管外和管内时发生的对于冷热流体分别流过管外和管内时发生的热量传递的情况，其传热面积为热量传递的情况，其传热面积为A=d
9、LA=dL，d d可可为管内径或外径，为管内径或外径，L L为管长，可人为指定，如为管长，可人为指定，如图中的图中的B B。4、传热面积、传热面积A在传热在传热过程中，垂直于热量传过程中，垂直于热量传递方向的截面积，称为递方向的截面积，称为传热面积，以传热面积，以A表示。表示。对于平面壁，传热面积对于平面壁，传热面积即为即为A，如图，如图3-6中的中的A；化学与材料工程学院5、传热速率、传热速率Q单位时间内通过全部传热面单位时间内通过全部传热面积所传递的热量称为传热速率以积所传递的热量称为传热速率以Q表示，单表示，单位为位为J/s或或w即瓦。显然，即瓦。显然，Q数值的大小即表数值的大小即表示传
10、热过程的快与慢。示传热过程的快与慢。6、恒压比热、恒压比热Cp指压强恒定时（常指指压强恒定时（常指1atm绝对压）单位质量物质温度升高绝对压）单位质量物质温度升高1K时所需的时所需的热量，单位为热量，单位为J/kgK。Cp值一般是温度的函值一般是温度的函数，但本课程把它作常数来处理，或者采用数，但本课程把它作常数来处理，或者采用平均值。平均值。化学与材料工程学院7、定态传热与非定态传热、定态传热与非定态传热与流体流动中有与流体流动中有定态定态流动和非流动和非定态定态流动一样，流动一样，传热过程有定态传热与非定态传热，若传热系传热过程有定态传热与非定态传热，若传热系统内各点的温度仅随着位置变化而
11、不随时间变统内各点的温度仅随着位置变化而不随时间变化，则称此传热过程为定化，则称此传热过程为定态态传热。其特点是单传热。其特点是单位时间内通过传热面积的热量是常量，即传热位时间内通过传热面积的热量是常量，即传热速率不变。连续稳定生产过程中的传热一般属速率不变。连续稳定生产过程中的传热一般属于定于定态态传热。若传热系统中各点的温度既随位传热。若传热系统中各点的温度既随位置变化又随时间变化，则称此传热过程为非定置变化又随时间变化，则称此传热过程为非定态传热过程，在这种情况下，传热速率不再是态传热过程，在这种情况下，传热速率不再是常量，它随时间而变化，因而较复杂。间歇生常量，它随时间而变化，因而较复
12、杂。间歇生产以及连续生产中开车和停车阶段的传热都属产以及连续生产中开车和停车阶段的传热都属于非定态传热。于非定态传热。化学与材料工程学院8 8、加热剂与冷却剂、加热剂与冷却剂在传热过程中，按照传热的目的可将载在传热过程中，按照传热的目的可将载热体分为加热剂和冷却剂。用来对物料进热体分为加热剂和冷却剂。用来对物料进行加热的载热体，称为加热剂，常用来作行加热的载热体，称为加热剂，常用来作加热剂的有蒸汽和热水等；反之，用来使加热剂的有蒸汽和热水等；反之，用来使物料冷却的载热体，称为冷却剂，常用来物料冷却的载热体，称为冷却剂，常用来作冷却剂的有冷水，空气等；如果要把物作冷却剂的有冷水，空气等；如果要把
13、物料的温度降到料的温度降到00以下，此时的冷却剂又称以下，此时的冷却剂又称冷冻剂，如液氨等。在什么样的条件下，冷冻剂，如液氨等。在什么样的条件下，使用何种物质作加热剂或冷却剂，是需要使用何种物质作加热剂或冷却剂，是需要仔细的权衡和选择。仔细的权衡和选择。化学与材料工程学院1 1、传导传热的基本方程式、传导传热的基本方程式-傅立叶定律傅立叶定律在在一一质质量量均均匀匀的的平平板板内内，当当t t1 1 t t2 2热热量量以以导导热热方式通过物体方式通过物体, ,从从t t1 1向向t t2 2方向传递方向传递, ,如图所示。如图所示。化学与材料工程学院 取取热热流流方方向向微微分分长长度度d
14、d，在在dtdt的的瞬瞬时时传传递递的的热热量量为为Q Q，实实验验证证明明，单单位位时时间间内内通通过过平平板板传传导导的的热量与温度梯度和传热面积成正比，即：热量与温度梯度和传热面积成正比，即：dQdAdQdAdt/ddt/d写成等式为：写成等式为： dQ/d=-Adt/d=Q/=-Adt/d式式 中中 Q-Q-导导 热热 速速 率率 ， w;A-w;A-导导 热热 面面 积积 ， m m2 2；dt/ddt/d- -温温度度梯梯度度，K/mK/m；-比比例例系系数数，称称为为导导热热系系数数，w/mw/mK K；由由于于温温度度梯梯度度的的方方向向指指向向温温度度升升高高的的方方向向，而
15、而热热流流方方向向与与之之相相反反，称称为为导导热热基基本本方方程程式式，也也称称为为傅傅立立叶叶定定律律，对对于于稳稳定定导导热热和和不不稳定导热均适用。稳定导热均适用。化学与材料工程学院导热系数导热系数 导热系数是物质导热性能的标志，是物质的物理性导热系数是物质导热性能的标志，是物质的物理性质之一。导热系数质之一。导热系数的值越大，表示其导热性能越好。物的值越大，表示其导热性能越好。物质的导热性能，也就是质的导热性能，也就是数值的大小与物质的组成、结构、数值的大小与物质的组成、结构、密度、温度以及压力等有关。密度、温度以及压力等有关。的物理意义为：当温度梯的物理意义为：当温度梯度为度为1K
16、/m时，每秒钟通过时，每秒钟通过1m2的导热面积而传导的热量，的导热面积而传导的热量，其单位为其单位为W/mK或或W/m。各种物质的各种物质的可用实验的方法测定。一般来说，金属的可用实验的方法测定。一般来说，金属的值最大，固体非金属的值最大，固体非金属的值较小，液体更小，而气体的值较小，液体更小，而气体的值最小。各种物质的导热系数的大致范围如下：值最小。各种物质的导热系数的大致范围如下：金属金属2.3420w/mK；建筑材料建筑材料0.253w/mK绝缘材料绝缘材料0.0250.25w/mK；液体液体0.090.6w/mK气体气体0.0060.4w/mK。化学与材料工程学院 物物 料料w/m物
17、物 料料w/m铝铝204204石棉石棉0.150.15紫铜紫铜6565混凝土混凝土1.281.28黄铜黄铜9393绒毛毯绒毛毯0.0460.046铜铜383383松木松木0.140.140.380.38铅铅3535建筑用砖砌建筑用砖砌0.70.70.80.8钢钢4545耐火砖砌耐火砖砌1.041.04不锈钢不锈钢1717绝热砖砌绝热砖砌0.120.120.120.12铸铁铸铁4545909085%85%氧化镁粉氧化镁粉0.070.07银银411411锯木屑锯木屑0.070.07镍镍8888软木软木0.0430.043铝铝204204石棉石棉0.150.15化学与材料工程学院2、间壁式换热器壁面
18、的热传导、间壁式换热器壁面的热传导 (1) (1) 平面壁的平面壁的定态热传导定态热传导同同一一材材料料的的单单层层平平面面壁壁，在在定定态态传传热热条条件件下下，其其热热导导率率不不随随时时间间发发生生变变化化，传传热热面面的的温温度度仅仅沿沿垂垂直于壁面的热量传递方向变化、但不随时间变化。直于壁面的热量传递方向变化、但不随时间变化。化学与材料工程学院，传热面积，传热面积A A和导热系数和导热系数 也是常量，也是常量，按按傅里叶定律分离变量并积分可得傅里叶定律分离变量并积分可得 = Q/= Q/= A(t= A(t1 1-t-t2 2)/)/ 化学与材料工程学院(2)圆筒壁的定态传热圆筒壁的
19、定态传热 圆筒的内半径为圆筒的内半径为r1,外半径外半径为为r2，长度为，长度为L。若在半径。若在半径为为r处取一微分厚度处取一微分厚度dr，则，则传热面积传热面积A=2rL可以看成可以看成是常数。由傅立叶定律，是常数。由傅立叶定律，通过这一微分厚度通过这一微分厚度dr的圆的圆筒壁的导热速率为：筒壁的导热速率为：=-Adtd=-2rldt/dr化学与材料工程学院将将作常数处理，则可积分：作常数处理，则可积分：整理得：改写之=筒壁面的半径筒壁面的半径较大且其厚度大且其厚度较薄薄时，即，即2的情况下，可的情况下，可以用算术平均值取代对数平均值计算圆筒壁的以用算术平均值取代对数平均值计算圆筒壁的rm
20、和和Am，化学与材料工程学院(3)(3)多层壁面的定态热传导多层壁面的定态热传导A123 1 1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3= =ti ii iAi化学与材料工程学院化学与材料工程学院过程的总推动力为各层推动力之和，总阻过程的总推动力为各层推动力之和，总阻力为各层热阻之和力为各层热阻之和，即对多层壁面的定态热传导，传热推动力和传热阻力具有热推动力和传热阻力具有加和性。加和性。由过程分析还可得到：此式说明多层壁面的定态热传导，各分层温此式说明多层壁面的定态热传导，各分层温度降与该层的热阻呈正比。度降与该层的热阻呈正比。这些结论也适用于多层圆筒壁的定态热传导。这些结论也适用于多层圆筒壁
21、的定态热传导。化学与材料工程学院多层圆筒壁多层圆筒壁与多层平面壁相同的推导方法，从单层圆筒壁与多层平面壁相同的推导方法，从单层圆筒壁的热传导公式可推得多层圆筒壁的热传导公式如的热传导公式可推得多层圆筒壁的热传导公式如下：下：化学与材料工程学院4.34.3 对流传热对流传热 1 1、对流传热的机理、对流传热的机理对流传热是流体各部份质点发生宏观的对流传热是流体各部份质点发生宏观的相对位移所产生的对流运动来传递热量的相对位移所产生的对流运动来传递热量的过程。在化工生产中常遇到流体流经固体过程。在化工生产中常遇到流体流经固体壁面时，温度较高的热流体将热量传递给壁面时，温度较高的热流体将热量传递给固体
22、壁面，或温度较高的固体壁面将热量固体壁面，或温度较高的固体壁面将热量传递给流经它的冷流体。这两种情况都属传递给流经它的冷流体。这两种情况都属于对流传热，工程中常称为给热于对流传热，工程中常称为给热。化学与材料工程学院 由于对流传热是在流体流动过程中发生的热量传递由于对流传热是在流体流动过程中发生的热量传递现象，而且流体流动过程中又与固体壁面接触，那么流体现象，而且流体流动过程中又与固体壁面接触，那么流体流动的状况就与对流传热有密切的关系。流体流经固体壁流动的状况就与对流传热有密切的关系。流体流经固体壁面时，形成流动边界层，边界层内存在速度梯度；当流体面时，形成流动边界层，边界层内存在速度梯度；
23、当流体呈湍流流动时形成湍流边界层，但靠近壁面处总有一层滞呈湍流流动时形成湍流边界层，但靠近壁面处总有一层滞流内层（或称为层流底层）存在。在此薄层内流体质点是流内层（或称为层流底层）存在。在此薄层内流体质点是沿管壁成平行运动的而互不相混的滞流流动。无论是热流沿管壁成平行运动的而互不相混的滞流流动。无论是热流体把热量传递给壁面，还是壁面把热量传递给流经它的冷体把热量传递给壁面，还是壁面把热量传递给流经它的冷流体，都必然要通过滞流内层。流体作湍流流动时，主体流体，都必然要通过滞流内层。流体作湍流流动时，主体流中各部份质点相互碰撞、混合、作不规则的脉动，并有流中各部份质点相互碰撞、混合、作不规则的脉动
24、，并有旋涡生成，温度趋于一致，故热阻很小。而在滞流内层中，旋涡生成，温度趋于一致，故热阻很小。而在滞流内层中，层与层的流体不发生径向的相互位移，无任何宏观的混合。层与层的流体不发生径向的相互位移，无任何宏观的混合。热量仅能通过传导传热的方式通过滞流内层。由于流体的热量仅能通过传导传热的方式通过滞流内层。由于流体的导热系数小，故滞流内层的热阻大，通过滞流内层的温度导热系数小，故滞流内层的热阻大，通过滞流内层的温度急剧下降。急剧下降。化学与材料工程学院 对流传热时沿热流方向的温度分布情况及传热边界对流传热时沿热流方向的温度分布情况及传热边界层的厚度层的厚度化学与材料工程学院对流传热方程式对流传热方
25、程式-牛顿冷却定律牛顿冷却定律根根据据以以上上对对对对流流传传热热机机理理的的分分析析，可可将将复复杂杂的的对对流流传传热热过过程程用用较较为为成成熟熟的的导导热热原原理理来来处处理理。据据傅傅立立叶叶定定律律，当当高高温温流流体体与与固固体壁面对流传热时，可得：体壁面对流传热时，可得：由于传热边界层厚度难以确定。工程上令：由于传热边界层厚度难以确定。工程上令： h=/h=/t t =hA(T-t)=hAtA-传热面积；传热面积；m2T-热流体主体温度，热流体主体温度，K；t-冷流体主体温度，冷流体主体温度，K；h-表面表面传热系数，传热系数，W/（m2K););t-冷热流体温差冷热流体温差;
26、=A(t1-t2)/化学与材料工程学院2 2、对流传热系数的影响因素及其求取、对流传热系数的影响因素及其求取传热系数传热系数 在在对对流流传传热热机机理理的的分分析析中中，把把对对流流传传热热看看作作是是通通过过热热边边界界层层的的导导热热，而而热热边边界界层层一一般般情情况况下下是是很很薄薄的的。它它象象一一层层很很薄薄的的膜膜 一一样样附附在在传传热热壁壁上上，故故传传热热分分系系数数又又称称为为传传热热膜膜系系数数。传传热热分分系系数数的的物物理理意意义义，可可由由牛顿冷却定律得到牛顿冷却定律得到 传热系数传热系数h表示当流体与壁面间的温度差为表示当流体与壁面间的温度差为1K时，时，单位
27、时间通过单位传热面积所能传递的热量。显然，单位时间通过单位传热面积所能传递的热量。显然，h越大，单位时间内传递的热量就越多，所以传热越大，单位时间内传递的热量就越多，所以传热系数反映对流传热的强度。系数反映对流传热的强度。h=At化学与材料工程学院传热情况传热情况h h范围范围h h常用值常用值备注备注蒸汽的滴状冷凝蒸汽的滴状冷凝40000400001200001200004000040000蒸汽的膜状冷凝蒸汽的膜状冷凝5000500015000150001000010000氨的冷凝氨的冷凝93009300卧式冷凝器卧式冷凝器苯蒸汽冷凝苯蒸汽冷凝70070016001600C C3 3C C4
28、 4的冷凝的冷凝93093012401240汽油的冷凝汽油的冷凝93093012101210水的沸腾水的沸腾1000100030000300003000300050005000强制对流有强制对流有较大值较大值水的加热或冷却水的加热或冷却2002005000500040040010001000油的加热或冷却油的加热或冷却505010001000200200500500一些流体的一些流体的h h值值W/W/（m m2 2K K）化学与材料工程学院影响传热分系数的因素影响传热分系数的因素实验证明，影响传热分系数的主要因素有：实验证明，影响传热分系数的主要因素有：（1）流体的流动型态流体的流动型态流体
29、的流动型态分为滞流和湍流，流体的流动型态分为滞流和湍流，这两种型态的传热机理有本质的不同。滞流时传热过程以导这两种型态的传热机理有本质的不同。滞流时传热过程以导热方式进行，传热强度低，传热分系数小，湍流时传热过程热方式进行，传热强度低，传热分系数小，湍流时传热过程以对流方式进行，传热强度高，传热分系数大。在一定的流以对流方式进行，传热强度高，传热分系数大。在一定的流道内，流动时型态由道内，流动时型态由Re数决定，数决定，Re数越大，流体的湍动程度数越大，流体的湍动程度越大，滞流底层越薄，传热边界层也越薄，传热分系数就越越大，滞流底层越薄，传热边界层也越薄，传热分系数就越大。大。对一定的流体和设
30、备来说。对一定的流体和设备来说。Re数主要决定于流体的流速数主要决定于流体的流速u。因此，若使因此，若使Re数提高，必然会使流体的流速增加，流动阻力数提高，必然会使流体的流速增加，流动阻力也会增加，消耗于流体的输送功率亦随之增加。为了防止功也会增加，消耗于流体的输送功率亦随之增加。为了防止功率消耗过大，通常要使热交换器里流体的率消耗过大，通常要使热交换器里流体的Re数在数在50000以下。以下。对于粘度很高的流体即使对于粘度很高的流体即使Re数在数在50000时，功率消耗也过大，时，功率消耗也过大，只能采用较小的只能采用较小的Re数。数。化学与材料工程学院（2）流体的对流情况）流体的对流情况分
31、自然对流和强制对流。自然对流是分自然对流和强制对流。自然对流是由于密度差而引起的流动，流速较低；而强制对流时，流由于密度差而引起的流动，流速较低；而强制对流时，流体是在处力强制作用下流动，流速较大。因此，强制对流体是在处力强制作用下流动，流速较大。因此，强制对流有较大的传热分系数。有较大的传热分系数。（3）流体的物理性质）流体的物理性质流体的物理性质对对流传热过程也有流体的物理性质对对流传热过程也有影响。影响较大的物性参数有导热系数影响。影响较大的物性参数有导热系数、比热、比热cp、密度、密度、和粘度和粘度等。其中等。其中、cp、值增大对传热有利，而值增大对传热有利，而值增大值增大则对传热过程
32、不利。这些物性参数又都是温度的函数，当则对传热过程不利。这些物性参数又都是温度的函数，当流体和壁面间的温度差比较大时，同一截面上流体的温度流体和壁面间的温度差比较大时，同一截面上流体的温度分布就会发生明显变化，引起物性参数的变化，从而对传分布就会发生明显变化，引起物性参数的变化，从而对传热过程产生影响。热过程产生影响。流体在管内被加热时，管壁附近的流体层（传热边界层）流体在管内被加热时，管壁附近的流体层（传热边界层）的温度就会比管道中心处流体的温度高。对于液体，温度的温度就会比管道中心处流体的温度高。对于液体，温度升高会使粘度下降，从而使流体的流速增加，滞流底层厚升高会使粘度下降，从而使流体的
33、流速增加，滞流底层厚度减小，对传热过程有利。反之，若流体在管内被冷却，度减小，对传热过程有利。反之，若流体在管内被冷却，则会对传热过程不利。对气体来说，温度变化不仅影响到则会对传热过程不利。对气体来说，温度变化不仅影响到气体的粘度，还影响到气体的密度，情况更为复杂。气体的粘度，还影响到气体的密度，情况更为复杂。化学与材料工程学院（4）传热面的形状、大小和位置）传热面的形状、大小和位置流体流流体流过曲面或局部障碍地方，由于出现边界层过曲面或局部障碍地方，由于出现边界层分离，漩涡而使湍动更加激烈。这样，流分离，漩涡而使湍动更加激烈。这样，流体微团的漩涡运动能更深地渗入到邻近壁体微团的漩涡运动能更深
34、地渗入到邻近壁面的地方，使滞流底层厚度减薄。因此，面的地方，使滞流底层厚度减薄。因此，传热壁面的形状、大小和位置对传热过程传热壁面的形状、大小和位置对传热过程都有影响。流体在管外横向流过管束时，都有影响。流体在管外横向流过管束时，从滞流向湍流过渡的临界从滞流向湍流过渡的临界Re数只在数只在200左左右，管子尺寸愈小，则边界层脱离愈早，右，管子尺寸愈小，则边界层脱离愈早，边界层愈薄，因此，传热分系数越大。这边界层愈薄，因此，传热分系数越大。这个结论对于管内流动也相同。个结论对于管内流动也相同。化学与材料工程学院准数准数准数的形式准数的形式准数的物理涵义准数的物理涵义ReRe雷诺雷诺Reynold
35、sReynoldsRe=du/Re=du/流体流动形态和湍动程度流体流动形态和湍动程度PrPr普普 兰兰 德德PrandtlPrandtlPr=CPr=Cp p/流流体体的的物物理理性性质质对对对对流流传传热的影响热的影响GrGr格格拉拉斯斯霍霍夫夫GrashofGrashofGr=LGr=L3 32 2gt/gt/2 2自自然然对对流流对对对对流流传传热热系系数数的影响的影响NuNu努努 赛赛 尔尔NusseltNusseltNu=hNu=hd/d/被决定准数，包括有对流被决定准数，包括有对流传热系数传热系数的准数。反映的准数。反映对流传热的强弱程度对流传热的强弱程度无因次准数符号及意义无因
36、次准数符号及意义化学与材料工程学院式中各准数所含的物理量：式中各准数所含的物理量：h-对流传热系数，对流传热系数，w/m2K；u-流速，流速，m/s；-流体的密度，流体的密度，kg/m3；d-传热壁面上有代表性的几何尺寸，可以是管内径，管外传热壁面上有代表性的几何尺寸，可以是管内径，管外径或平板高度，径或平板高度，m；-导热数，导热数，w/mk；-流体的粘度，流体的粘度，kg/ms；Cp-流体的定压比热，流体的定压比热，J/kgk；-流体的体积膨胀系数，流体的体积膨胀系数，1/或或1/K；g-重力加速度，重力加速度，m/s2；t-流体与壁面的温度差，流体与壁面的温度差，或或K。化学与材料工程学
37、院a a、无相变，强制对流时传热系数的准数关联式、无相变，强制对流时传热系数的准数关联式流体在圆管中作强制湍流时，流体在圆管中作强制湍流时，GrGr准数影响可忽略，准数影响可忽略，故：故： Nu=f(Re,Pr)Nu=f(Re,Pr)对于气体和粘度小于水粘度两倍的液体，可采用下对于气体和粘度小于水粘度两倍的液体，可采用下式计算传热分系数：式计算传热分系数：Nu=0.023ReNu=0.023Re0.80.8PrPrn n 或或h应用范围：（应用范围：（1）Re104；（；（2）Pr=0.7120；（；（3 3）管子的长径）管子的长径比比L/d 50L/d 50；（4 4）定性温度取流体进出口温
38、度的算术平均值；）定性温度取流体进出口温度的算术平均值；（5 5）管内流体被加热时，）管内流体被加热时，n=0.4n=0.4；管内流体被冷却时，；管内流体被冷却时，n=0.3n=0.3；（6 6）d d为管子内径为管子内径化学与材料工程学院b、有相变时的传热系数、有相变时的传热系数化工生产中蒸馏、蒸发、用蒸汽加热、冷凝等操作中化工生产中蒸馏、蒸发、用蒸汽加热、冷凝等操作中都涉及有相变情况下的对流传热过程，下面分别介绍沸腾都涉及有相变情况下的对流传热过程，下面分别介绍沸腾和冷凝时的情况和冷凝时的情况。如液体通过固体壁面被加热而沸腾时，液体吸收大量如液体通过固体壁面被加热而沸腾时，液体吸收大量的热
39、而发生相变，沸腾传热过程中最主要的特征是液体内的热而发生相变，沸腾传热过程中最主要的特征是液体内部有气泡生成。在一般情况下气液两相处于平衡状态，液部有气泡生成。在一般情况下气液两相处于平衡状态，液体的沸点等于该液体所处压力下相对应的饱和温度体的沸点等于该液体所处压力下相对应的饱和温度ts。如。如果固体壁面的温度高于液体的饱和温度果固体壁面的温度高于液体的饱和温度ts,则就可能发生沸则就可能发生沸腾。如果液体的温度低于饱和温度腾。如果液体的温度低于饱和温度ts，则这个过程称为过，则这个过程称为过冷沸腾或局部沸腾。如果液体保持饱和温度，这样的过程冷沸腾或局部沸腾。如果液体保持饱和温度，这样的过程就
40、是通常所说的饱和沸腾或整体。就是通常所说的饱和沸腾或整体。化学与材料工程学院以水为例，如图中，在自然对流区，当壁面温度以水为例，如图中，在自然对流区，当壁面温度tw与与1atm下水的饱和温度下水的饱和温度ts的温差较小，靠近壁面的液体是略微过热的，由于温度相对高些，体积膨的温差较小，靠近壁面的液体是略微过热的，由于温度相对高些，体积膨胀，密度下降，形成自然对流，当液体上升到表面时就发生气化。在区域胀，密度下降，形成自然对流，当液体上升到表面时就发生气化。在区域、泡核沸腾区内，由于温差加大，在加热的固体壁面上某些凸凹不平的、泡核沸腾区内，由于温差加大，在加热的固体壁面上某些凸凹不平的过热度较大的
41、点上形成气泡，这些形成气泡的点称为气化核心，当形成气过热度较大的点上形成气泡，这些形成气泡的点称为气化核心，当形成气泡核心后，由于壁温较高，周围过热液体的温度也略高于气泡内的温度，泡核心后，由于壁温较高，周围过热液体的温度也略高于气泡内的温度，热量不断传入，使气泡周围的液体继续气化而体积不断增大，当气泡长大热量不断传入，使气泡周围的液体继续气化而体积不断增大，当气泡长大到某一直径后它就会脱离壁面上升。到某一直径后它就会脱离壁面上升。h化学与材料工程学院 开始气泡很少，随着温度差的加大，气泡的形成加快，开始气泡很少，随着温度差的加大，气泡的形成加快，由于气泡脱离壁面上升，让出的空间被周围温度较低
42、的液体由于气泡脱离壁面上升，让出的空间被周围温度较低的液体所占据，又生成气泡。从一批气泡脱离壁面到另一批气泡在所占据，又生成气泡。从一批气泡脱离壁面到另一批气泡在壁面上生成，有一段重新过热的间隔时间，也随温度差的加壁面上生成，有一段重新过热的间隔时间，也随温度差的加大而气泡减少，这样气泡不断的形成，长大和脱离壁面引起大而气泡减少，这样气泡不断的形成，长大和脱离壁面引起靠近壁面的滞流内层的剧烈的搅动，从而使液体沸腾（有相靠近壁面的滞流内层的剧烈的搅动，从而使液体沸腾（有相变）的对流传热系数比无相变时的对流传热系数大得多。当变）的对流传热系数比无相变时的对流传热系数大得多。当tw-ts温度差再增大
43、，气泡的形成是那样迅速，以致大量气泡在温度差再增大，气泡的形成是那样迅速，以致大量气泡在加热壁面上汇合，形成一层蒸汽膜把壁面遮盖起来。蒸汽膜加热壁面上汇合，形成一层蒸汽膜把壁面遮盖起来。蒸汽膜阻止液体与壁面接触，而壁面的热量必然通过这层蒸汽膜才阻止液体与壁面接触，而壁面的热量必然通过这层蒸汽膜才能传递到液体中去从而使对流传热系数降低。这就是第能传递到液体中去从而使对流传热系数降低。这就是第区区域膜状沸腾。而当温度差再加大，由于加热壁面有很高的温域膜状沸腾。而当温度差再加大，由于加热壁面有很高的温度，辐射的影响加大，对流传热系数又增大。度，辐射的影响加大，对流传热系数又增大。化学与材料工程学院在
44、冷凝过程中，管壁或板壁的温度比蒸汽的饱和温度低，则在冷凝过程中，管壁或板壁的温度比蒸汽的饱和温度低，则冷凝液就在管或板壁面上形成。当饱和蒸汽在壁面冷凝时放出冷凝液就在管或板壁面上形成。当饱和蒸汽在壁面冷凝时放出潜热，凝结为液体。冷凝液在壁面上形成后就在重力作用向下潜热，凝结为液体。冷凝液在壁面上形成后就在重力作用向下流动，如果冷凝液能润湿壁面而形成平滑的液膜，液膜在重力流动，如果冷凝液能润湿壁面而形成平滑的液膜，液膜在重力作用下聚厚而流下，这种冷凝称为膜状冷凝。在膜状冷凝时放作用下聚厚而流下，这种冷凝称为膜状冷凝。在膜状冷凝时放出的潜热就要通过液膜才能传递给冷却壁面。在液膜中存在温出的潜热就要
45、通过液膜才能传递给冷却壁面。在液膜中存在温度梯度，故这层液膜就有一定的热阻。若液体不润湿壁面，在度梯度，故这层液膜就有一定的热阻。若液体不润湿壁面，在壁面上冷凝液不是形成液膜而是在壁面上形成杂乱无章的珠滴，壁面上冷凝液不是形成液膜而是在壁面上形成杂乱无章的珠滴，并在重力作用下沿壁面落下，这种过程称为滴状凝结。由于滴并在重力作用下沿壁面落下，这种过程称为滴状凝结。由于滴状冷凝的固体壁面大部分面积直接暴露在蒸汽中，故滴状冷凝状冷凝的固体壁面大部分面积直接暴露在蒸汽中，故滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的对流传热系数要高。为了使对流的对流传热系数比膜状冷凝的对流传热系数要高。为了使对流传热系数高，就
46、必须使冷凝保持滴状冷凝。为此采取不同的表传热系数高，就必须使冷凝保持滴状冷凝。为此采取不同的表面涂层和蒸汽添加剂，使液滴不能润湿冷凝壁面。面涂层和蒸汽添加剂，使液滴不能润湿冷凝壁面。无论是沸腾或冷凝，相变一侧的传热分系数的值都很大，故无论是沸腾或冷凝，相变一侧的传热分系数的值都很大，故在一般的传热计算中，相变一侧的热阻可忽略不计。在一般的传热计算中，相变一侧的热阻可忽略不计。化学与材料工程学院例例:列管式冷凝器中，用水冷凝有有机物蒸汽，水以列管式冷凝器中，用水冷凝有有机物蒸汽，水以0.5m/s的的流速在流速在252的钢管中流动，进出管的温度分别为的钢管中流动，进出管的温度分别为20和和40。试
47、求管壁对水的传热分系数试求管壁对水的传热分系数。解：据题意水在圆直管中流动，须判断其流动型态，水的定解：据题意水在圆直管中流动，须判断其流动型态，水的定性温度为：性温度为：t定定(20+40)/2=3030的水的各种物性数据查附表得：的水的各种物性数据查附表得：=995.7kg/m3=80.0710-5PasCP=4.174kJ/kg=61.7610-2w/m以上条件满足以上条件满足Dittus公式，水被加公式，水被加热，热，n=0.4，将各项数值代入：，将各项数值代入：h=0.023(61.7610-2/2110-3)130570.85.410.4=2607w/m2=2.607kw/m2化学
48、与材料工程学院4.44.4间壁式热交换体计算间壁式热交换体计算 1 1、传热、传热总方程方程 化工生产中最常用到的传热操作是热流体经管壁向冷化工生产中最常用到的传热操作是热流体经管壁向冷流体传热的过程。该过程称为热交换或换热，这种间壁流体传热的过程。该过程称为热交换或换热，这种间壁两侧流体的传热如图所示。两侧流体的传热如图所示。 当冷、热流体分别从间壁（管壁或当冷、热流体分别从间壁（管壁或平面壁）两侧流过的时候热流体一边流动平面壁）两侧流过的时候热流体一边流动温度逐渐降低，而冷流体则一边流动温度温度逐渐降低，而冷流体则一边流动温度逐渐升高。很显然，热流体将热量从热流逐渐升高。很显然，热流体将热
49、量从热流体主体以对流传热的方式传递给间壁，而体主体以对流传热的方式传递给间壁，而后热量以导热的方式从间壁的一侧传向另后热量以导热的方式从间壁的一侧传向另一侧，最后热量从冷流体一侧的间壁以一侧，最后热量从冷流体一侧的间壁以对对流传热的方式传递到冷流体的主体，这就流传热的方式传递到冷流体的主体，这就是热交换的总的过程。整个传热过程由对是热交换的总的过程。整个传热过程由对流流-导热导热-对流三个部分串联组成，因而对流三个部分串联组成，因而整个过程也称总传热。整个过程也称总传热。化学与材料工程学院1231=h1A(T-Tw)=2=A(A(Tw-t-tw w)/)/= Tw-t-tw/w/T-Tw1h1
50、A=1=2=3=T-t/A A13=tw-t/h2A111+h1A1A Ah2A2=KAt化学与材料工程学院2、传热系数、传热系数K例例:夹套反应釜的内径为夹套反应釜的内径为800mm，釜壁碳钢板，釜壁碳钢板厚厚8mm(=50w/mk),衬搪瓷厚衬搪瓷厚3mm（1.0w/mk)，夹套中通入饱和蒸汽，夹套中通入饱和蒸汽（=10000w/m2k)，蒸汽温度为，蒸汽温度为120，釜内，釜内有机物（有机物（=250w/m2k)温度为温度为80，试求该，试求该条件下的条件下的K值。值。化学与材料工程学院3 3、传热过程平均温度差、传热过程平均温度差 传热平均温度差传热平均温度差tm是指热交换器里参予热交
51、换的冷热是指热交换器里参予热交换的冷热流体温度的差值。根据两流体沿传热壁面流动时各点温度的流体温度的差值。根据两流体沿传热壁面流动时各点温度的变化，可分为恒温传热与变温传热两种情况，现分别予以讨变化，可分为恒温传热与变温传热两种情况，现分别予以讨论。论。 (1)(1)、定态恒温传热、定态恒温传热若两侧流体皆为恒温，此时传热平均温度差就显得十分简若两侧流体皆为恒温，此时传热平均温度差就显得十分简单，即为两流体温度之差：单，即为两流体温度之差：t tm m=T-t=T-t这种情况是很特殊的，它只是在间壁两侧的流体均发生相变这种情况是很特殊的，它只是在间壁两侧的流体均发生相变的情况才出现。例如传热壁
52、的一侧饱和蒸汽冷凝另一侧则是的情况才出现。例如传热壁的一侧饱和蒸汽冷凝另一侧则是液体沸腾气化，在化工中在蒸发和蒸馏中就会有这种恒温传液体沸腾气化，在化工中在蒸发和蒸馏中就会有这种恒温传热的例子。热的例子。化学与材料工程学院(2)、定态变温传热、定态变温传热间壁两侧流体的温度随传热面位置而变，这种情况称为变间壁两侧流体的温度随传热面位置而变，这种情况称为变温传热，这是热交换中较为常见的情形。温传热，这是热交换中较为常见的情形。 变温传热时，两流体的温度差变温传热时，两流体的温度差t t也是沿传热壁面不断变也是沿传热壁面不断变化的。因此，传热计算中应使用平均温度差化的。因此，传热计算中应使用平均温
53、度差t tm m，t tm m是指整是指整个传热壁面的温度差的平均值。个传热壁面的温度差的平均值。t tm m计算方法不仅与冷热流体计算方法不仅与冷热流体的进出口温度有关，还与热交换器中冷热流体的相对流动方向的进出口温度有关，还与热交换器中冷热流体的相对流动方向有关。生产中常见的流体流向有四种类型，如图所示。有关。生产中常见的流体流向有四种类型，如图所示。（1）并流）并流参与热交换的参与热交换的两流体流向相同。两流体流向相同。 （2）逆流）逆流参与热交换的参与热交换的两流体流向相反。两流体流向相反。（3）错流）错流参与热交换的参与热交换的两流体流向相互垂直。两流体流向相互垂直。（4）折流）折流
54、分简单折流和分简单折流和复杂折流两种情况。复杂折流两种情况。化学与材料工程学院错流和折流的情况比较复杂，本课程不予讨论，仅讨论错流和折流的情况比较复杂，本课程不予讨论，仅讨论并流和逆流传热平均温度差的计算。并流和逆流传热平均温度差的计算。化学与材料工程学院化学与材料工程学院平均温差平均温差:例例:在套管式换热器中，冷热流体进行热交换，热流体温度从在套管式换热器中，冷热流体进行热交换，热流体温度从120降到降到70，冷流体温度由，冷流体温度由20升到升到60，试比较并流与逆，试比较并流与逆流的传热平均温度差。流的传热平均温度差。解：并流传热时：解：并流传热时：t1=120-20=100120-7
55、0t2=70-60=1020-60tm=(100-10)/ln(100/10)=39.1逆流传热时：逆流传热时：120-70t1=120-60=6060100即可达到湍流。1流体流经的路径选择流体流经的路径选择(一)选用和设计中应考虑的问题选择的原则化学与材料工程学院系列标准规定采用252.5mm,192mm两种规格的管子。钢管长度多为6米，国家标准规定采用的管长有1.5、2、3、6米四种规格，其中以3米和6米最为普遍。换热管的排列方式有等边三角形和正方形两种，等边三角形排列比正方形排列更为紧凑,但正方形排列的管束清洗方便。换热管规格及排列换热管规格及排列抓住主要矛盾进行选择，例如，首先从流体
56、的压力、腐蚀性及清洗等方面的要求来考虑，然后再考虑满足其他方面的要求。化学与材料工程学院折流挡板折流挡板化学与材料工程学院确定流动路径，根据任务计算传热负荷，确定流体进、出的温度，选定换热器形式，计算定性温度，查取物性，计算平均温差，根据温度校正系数不小于0.8的原则，确定壳程数。依据总传热系数经验值范围，或按生产实际选定总传热系数K估值，估算传热面积A估。选定换热器的基本尺寸，如管径、管长、管数及排列等；若选用，在标准中选择换热器型号。计算管程和壳程的压降，根据初选设备规格，计算管、壳程流体压降，检查结果是否满足工艺要求，若压降不合要求，要调整流速，再确定管程数或挡板间距，或选择另一规格的设
57、备，重新计算压降至满足要求。(二二)列管换热器的选用和设计的步骤列管换热器的选用和设计的步骤计算总传热系数，核算传热面积，计算管、壳程的给热系数h1和h2，确定污垢热阻Rs1和Rs2,计算总传热系数K计，并计算传热面积A计，比较A估和A计，若A估/A计=1.151.25，则初选的设备合适，否则需另设K估值，重复以上步骤。化学与材料工程学院 强化传热的途径强化传热的途径 一、增大传热面积一、增大传热面积A A传传热热速速率率与与传传热热面面积积成成正正比比，传传热热面面积积增增加加可可以以使使传传热热强强化化。需需要要注注意意的的是是，只只有有热热交交换换器器单单位位体体积积内内传传热热面面积积
58、增增大大，传传热热才才能能强强化化。这这只只有有改改进进传传热热面面结结构构才才能能做做到到。例例如如，采采用用小小直直径径管管，或或采采用用翅翅片片管管、螺螺纹纹管管等等代代替替光光滑滑管管，可可以以提提高高单单位位体体积积热热交交换换器器的的传传热热面面积积。我我国国浮浮头头式式热热交交换换器器系系列列由由2525管管改改为为1919管管后后，在在壳壳径径D=500D=500900mm900mm时时，传传热热面面积积可可增增加加42%42%，单单位位传传热热面面积积的的金金属属消消耗耗量量可可降降低低212131%31%。一一些些新新型型的的热热交交换换器器，象象板板式式、翅翅片片式式在在
59、增增大大传传热热面面积积方方面面取取得得了了较较好好的的效效果果。列列管管式式热热交交换换器器每每立立方方米米体体积积内内的的传传热热面面积积为为4040160m160m2 2, ,而而板板式式热热交交换换器器每每立立方方米米体体积积内内能能布布置置的的传传热热面面积积为为2502501500m1500m2 2, ,板板翅翅式式更更高高，一般能达到一般能达到2500m2500m2 2, ,高的可达高的可达4350m4350m2 2以上。以上。化学与材料工程学院 二、增大传热温度差二、增大传热温度差t tm m增增大大传传热热温温度度差差是是强强化化传传热热的的方方法法之之一一。传传热热温温度度
60、差差主主要要是是由由物物料料和和载载热热体体的的温温度度决决定定的的，物物料料的的温温度度由由生生产产工工艺艺决决定定，不不能能随随意意变变动动，载载热热体体的的温温度度则则与与选选择择的的载载热热体体有有关关。载载热热体体的的种种类类很很多多，温温度度范范围围各各不不相相同同，但但在在选选择择时时要要考考虑虑技技术术上上可可行行和和经经济济上上合合理理。例例如如，水水蒸蒸汽汽是是工工业业上上常常用用的的加加热热剂剂，如如前前所所述述，水水蒸蒸汽汽有有许许多多优优点点，但但水水蒸蒸汽汽作作为为加加热热剂剂使使用用其其温温度度通通常常不不超超过过180180。蒸蒸汽汽温温度度到到200200时时
61、，温温度度每每上上升升2.52.5就就要要提提高高一一个个大大气气压压，到到250250时时，温温度度每每上上升升1.31.3时时就就会会提提高高一一个个大大气气压压。使使用用高高压压蒸蒸汽汽会会使使设设备备庞庞大大，技技术术要要求求高高，经经济济效效益益低低，安安全全性性下下降降。因因此此，当当加加热热温温度度超超过过200200时时，就就要要考考虑虑采采用用其其他他加加热热剂剂，如如矿矿物物油油、联联苯苯混混合合物物，甚甚至至采采用用熔熔盐盐、液液态态金金属属等等。由由于于载载热热体体的的选选择择受受到到一一些些条条件的限制，因此，温度变化的范围是有限的。件的限制，因此，温度变化的范围是有
62、限的。化学与材料工程学院三、增大传热总系数三、增大传热总系数K K强强化化传传热热是是主主要要的的是是增增大大K K值值，要要提提高高K K值值就就要要必必须须减减小小各各项项热热阻阻，而而且且应应该该从从热热阻阻最最大大处处着着手手。若若内内、外外侧侧垢垢层层为为主主要要热热阻阻时时，应应设设法法阻阻止止或或减减小小垢垢层层的的生生成成，或或采采取取定定期期清清洗洗等等措措施施。若若两两侧侧的的对对流流给给热热系系数数相相差差很很大大，应应把把重重点点放放在在提提高高较较小小的的值值方方面面。若若两两侧侧的的给热系数都比较小时，则应设法使两个给热系数都比较小时，则应设法使两个值同时提高。值同
63、时提高。 对于在传热过程中无相变化的流体，增大流速对于在传热过程中无相变化的流体，增大流速和改变流动条件都可以增加流体的湍动程度，从而提和改变流动条件都可以增加流体的湍动程度，从而提高对流给热系数。例如增加列管换热器的管程数和壳高对流给热系数。例如增加列管换热器的管程数和壳体中的挡板数，使用翅片管换热器，以及在板式换热体中的挡板数，使用翅片管换热器，以及在板式换热压制各种沟槽等；但同时应考虑到对于流动阻力和清压制各种沟槽等；但同时应考虑到对于流动阻力和清洗、检修等方面的影响。洗、检修等方面的影响。化学与材料工程学院污垢热阻污垢热阻换热器在运行一段时间后，流体介质中可沉积物会在换换热器在运行一段
64、时间后，流体介质中可沉积物会在换热表面上生成垢层，有时换热面还会被流体腐蚀而形成垢层。热表面上生成垢层，有时换热面还会被流体腐蚀而形成垢层。垢层的生成对传热产生附加热阻，使总传热系数减小，传热垢层的生成对传热产生附加热阻，使总传热系数减小，传热速率显著下降。速率显著下降。若垢层厚度为若垢层厚度为s，垢层导热系数为，垢层导热系数为s，则垢层热阻为，则垢层热阻为Rs=s/s。因为垢层导热系数很小，即使厚度不大，垢层热。因为垢层导热系数很小，即使厚度不大，垢层热阻也很大，往往成为主要热阻，必须给予足够重视。阻也很大，往往成为主要热阻，必须给予足够重视。由于垢层的厚度和导热系数不易准确估计，工程计算上
65、通由于垢层的厚度和导热系数不易准确估计，工程计算上通常是选用污垢热阻的经验数值。如管壁内侧和外侧的污垢热常是选用污垢热阻的经验数值。如管壁内侧和外侧的污垢热阻分别是阻分别是Rs1和和Rs2，则总热阻，则总热阻化学与材料工程学院用Rf表示管壁内外两侧污垢热阻之和，则式中K2为清洁表面的总传热系数，K2是结垢表面的总传热系数，分别测得这两个传热系数，即可确定Rf值。化学与材料工程学院流体种类污垢热阻m2/W流体种类污垢热阻m2/W水(u1m/s,t50)蒸气海水0.0001有机蒸汽0.0002河水0.0006水蒸气(不含油)0.0001井水0.00058水蒸气废气(含油)0.0002蒸馏水0.00
66、01制冷剂蒸汽(含油)0.0004锅炉给水0.00026气体未处理的凉水塔用水0.00058空气0.0003经处理的凉水塔用水0.00026压缩气体0.0004多泥沙的水0.0006天然气0.002盐水0.0004焦炉气0.002污垢热阻的大致数值化学与材料工程学院 【例例4-74-7】在双管程列管式换热器中用在双管程列管式换热器中用0.3MPa (0.3MPa (表压表压) )的的饱和蒸汽将流量为饱和蒸汽将流量为2000kg/h2000kg/h的某溶液从的某溶液从2020加热至加热至8080，溶，溶液走管程，蒸汽走壳程，冷凝水于饱和温度下排出，换热器液走管程，蒸汽走壳程，冷凝水于饱和温度下排
67、出，换热器内装有内装有4646根根f 252.5mmf 252.5mm的管子，已知溶液的比热的管子，已知溶液的比热CP=2.8kJ/(CP=2.8kJ/(公斤公斤K)K)，密度，密度r=850kg/m3r=850kg/m3，总传热系数，总传热系数K=1000W/(m2K=1000W/(m2K), K), 传热温差近似取为蒸汽的饱和温度与溶传热温差近似取为蒸汽的饱和温度与溶液的平均温度之差，溶液的平均温度取为进、出口温度的算液的平均温度之差，溶液的平均温度取为进、出口温度的算术平均值。忽略换热器的热损失，试确定：术平均值。忽略换热器的热损失，试确定： 溶液在管内的流速； 蒸汽的消耗量； 换热管的长度。化学与材料工程学院解：解：溶液的体积流量：溶液的体积流量：管程流通截面积：管内平均流速：查得表压0.3MPa下饱和蒸汽的冷凝潜热r=2140kJ/kg,蒸汽消耗量化学与材料工程学院表压0.3MPa下饱和蒸汽的冷凝温度ts=142.9,传热温差：根据传热速率方程换热管长度：
