散热器
散热器
钢制U型翅片管散热器
钢制高频焊翅片管散热器
流体在换热器中的流动方式
顺流
逆流
平行混合流
一次交叉流
顺流式交叉流
逆流式交叉流
混合式交叉流
顺流和逆流时流体温度的沿程变化
t
t
t
t
t1′
t1′ t1
t1′
t2′′
t2′′
t1′′ t1′′
t2′′
t2′
t2
t1′′
t2′
t2′
qm1cp1 < qm2cp2
11
Φl 10
9 8 7 6 5
Φl
Rt
R1
R0
10 20 30 40 50 60 70
d0mm
传热过程的分析和计算
Φl =
tw1 − t f 1 ln d0 +
1
2πλ d1 hπ d0
令
dΦl = 0
dd0
得临界热绝缘直径Βιβλιοθήκη 11Φl109
8
7
Φl
Rt
R1
R0
6
dcr
=
d0
=
2λ h
m
5 10 20 30 40 50 60 70
t
dΦ2x = qm2cp2dt2x
dt1x
dΦx = K (∆tx )dAx = K (t1x − t2x )dAx
dΦ1x = dΦ2x = dΦx
t 1′′
dt1x
=
dΦx qm1c p1
,
dt2 x
=
dΦx qm 2 c p 2
dt1x − dt2x = d (t1x − t2x )
t 2′
分热阻
(m.K)/W
内部传热热阻
R1=0.01768
金属管道导热热阻 保温材料导热热阻 外部传热热阻
R2=0.0008
R3=1.174
R4=0.08141
Ri / Rt %
1.39
0.063
92.15
6.34
传热过程的分析和计算
例一铝电线的外径 d1 = 5.1mm ，外包热导率 λ = 0.15W/(m ⋅ K) 的聚氯乙烯作为绝缘层。环境温度为40℃，铝线表面温度
限制在70℃以下, 绝缘层表面与环境间的表面传热系数为 10W/(m2 ⋅ K)。 求绝缘层厚度不同时每米电线的散热量。
解 每米电线的散热量可按式
Φ= l
1
tw1 − t f ln d0 +
1
=
(tw1 − t f )π 1 ln d0 + 1
2πλ d1 hπ d0 2λ d1 hd0
d1 d0
此题中 tw1 = 70℃，t f = 40℃，d1 = 0.0051m, λ = 0.15W/(m ⋅ K)
Ai
tf 2
t fi
tw1
two
R1
R2
肋壁
A2
ho
t fo
t fo R3
通过平壁的传热过程
热流体 对流传热
辐射传热
固体壁 对流传热
辐射传热
冷流体
热流量
Φ1 = h1A(t f 1 − tw1)
Φ2
=
λA δ
(
tw1
− tw2
)
Φ3 = h2 A(tw2 − t f 2 )
稳态传热时 Φ = Φ1 = Φ2 = Φ3
t 1′ t 2′′ dt2x
=
1 qm1c p1
−
1 qm 2c p 2
dΦx
= µdΦx µ= 1 − 1
qm1cp1 qm2cp2
dAx
A Ax
简单换热器传热量的计算
d (t1x − t2x ) = µ K (t1x − t2x )dAx
d (t1x − t2x ) (t1x − t2x )
=
0.01768(m ⋅ K) /W
管道导热热阻
R2
=
1 2πλ
ln
d2 d1
=
ln 0.22 0.18
2 × 3.14× 40
=
0.0008(m ⋅ K ) /W
保温层导热热阻
R3
=
1 2πλ
ln
d3 d2
=
1
ln
2× 3.14× 0.1
0.46 0.22
= 1.174(m ⋅ K) /W
外部传热热阻
δ /λA
R2
Φ3
=
tw2 − t f 2 1/ h2 A
=
tw2 − t f 2 R3
→→
tw1
− tw2
=
δΦ λA
tw2
−tf 2
=
Φ h2 A
上式中消去两个未知的壁面温度，可以得到热流量为
( ) Φ =
tf1 −tf2 1 +δ + 1
=
tf1 −tf2 Rt
=
A 1
tf1 −tf2 +δ + 1
表明当
d0
=
2λ h
时总热阻最小单位长度的传热量最大。
d0mm
从曲线可以看出，若管道外径等于20mm,包5mm的保温层如何？
最少包多厚才能起到保温的作用？
若管道外径大于或等于30mm,包5mm的保温层如何？
传热过程的分析和计算
dcr
=
d0
=
2λ h
m
对于一般的工程管道，是否要考虑临界热绝缘直径问题？
例题 一内外直径分别为 180mm、220mm 的蒸汽管道，管外包 裹一层120mm的保温层。蒸汽管的热导率 40W/(m ⋅ K)保温层
的热导率 0.1W/(m ⋅ K)；管道内蒸汽温度 t f 1 = 300℃，周围空气 的温度 t f 2 = 25℃ ，两侧的传热系数 h1 = 100W/(m2 ⋅ K),
2. 按结构分 壳管式换热器、套管式换热器、肋管式换热器、 板式换热器。
3. 按流动形式分 顺流式换热器、逆流式换热器、复杂流换热器。
9.2 换热器的分类
套管式（逆流式）换热器示意图
热流体出口
冷流体入口
热流体入口 冷流体出口
9.2 换热器的分类
壳管式换热器示意图
冷流体出口
热流体
热流体
折流板
冷流体入口
0.7850
W/(m ⋅ K)
单位管长的传热量为
ql = kl (t f 1 − t f 2 ) = 0.7850 × (300 − 25) = 215.9 W/m
保温层外表面的温度为℃
tw2
=
tf1
+q α2π d3
=
25 +
215.9 8.5× 3.14× 0.46
=
42.58
℃
各热阻占总热阻的份额
tf1
Φ2
Φ1 tw1
Φ3
tw2
tf 2
tf1
tw1
tw2
tf 2
R2
R3
通过平壁的传热过程
tf1
tw1
tw2
tf 2
R1
R2
R3
热流量
温差
Φ = t f 1 − tw1 = t f 1 − tw1 →→
1/ h1A
R1
tf1
− tw1
=
Φ h1 A
Φ = tw1 − tw2 = tw1 − tw2 →→
(twi
−
two
)
Φ = ho A1(two − t fo ) + ho A2η f (two − t fo )
twi
A2
= ho ( A1 + A2η f )(two − t fo )
hi
two
Ai
ho
= ho Aoηo (two − t fo )
η f —肋效率;ηo -肋壁效率.
t fo
t fi
qm1cp1 > qm2cp2
qm1cp1 ? qm2cp2
qm1cp1 = qm2cp2
注：qmcp 是热容量，单位 J/K。
9.3 简单换热器传热量的计算
t d t1x
t1′′
t1′ t 2′′ dt2x
热流体出口
t 2′
冷流体入口
dAx
A
Ax
热流体入口
冷流体出口
dΦ1x = qm1cp1dt1x
第九章 传热过程和换热器
——传热学理论的典型应用
9.1 传热过程的分析与计算
tf1
Φ2
Φ1 tw1
h1
Φ3
h tw2 2 tf 2
tf1
tw1
tw2
tf 2
R1
R2
R3
平壁
Ao = A1 + A2
A1
tf1
tf1
t w1
h1
h t w 2
2
tf 2
tf1
tw1
tw2
R1
R2
R3
圆筒壁
twi
hi
two
Ko
=
1
β
1 +δ β +
1
,
hi
λ
hoηo
Ki
=
1
+δ
1 +
1
hi λ ho βηo
肋片的作用？？？
β = Ao Ai
污垢热阻
污垢系数（热阻） rf
=
1 Kf
−1 K0
K0 ─传热面干净无垢时的传热系数，W/ (m2 ⋅ K)。
Kf ─传热面结垢后流体流速不变时的传热系数，