10.2.1 换热器的分类
按表面的紧凑程度分: 紧凑式与非紧凑式 紧凑程度用当量直径d e (d h) 或传热面积密度 β来衡量 (β---单位体积中的传热面积) 紧凑式—β≥700m2/m3, 或dh≤6mm 层流换热器—β＞3000m2/m3, 或100μm ≤dh≤1mm 微型换热器–β＞15000m2/m3, 或100μm≤dh≤1mm
1
1 +δ +
1
Ai (10-1)
hi λ h0
10.1 传热过程的分析与计算
3.通过肋壁的传热过程计算
在冷热介质温度一定时，要增强传热可以加大h1、h2、λ、A1、 A2以及减小δ。最有效的措施是改变上列某些值后，可减小各 项分热阻中最大的那一个热阻值。
对于蒸汽加热的暖气包，由于蒸汽凝结换热系数h1远远 大于暖气包对室内空气自然对流时的h2，使这一传热过程中的 总热阻完全决定于h2一侧的换热热阻。因此在h2一侧加导热热 阻较小的肋片是最有效的改进措施。
( ) Φ = π d2lh2
tw2 − tf 2
= tw2 − tf 2 = tw2 − tf 2
1
Rh2
π d2lh2
10.1 传热过程的分析与计算
2.通过圆管壁的传热
在稳态情况下，上面三式中的Φ 是相同的，于是可得
Φ=
tf1 − tf 2
= tf1 − tf 2
1 + 1 ln d2 + 1
10.1 传热过程的分析与计算
1.通过平壁的传热
k
=
1
1 +δ +
1
h1 λ h2
∑ k =
1
+
1 n δi +
1
h1 λ i=1 i h2
影响传热系数k的数值的主要因素：
①冷热流体的物性；
②流速；
③物体表面的形状和布置； ④壁面材料导热系数
当流过壁面的是辐射性气体(二氧化碳、水蒸汽、烟气等), 或壁面与周围 表面间存在较大温差时,则该侧应按复合换热考虑.
10.2 换热器的类型
换热器：用来实现热量从热流体传递到冷流体的装置
10.2.1 换热器的分类
按照换热器的工作原理，可分为
混合式Direct-contact Heat Exchanger ：换热器内冷、热流 体直接接触、互相混合来实现热量交换。
10.2.1 换热器的分类
蓄热式Regenerative Heat Exchanger ：冷、热两种流体依次交 替地流过换热器的同一换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换
由金属板和波纹板形翅片层叠、交错焊接而成，冷热流体流向交叉 结构紧凑，单位体积换热面积大，但清洗困难，检修不便
10.2.2 间壁式换热器的主要形式
复合换热
对流换热：热对流+热传导
10.1 传热过程的分析与计算
4.临界绝缘直径
dcr
=
2λ h0
或(
Bi
)
h0d λ
cr
=2
即:
d0<dcr(Bi<2),d0↑→Ф↑; d0=dcr(Bi=2)时, Ф= Фmax; d0>dcr(Bi>2)时,d0↑→Ф↓.
热绝缘层经济厚度:每年的热损失与热绝缘投资最少时对应的热 绝缘厚度称为热绝缘层经济厚度。
10.2.2 间壁式换热器的主要形式 管壳式换热器 shell-and-tube heat exchanger
一种流体(图中冷流体2)从封头进口流进管于里，再经封头流出。这条路 径称为管程。另一种流体从外壳上的连接管进入换热器，在壳体与管 子之间流动，这条路径称为壳程。
10.2.2 间壁式换热器的主要形式 管壳式换热器 shell-and-tube heat exchanger
k
k
Φ = tf1 − tf 2 Rh1 + Rλ + Rh2
传热过程的定义：热量由壁面一侧的热流体通过 壁面传到另一侧的冷流体中的过程,称为传热过程 传热过程的宏观规律——传热方程
Φ = kA Δt或 q = kΔt
k
=
1
1 +δ +
1
h1 λ h2
∑ k =
1
+
1 n δi
+
1
h1 λ i=1 i h2
10.1 传热过程的分析与计算
10.1 传热过程的分析与计算
10.1 传热过程的分析与计算
2.通过圆管壁的传热
( ) Φ = π d1lh1
tf1 − tw1
= tf1 − tw1 = tf1 − tw1
1
Rh1
π d1lh1
Φ = tw1 − tw2 1 ln d2
2πλl d1
= tw1 − tw2 Rλ
总传热热阻 = 管内热阻 + 管壁热阻 + 管外热阻
即: R = 1 + 1 ln d2 + 1 h1A1 2πλl d1 h2 A2
注意： ①因内外表面面积不一致，故不采用单位面积热阻的 概念； ②管子内、外侧有污垢或包有保温层时，只要增加相 应的热阻项即可； ③要强化或削弱传热过程，应从热阻最大的环节入手
10.1 传热过程的分析与计算
3.通过肋壁的传热过程计算
(以平壁一侧装肋的情况为例)
(2)肋壁传热过程分析
光侧: Φi = hi Ai (t fi −twi)"(a)
壁面: Φλ
=
λ δ
Ai (twi
− tw0 )"(b)
肋侧: Φ0 = h0η0A0(tw0 −t f 0)(c)
热稳态时, Φi = Φλ = Φ0 = Φ
q1 /q = 4347.6/570.3 = 7.623
10.1 传热过程的分析与计算
4.临界绝缘直径
问题：在圆管外加肋是否一定能增强传热？
在圆管外敷设保温层是否一定能削弱传热？
Φ=
πl(t fi − t fo )
1 + ln(do / di ) + 1
hi di
2λ
hodo
(1)加肋时，肋侧对流热阻Rh的下降远远超过导热热阻 Rλ的增大幅度， 故总热阻下降，换热增强
(详见P467图10-5)
10.2.2 间壁式换热器的主要形式
套管式
管式 壳管式*(列管式. 最简单, 最典型)
管束式
蛇管式 板式
见P467-471图
板式 螺旋板式
板翅式
夹套式
热管换热器
10.2.2 间壁式换热器的主要形式
1. 套管式换热器
这是最简单的一种间壁式换热器，其结构如图所示。总的来说，这类间壁式 换热器适用于传热量不大或流体流量不大的情形。实际使用时，为增加换热 面积可采用c所示结构。
10.1 传热过程的分析与计算
复合换热
hr
=
Φr
A(tw − tf
)
h = hc + hr
Φ = Φc +Φr
= (hc + hr ) A(tw − tf ) = hA(tw − tf )
复合换热通常指对流换热与辐射换热同时存在的换热过程。工 程上一般将辐射换热量折合成对流换热量进行计算，为此引进 辐射换热表面传热系数
10.2.2 间壁式换热器的主要形式
2. 管壳式换热器 由管子和外壳构成的换热装置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
10.2.2 间壁式换热器的主要形式
1. 套管式换热器
套管式换热器示意图
套管式换热器。这是最简单的一种间壁式换热器，其结构如图所示。总的来 说，这类间壁式换热器适用于传热量不大或流体流量不大的情形。实际使用 时，为增加换热面积可采用c所示结构。
n
∑ Rh1 + Rλi + Rh2
i =1
=
tf1 − tf 2
∑ 1
n
+
1 ln di+1 +
1
π d1lh1 i=1 2πλil di π dn+1lh2
10.1 传热过程的分析与计算
3.通过肋壁的传热过程计算
(以平壁一侧装肋的情况为例)
(1)肋壁总效率η0
肋面总效率 (见第二章 ) :
η0
=
第10章 传热过程分析与换热器的热计算
第10章 传热过程分析与换热器的热计算
10.1 传热过程的分析与计算
1.通过平壁的传热
10.1 传热过程的分析与计算
1.通过平壁的传热过程
Φ = Ak (tf1 − tf 2 ) = AkΔt
式中：k 为传热系数(W/m2.K),反
映传热过程的强弱
R = 1 (K / W )或 1 (m2 ⋅ K / W ) 传热热阻
Rh1 + Rλ + Rh2
π d1lh1 2πλl d1 π d2lh2
Φ = π d2lko (tf1 − tf2 ) = π d2lkoΔt
ko
=
d2
1
+
1 d2 ln d2
+
1
d1 h1 2λ d1 h2
工程上常常以圆管外壁面积为基准计算的 传热系数
通过n层圆管的稳态传热过程
Φ=
tf1 − tf 2
10.2.1 换热器的分类
蓄热式Regenerative Heat Exchanger ：冷、热两种流体依次交 替地流过换热器的同一换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换
10.2.1 换热器的分类
间壁式(表面式) Surface Heat Exchanger ：换热器内冷、热流体由 壁面隔开，热量由热流体到冷流体传递过程是由热流体与壁面间 的对流换热、壁的导热、壁面与冷流体间的对流换热三个环节组 成的传热过程