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文档之家› 第7章 传热过程的分析与计算
第7章 传热过程的分析与计算
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§7.4 换热器与换热器的热力计算
§7.4.1 换热器的分类 换热器热计算的基本方程(与下节合) §7.4.2 换热器热计算的基本方程(与下节合) §7.4.3 换热器的对数平均温差 §7.4.4 换热器的热力计算 7.4.4
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§7.4.1 换热器的分类
• 按工作原理分为三大类
蓄 热 式
间 壁 式 (管 壳 式 )
K ' ' = 1.98K
2、加装肋片
问题:表面肋化,但肋片应该加在哪一侧呢? 问题:表面肋化,但肋片应该加在哪一侧呢? 与强化对流传热类似,应加在对流传热热阻较大的那一侧, 与强化对流传热类似,应加在对流传热热阻较大的那一侧, 大热阻对应表面传热系数较小的情形,所以应在表面传热系数 大热阻对应表面传热系数较小的情形, 较小的那一侧加肋片 问题:对暖气片强化传热时,加肋片应当加在哪一侧? 问题:对暖气片强化传热时,加肋片应当加在哪一侧? 问题: 问题:但工程上有时也把肋片加在流体表面传热系数大的冷 流体一侧,为何? 流体一侧,为何?
传热系数(以管外表面积为基准): 传热系数(以管外表面积为基准):
tf 1 − tf 2 Φ= do 1 1 1 + ln + π di lhi 2πλl di π d olho = π d olK o ( tf1 − tf2 )
1 do 1 do do 1 + ln + di hi 2λ di ho
• 高温流体通过固体壁面把热量传给另一侧低温流体的过程, 高温流体通过固体壁面把热量传给另一侧低温流体的过程, 称为传热过程 称为传热过程 • 传热方程式: 传热方程式:
Φ = KA ( tf1 − tf2 )
K-传热系数,W/(m2.K),是衡量传热过程强度的物理量, 传热系数, .K),是衡量传热过程强度的物理量,
热阻分析图: 热阻分析图:
传热过程传热量: 传热过程传热量:
Φ = K A∆t =
传热系数: 传热系数:
δ 1 + + h1 A h2 A λ A
1
1
t f1 − t f2
K=
1 δ 1 + + h1 λ h2
根据热阻分析图, 根据热阻分析图,也可容易计算出壁面的温度
Φ t w1 = t f 1 − h1 A
传热学考试安排
• 考试时间: 考试时间: 2010年 2010年6月28日,19:00-21:00 28日 19:00-21: • 考试地点: 考试地点: 石工07级4-6班:东廊201 石工07级 07 东廊201 • 题目类型: 题目类型: 简答分析题:40%;计算题:60% 简答分析题:40%;计算题:60% %;计算题 • 注意:带学生证、计算器等 注意:带学生证、 • 答疑:南堂一层答疑室,26、27晚上,28白天 答疑:南堂一层答疑室,26、27晚上,28白天 晚上
1 δ 1 + + h1 λ h2
1
根据传热方程式.要增大传热量,可有三条途径: 根据传热方程式.要增大传热量,可有三条途径: ① 提高传热温差 ② 增加传热面积 ③ 提高传热系数 • 提高传热温差会受到生产工艺、技术及经济等方面限制 提高传热温差会受到生产工艺、 • 简单增加传热面积会增加设本成本及体积 • 提高传热系数是较为理想的强化传热途径 如何提高传热系数呢? 如何提高传热系数呢? • 提高对流传热的表面传热系数或加装肋片
Φr hr = A (Tw − Tf )
Φ r = hr A (Tw − Tf )
Φ t = ( hc + hr ) A (Tw − Tf ) = ht A (Tw − Tf )
ht称为复合传热表面传热系数,引入复合传热表面传热系数 称为复合传热表面传热系数 复合传热表面传热系数,
的目的是简化复杂换热系统的分析计算 返回
1、提高对流传热的表面传热系数 、
导热热阻一般较小,关键是降低对流传热热阻。那么, 导热热阻一般较小,关键是降低对流传热热阻。那么, 应当提高哪一侧对流传热表面传热系数呢? 应当提高哪一侧对流传热表面传热系数呢?
1 δ 1 1 1 K = + + ≈ + h1 λ h2 h1 h2
对一般保温材料(λ .K), 对一般保温材料(λs=0.12 W/m.K ),自然对流条件下(ho=9 W/(m2.K),临 ,自然对流条件下(ho=9 界热绝缘直径为26.6mm 界热绝缘直径为26.6mm • 工程上一般管道(如输油管道、暖气管线)外径都大于此值,因此敷设保 工程上一般管道(如输油管道、暖气管线)外径都大于此值, 温层会减小散热量 • 在小管径且环境又是自然对流的条件下(实验室内),对管道加保温材料 在小管径且环境又是自然对流的条件下(实验室内),对管道加保温材料 ), 时要特别谨慎。因为,当管径小于临界绝缘半径时, 时要特别谨慎。因为,当管径小于临界绝缘半径时,增加保温层能起到强 化换热的作用 • 电工中,在电线外加上绝缘层一方面可以利用这一点强化电线的散热,使 电工中,在电线外加上绝缘层一方面可以利用这一点强化电线的散热, 其温度不至于升得很高,另一方面可以起到绝缘保护作用。 其温度不至于升得很高,另一方面可以起到绝缘保护作用。
第7章 作业
• 思考题: • 习题:
• 前面我们已经掌握了导热、对流传热、辐射传热等过程的有 前面我们已经掌握了导热、对流传热、辐射传热等过程的有 导热 关理论和计算方法 • 本章主要介绍对同时包含有几种热量传递方式的复杂热量传 递过程如何进行分析和计算 • 重点1:对传热过程,介绍如何确定传热系数k及如何强化传 重点1 对传热过程,介绍如何确定传热系数k 热过程 • 重点2:对换热器,介绍如何进行换热器的热力计算,重点 重点2 对换热器,介绍如何进行换热器的热力计算, 是如何确定冷热流体的平均传热温差
2λs d cr = ho
称为临界热绝缘直径, dcr称为临界热绝缘直径,它与保温材料热导率及所处环 境对流传热强度有关。 境对流传热强度有关。
根据右图, 根据右图,当管线外径小于临界热 绝缘直径时, 绝缘直径时,随着保温层厚度的增 管线的总热阻先减小, 加,管线的总热阻先减小,达到某 一最小值后, 一最小值后,又随保温层厚度的增 加而增大
• h1=103,h2=10,没有强化前:K=9.90 W/(m2.K) ,没有强化前: • 措施 : h1=2000,h2=10: K’=9.95 W/(m2.K) 措施1: , : =
K ' = 1.005K
• 措施 :h1=103,h2=20: K’’=19.6 W/(m2.K) 措施2: :
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§7.2.2 通过圆筒壁的传热过程 7.2.2
与通过平壁的传热过程类似, 与通过平壁的传热过程类似,应借助 热阻的概念来进行分析求解 热阻分析图: 热阻分析图:
传热过程传热量: 传热过程传热量:
tf 1 − tf 2 tf 1 − tf 2 Φ= = Rk Rh1 + Rλ + Rh2
tf 1 − tf 2 = do 1 1 1 + ln + π di lhi 2πλl di π d olho
单位管长总热阻: 单位管长总热阻:
ds 1 Rl = ln + 2πλs d o πd s ho 1
随着保温层厚度的增加, 的增大: 随着保温层厚度的增加,即随着ds 的增大: • —保温层导热热阻Rs逐渐增加 保温层导热热阻 • —保温层外侧的对流传热热阻Rh却随之减小
对单位管长总热阻求极值,可得: 对单位管长总热阻求极值,可得:
tw2
Φ = tf2 + h2 A
二、通过多层平壁的传热
• 求解方法与单层平壁类似
Φ=
t f 1 − tf 2 Rh1 + ∑ Rλi + Rh2
i=1 = n
= KA ( tf 1 − tf 2 )
K=
1
δi 1 1 +∑ + h1 i =1 λi h2
n
三、如何强化t f1 − t f2 )
−1
−1
理论上可以证明, 理论上可以证明,改善表面传热系数值较小的那一侧的对 流传热,对总的传热系数提高的效果较好。 流传热,对总的传热系数提高的效果较好。如果两侧对流热阻 相差不大,则应同时改善。 相差不大,则应同时改善。 思考:把盛有稀饭的碗放在冷水里冷却,应当搅拌哪一侧, 思考:把盛有稀饭的碗放在冷水里冷却,应当搅拌哪一侧,稀 饭会冷却地更快? 饭会冷却地更快?
本书仅学习间壁式换热器中最简单、但也是最基本的所谓套管式换热器 本书仅学习间壁式换热器中最简单、但也是最基本的所谓套管式换热器 (也可认为是1-1型壳管式换热器)的热力计算内容。其它各种间壁式换 也可认为是1 型壳管式换热器)的热力计算内容。 热器的计算也是在套管式换热器热力计算基础上进行的。 热器的计算也是在套管式换热器热力计算基础上进行的。 套管式换热器按冷热流体流向的关系又分为顺流 逆流两种 顺流和 两种, 套管式换热器按冷热流体流向的关系又分为顺流和逆流两种,具有各自 不同的换热特点。 不同的换热特点。
综合反映了两侧对流传热和导热对传热过程的影响 • 本节介绍冷热流体在传热过程中流体温度保持不变情况 下,传热系数的计算以及传热量的确定,传热温差在§ 传热系数的计算以及传热量的确定,传热温差在 以及传热量的确定 7.4介绍。 介绍。 介绍
§7.2 传热过程分析与计算
§7.2.1 通过平壁的传热过程 7.2.1 §7.2.2 通过圆筒壁的传热过程 7.2.2 §7.2.3 临界热绝缘直径 7.2.3
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§7.2.3 临界热绝缘直径 7.2.3
• 设圆管外径为do,其外表面温度为two,保温层外径为ds,其导热 设圆管外径为d 其外表面温度为t 保温层外径为d 系数为λs 。环境流体温度为tf,保温层外表面与流体间复合传 环境流体温度为t 热的表面传热系数为h 热的表面传热系数为ho。 • 分析单位管长散热量与保温层厚度关系 热阻分析图: 热阻分析图: