（2）传热管数目加倍，则传热面积A加倍，但流通截面积 也增大一倍，所以流速相应减小1倍，导致管内对流传热 系数减至原来的0.5 0.8 = 0.574倍。 ∴（Q/△tm）2 /（Q/△tm）1=α2A2/α1A1=0.574×2= 1.15 故管数加倍后，Q /△tm增加15% 。
4.在列管式换热器中，用饱和水蒸汽将空气由10℃加热到 90℃，该换热器由38根φ25×2.5ｍｍ、长1.5ｍ的铜管构 成，空气在管内作湍流流动，其流量为740Kg/h，比热为 1.005×103J/Kg.℃，饱和水蒸汽在管间冷凝。 已知操作 条件下的空气对流传热系数为70W/m2℃，水蒸汽的冷凝 传热系数为8000W/m2.℃,管壁及垢层热阻可忽略不计。A) 试确定所需饱和水蒸汽的温度； B)若将空气量增大25％通过原换热器，在饱和水蒸汽温度 及空气进口温度均不变的情况下，空气能加热到多少度？ （设在本题条件下空气出口温度有所改变时，其物性参数 可视为不变）
Q At w t
0.8
Nu 0.023Re
适用条件
n 0.4 被 加 热 Pr n 0.3 被 冷 却
n
u 0 .8 0 .2 d
辐射 概念：黑体、灰体、吸收率、黑度、角系数 公式：

E Eb
T E b 0T 5.669 100
Q
总推动力 总热阻
t1 t 4
Q
t1 t 4
b
i 1
3
i
i A
b
i 1
3
i
i Ami
总推动力 总热阻
Am 2rm L
rm
r2 r1 ln r2 r1
对流 概念：热边界层、

各种对流传热情况下的影响因素、数量级 几个准数：Nu、Pr
公式
1、牛顿冷却定律 2、管内湍流时：
2. 套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果 蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时 （１）传热系数Ｋ应 Ａ 增大 Ｂ 减小 Ｃ基本不变 （２）空气出口温度 Ａ增大 （３）壁温 Ａ增大 Ｂ 减小 Ｃ 基本不变 Ｂ 略有减小 Ｃ基本不变
3.列管式换热器中用蒸汽加热空气，蒸汽走壳程，空气走 管程且作湍流流动，若其它条件不变，仅将：（1）空气 的压强加倍；（2）传热管的数目增加试估算：Q /△tm将 如何变化？
温度补偿问题：
浮头补偿------浮头式换热器
一端管板用法兰与壳体连接固定，另一端在壳体中自由 伸缩，整个管束可以由壳体中拆卸出来。
适用于壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清洗的 场合。 U型管补偿------U型管式换热器
用于壳体与管子间温差大的场合，但管内清洗比较困难。
§6.8.1列管式换热器（管壳式换热器） 二、选用、设计原则
4
4
-------斯蒂芬—玻尔兹曼定律
a------可希霍夫定律
Q1 2 E b1 E b 2 ----两灰体组成的封闭体系 1 1 1 2 1 A1 F1 2 1 A1 2 A2
换热器 概念：传热的三个环节、传热单元 公式： LMTD法：

设计型、操作型问题计算、分析
10.在一列管式加热器中，壳程为饱和水蒸汽冷凝以加热管程中的 空气。若空气流量大10%,为保证空气出口温度不变，可采用的办法 是______。 A)壳程加折流挡板, 增大壳程α 值 B)将原先的并流改为逆流流动以增大△tm C)开大蒸汽进口阀门以便增大水蒸汽流量 D)开大蒸汽进口阀门以便提高加热蒸汽压力 11.列管换热器的管程设计成多程是为了__________；在壳程设置 折流挡板是为了_________________。
第六章 传热
§6.8 间壁式换热器 §6.8.1列管式换热器（管壳式换热器） §6.8.2其它类型的换热器 §6.8.3传热过程的强化
§6.8 间壁式换热器
管壳式换热器是一种传统的、应用最广泛的热交换设备。 由于它结构坚固，且能选用多种材料制造，故适应性极强， 尤其在高温、高压和大型装置中得到普遍应用。
横 向 壳体、管板、管束、顶盖（封头） 、挡板 纵 向
§6.8.1列管式换热器（管壳式换热器）
温度补偿问题：
温差在50℃以上时，要考虑温度补偿问题
思考： 如何判断壁温tw 、Tw 接近 哪一个温度？T、t or t0？
T1 Tw T t0（环境）
Tw t 0 T Tw Q损 1 1 0 A 1 A T tw tw t Q 1 1 1 A 2 A
ε-NTU法 ： 设备：列管式换热器的结构、热补偿方法、
流程选择原则、强化传热措施
传导内容

导热
薄壳法求一维导热温度分布、Q或q （三类边界条件） 导热微分方程及其化简
例题：
1.有一套管换热器，环隙有119.6℃ 蒸汽冷凝，管内空气 从20℃被加热到50℃，管壁温度应接近______， （119.6℃）总传热系数Ｋ接近于__________侧的对流传 热系数。
5.冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90℃，出口温度为 50℃，冷水进口温度为15℃，出口温度为53℃，冷热水的流量相同， 则热损失占传热量的＿％。（5%） 6.用饱和蒸汽加热冷流体（冷流体无相变）,若保持加热蒸汽压力 和冷流体进口温度t1不变，而增加冷流体流量qm2,则t2＿,Q＿,K＿， Δ tm＿。 7.冷热流体在换热器无相变逆流传热，换热器用久后形成垢层，在 同样的操作条件下，与无垢层时相比，结垢后换热器的K＿，Δ tm ＿，t2＿,Q＿（上升,不变,下降,不确定） 8. 通过一换热器用一定温度的饱和蒸汽加热某油品。经过一段时 间后发现油品出口温度降低。究其原因可能是（A、B、C、D）。 A.油的流量变大； B.油的初温下降； C.管内壁有污垢积存； D.蒸汽侧有不凝气体产生 9.关于传热系数K下述说发中错误的是（C）。 A.K实际是个平均值； B.K随所取的传热面不同而异； C.K可用来表示传热过程的强弱,与冷热流体的物性无关；
13．拟在单程逆流列管换热器中用35℃的冷水将流量为１ kg/s、温度为150℃的热油冷却至65℃，油走管内，软水 走壳程，水的出口温度为75℃，已知油与水均处在湍流， 并知此条件下对流传热系数分别为水：2000w/m2℃，油 1000w/m2℃, 油的平均比热为４kJ/kg℃，若换热器传热面 积为11ｍ2，热损失、垢层及管壁热阻均可不计，试求：1. 该换热器是否可用？2.若油的流量增至1.2kg/s，其他条件 均不变，仅将流程改为双程并知双程时温差校正系数εΔt为 0.86，该换热器能否用？
tw
t1
t
t2
T2
列管式
温度补偿问题： 补偿圈补偿-----固定管板式换热器 换热器两端管板和壳体是连为一体的。 其特点是结构简单、制造成本低，适用于壳体和管束温 差小、管外物料比较清洁、不易结垢的场合。 当壳体和管子之间的温差较大(60~70℃ )且壳体承受 压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。
板式换热器
板式换热器
强化管式换热器
折流杆换热器
螺旋板换热器： ▲传热效率高 传热效率为列管式换热器的 1~3倍 ▲阻力小 以较低的压力损失，处理大容 量蒸气或气体；有自清刷能力，因 其介质呈螺旋形流动，污垢不易沉 积；清洗容易，可用蒸气或碱液冲 洗，简单易行，适合安装清洗装置； 介质走单通道，允许流速比其它换 热器高。
有相变化传热： 蒸气冷凝 ： 1）滴状冷凝， 2）不凝气体排放， 3）气液流向一致 ， 4）合理布置冷凝面， 5）利用表面张力 （沟槽 ，金属丝） 液体沸腾： 1）保持核状沸腾， 2） 制造人工表面，增加汽化核心数。 ◎ 提高传热推动力 加热蒸汽P ， ◎ 改变传热面积A 关于传热面积A的改变，不以增加换热器台数，改变换热器的 尺寸来加大传热面积A，而是通过对传热面的改造，如开槽及加翅 片、以不同异形管代替光滑圆管等措施来加大传热面积以强化传热 过程。
已知：换热任务（一种流体的进、出口温度、流量） 设计内容： 冷却剂或加热剂的选定：
常用的冷却剂有：水、空气、液氨等 常用的加热剂有：水蒸汽、热空气、烟道气、热油、联苯混合物等

冷、热流体的走向：

一般原则： ①不洁净的或易结垢的流体----- 易于清洗侧 ②腐蚀性流体------管程 ③压力高的---- 管程 ④温度远高于环境的或远低于环境的流体----- 管程 ⑤蒸汽---（便于排放冷凝液及不凝性气体） 壳程 ⑥粘度大的或流量较小的流体---- 壳程
[解](1) Ｑ＝qm2cp2 (t2 -t1 ) =740/3600×1.005×103×(90-10)=16527 W ko=1/[1/α o+do/(di.α i)]=1/[1/8000+25/(20×70)]=55.6W/m2℃ ∴ Q=Ko.Ao.△tm=Ko.π .do.L.n.△tm
将已知值代入,得: 16527=55.6×π ×0.025×1.5×38△tm 解得 △tm=66.3℃ 而 △tm=(t1-t2)/ln[(T-t1)/(T-t2)] =(90-10)/ln[(T-10)/(T-90)]=66.3℃ ∴ln[(T-10)/(T-90)]=1.207 解得：T=124.2℃ （2）α i'/α i =(Re2/Re1)0.8=(u2/u1)0.8=1.250.8 α i ' =1.250.8×70= 83.678W/m2.℃ Ｋo'＝1/[1/α o+do/(di.α i’)] =1/[(1/8000)+25/(20×83.7)]=66.4W/m2.℃ △tm'=(t2'-t1)/ln[(T-t1)/(T-t2')] Ｑ'＝1.25qm2cp2 (t2'-t1 ) =Ｋo'.π .do.L.(t2'-t1)/ln[(T-t1)/(T-t2')] 整理得 ln[(T-t1)/(T-t2')]=Ko'.π .do.L.n/(1.25.qm2cp2) 即 ln[(124.2-10)/(124.2-t2')]=66.4×π × 0.025× 1.5×38/(1.25×740×1.005×103/3600) =1.13 解得 t2'=88℃