《传热学》
第十章 传热和换热器
研究内容——
1.在以前知识的基础上，对几种综合传热问题进行分析
2.对传热强化和削弱的各种方法进行归纳总结
3.换热器的构造原理和设计、校核方法
第一节 通过肋壁的传热
无肋侧换热： 壁的导热： 肋侧换热：
肋间面积
肋片面积
肋片平均温度
肋片效率：
肋壁总效率：
将肋片效率表达式代入肋侧散热量计算式：
单壳程2、4、6管程的壳管式换热器
相同的进出口温度下，逆流换热器具有最大的平均温差。 相变换热的平均温度差：
饱和热流体凝结：
饱和冷流体沸腾：
饱和热流体 凝结换热
饱和计算基本公式— —
换热器传热量
热流体失热量
冷流体得热量
换热器计算类型
设计计算
校核计算
根据换热要求，计算 换热器换热面积
肋壁传热量计算式：
以光壁面面积为基准：
——肋化系数
以肋壁面面积为基准：
肋片强化传热方法的分析： 1.提高肋高l，则K提高，但ηf下降。 2.可适当减小肋片间距使β提高，但不应小于两个边界层厚度。 3.采用柱形、齿形等断续肋破坏边界层。 4.肋片应加装于表面传热系数较低的一侧。
第二节 复合换热时的传热计算
缺点：容易堵塞，清洗困难， 不易维修。
翅片形式
五、螺旋板式换热器
螺 旋 板 式 换 热 器 原 理
螺旋板式换热器
优点：结构紧凑，流动阻力小，传热 系数很高，流动冲刷效果好，不易结 垢。 缺点：不易清洗，清理困难，承压能 力低。
螺旋板式换热器内部结构
第五节 平均温度差
研究目标—— 确定 中的
换热器传热计算的特点—— 冷热流体两沿传热面进行换热， 其温度沿流向不断变化，因而 温度差亦不断变化。
复合换热 ——指流体为气体时，壁面上对流和辐射并存的传热方式。
复合换热问题的处理方法 ——将辐射换热改写成对流换热计算式的形式， 得出辐射换热表面传热系数。
对流换热热流密度： 辐射换热热流密度：
辐射换热表面传热系数：
复合换热热流密度：
复合换热表面传热系数：
复合换热的两种情况：
第一种情况：
第二种情况：
锅炉省煤器
三、板式换热器
板式换热器
板式换热器原理
优点：传热系数高，阻力相对较小，结构 紧凑，金属消耗量低，拆装清洗方便，传 热面可以灵活变更和组合。
缺点：易发生内漏，密封材料不能耐高温。
板式换热器的板片
四、板翅式换热器
板束体基本结构
板翅式换热器
板翅式换热器原理
优点：翅片增加流体的扰动， 传热系数很高，结构紧凑。
电暖风机
回转式空气预热器
冷却塔
一、管壳式换热器
管壳式换热器
管壳式换热器原理
优点：结构坚固，易于制造，适应性强， 处理能力大，高温、高压情况下亦可应 用，换热表面清洗较方便。
2壳程4管程
3壳程6管程
缺点：材料消耗大，不紧凑。
二、肋片管式换热器
肋片管式换热器原理
肋片管式换热器
优点：结构紧凑。
缺点：肋片侧的流动阻力较大。
太阳能平板集热器
第四节 换热器的形式和基本构造
间壁式换热器 回热式换热器 混合式换热器
原理
换热 效果
冷热流体被壁面隔开
一般
冷热流体交替流过由蓄热 材料构成的换热器
较好
冷热流体直接接触
最好
适用 范围 例子
不可接触的两种流体 冷凝器、蒸发器、暖风机
可以接触的 两种流体 回转式空气预热器
可以混合的 两种流体 喷淋冷却塔
节省金属材料，使设备趋于紧凑，重量轻。
控制设备或其零部件的温度，使之安全运行。
节约能源，降低能量损失。 安全防护。 环境保护。 满足工艺要求。
削弱传热的目的
一、增强传热的原则
1.扩展传热面： 肋壁、肋片管、波纹管、板翅式换热面
2.改变流动状况： （1）增加流速：管壳式换热器中增加管程和壳程数 （2）流道中加进插入物增强扰动： （3）采用旋转流动装置：涡流发生器 （4）采用射流方法喷射传热表面：
波纹管
3.改变流体物性：流体内加添加剂、珠状凝结促进剂
涡流发生器
4.改变表面状况： （1）增加粗糙度： （2）改变表面结构：多孔金属层增强沸腾换热， 沟槽、螺纹结构增强凝结换热 （3）表面涂层：降低表面张力促成珠状凝结， 提高发射率增强辐射换热
5.改变换热面形状和大小： （1）采用小直径管、椭圆管： （2）凝结换热中采用水平管： （3）自然对流换热中采用竖管代替竖壁：
当热流体M1c1较小时：
2.传热单元数NTU ——无量纲传热系数 3.计算步骤： NTU
查表
ε
t1″或 t2″
Φ
4.特点——比较适合校核计算
第七节 换热器性能评价简述
换热器选型和设计的要求： a.达到生产过程的换热要求（换热量、温度等） b.强度可靠 c.便于制造、安装和检修 d.经济合理
多孔金属板
6.改变能量传递方式：对流－辐射板
7.靠外力产生振荡，强化传热：
对流－辐射板
二、削弱传热的原则
1.覆盖热绝缘材料： （1）泡沫热绝缘材料： （2）超细粉末热绝缘材料： （3）真空热绝缘层：
保温瓶中的 真空热绝缘层
2.改变表面状况和材料结构： （1）采用选择性涂层增强对投入辐射的吸收， 同时削弱本身对环境的辐射换热损失： （2）附加抑制对流的元件： （3）在保温材料表面或内部添加憎水剂： （4）利用空气夹层隔热：
顺流
逆流
顺流和逆流时的对数平均温度差：
t ——换热器温差较大一端的冷热流体温度差
t ——换热器温差较小一端的冷热流体温度差
其他流动方式的平均温度差计算方法： 按逆流方式计算计算出对数平均温差
计算
查表得出温差修正系数
平均温差
一侧流体混合，一侧流体不混合的一次交叉流
两侧流体均不混合的一次交叉流
对现有换热器计算其 能达到的出口温度
一、平均温差法(LMTD法)
开始
结构设计
1.计算步骤：见右图
△tm和Φ 假定tW K
N
校核tW
Y
2.特点： ——比较适合设计计算
传热面积A
管长l
N
阻力校核
Y
结束
二、传热单元数法(ε－NTU法)
1.效能ε ——换热器实际传热量与最大可能传热量之比
当冷流体M2c2较小时：
物体处在对流与辐射热平衡状态：
天空tam 0C
qr
结霜时地面温度 tw 0C
qc
空气t f 0C
冬季地面结霜过程的热平衡
第三节 传热的增强和削弱
传热量计算式：
增加（降低）传热系数 增加（降低）传热面积 增加（降低）传热温差
节约能源，减少动力消耗。
增强或削弱传热的三种途径
增强传热的目的