成间壁式换热器。热由热流体以 对流方式传递到壁面一侧，通过 间壁的导热，在由壁面另一侧以
间
壁
热流
方向
对流形式传递到冷流体。
2020/6/21
对流 导热 对流
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现讨论典型的间壁式换热器结构及其操作原理
❖ 1.套管式换热器
❖ 由直径不同的两根圆 管组成的同心套管。
一种流体在内管中流
每一动段，套管另称一一种程。流程体与在程之套间一般是上下排列，固定在 管架管上的。若环所隙需中传热流面动积，较大两，则可用数排并列，各排均 优与点总：流管采体连用接是标而准通并管过联子使内与用管管。件壁。面构造简单，加工方便，排数和 程数伸进缩行性换大，热可。距需要增减。适当地选择内、外管的直径
❖ 显著特点是传热速率q为常量。
❖ 连续传热过程属于稳态传热。
✓ 非稳态传热：温度既随位置变化 又随时间变化的传热方式。
❖ 特点：
✓ 可在真空中传播
2020/✓6/21能量传递同时伴随有能量的转换
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5.1.3 典型的传热设备
❖ 实现两流体换热过程的设备称为换热器
❖ 化工生产中遇到的多是两流体间的热交换
。热交换是指热流体经固体壁热流面体 (间壁)冷将流体 冷热、量热传流体给被冷间流壁隔体开的，过它们程分。
别在壁面两侧流动。此壁面即构
2020/6/设21 置隔板后占去部分布管面积而减少了传 11
❖ 衡 。量5传.1热.4的传快慢热用速传热率速与率热及热通通量量表示
✓ 传热速率q：单位时间内通过传热面的热量 ，W
✓ 热通量q/S：每单位面积的传热速率， W/m2
❖ 〖说明〗
✓ 传热速率和热通量是评价换热器性能的重
要指传热标方式。
❖ 若列管换热器的传热面积较大，而需要的 管数很多时，有时流体在管内的流速便较 低，结果使流体的对流传热系数减小。为 了提高管程流速，可在换热器封头内设置 隔板，将全部管子平均分成若干组，流体 在管束内来回流过多次后排出，称为多(管 )程列管式换热器，如图示。
❖ 程数增多，虽然提高了管内流体的流速， 增大了管内的对流传热系数，但同时也使 流动阻力增大，平均温度差降低。此外，
传热速率Q
热通量q
q↑导，热换热器性导能热愈速率好
导热热通量
✓ 由于对流传传热热面积对具流传有热速不率同的对流表传示热热形通量式，因此 2020/6/21同一辐射传传热热速率辐所射传对热速于率的热辐射通传量热热的通量数值各不 12
5.1.5 稳态传热与非稳 态传热
✓ 稳态传热：温度仅随位置变化而 不随时间变化的传热方式。
❖ 从微观角度看，气体、液体、导电固体和 非导电固体的机理各不相同。
✓ 气体：是气体分子做不规则热运动时相互 碰撞的结果。气体分子的动能与其温度有 关，高温区的分子运动速度比低温区的大 。热量水平较高的分子与热量水平较低的 分子相互碰撞的结果，热量就由高温区传 递到低温区。
✓ 导电固体：有许多的自由分子在晶格之间
2❖020总/6/21的来说，关于导热过程的微观机理，目前 4 仍不很清楚。本章只讨论导热现象的宏观规
5.1.2.2.热对流(对流)
❖ 定义：由于流体质点发生相对位移而引起的 热量传递过程
❖ 特点： ✓ 热对流只发生在流体中。 ✓ 流体各部分间产生相对位移 ❖ 产生对流的原因 ✓ 由于流体内部温度不同形成密度的差异，在 2020浮/6/21力的作用下产生流体质点的相对位移，使 5
传热过程基础知识
5.1.2 传热的基本方式
❖ 根据传热的机理不同，传热分为三种基本方
❖ 5.1.2.1.热传导(导热) ❖ 定义：热量从物质中温度较高的部分传递到
温度较低的部分，或者从高温物质传递到与 之相邻的低温物质的热量传递现象。 ❖ 特点： 2✓020由/6/21于物质微观粒子的热运动而引起的热量传 2 递，在传热方向上无物质的宏观位移。
，可使两种流体都达到较高流速，从而提高传热系数；两流 体可始终以逆流方向流动，平均温度差最大。
缺点：接头多易泄漏，占地面积大，单位传热面积：S=πdL
❖ 为了改变套管式换 热器传热面积小，2.列管式换热器 设备不紧凑的状况 ，常将若干细管组 组成成的：壳管体束、放管束在、一管大板和封头等部分。 一的种外流体管由中封，头的这进种口换管进入，流经封头与管板的空间分配 至热各器管内称，为从列另一管端式封换头的出口管流出。另一种流体则由壳 体热的器接管。流入，在壳体与管束间的空隙流动中通过管束表面
与管束内流体换热，然后从壳体的另一端接管排出。为增加
流体湍动程度，通常壳体内安装若干与管束垂直的折流档板 。
流体流经管束的过程，称为流经管程，将该流体称为管程( 管方)流体； 2流020体/6/2流1 经壳体环隙的过程，称为流经壳程，将该流体称为壳 10 程(壳方)流体。
❖ 若流体只在管程内流过一次的，称为单管 程；只在壳程内流过一次的，称为单壳程 。
轻者上浮，重者下沉，称为自然对流；
❖ 化工生产中，常遇到的并非是单纯的热 对流方式，而是流体流过固体表面时发 生的热对流和热传导联合作用的传热过 程，即热由流体传递到固体表面(或反 之)的过程，通常将它称为对流传热(也 称给热)。其特点是靠近固体壁面附近 的流体中依靠热传导方式传热，而在流 体主体中则主要依靠对流方式传热。
运动，正如这些自由电子能传导电能一样
，它们也能将热量从高温处传递到低温区
。
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✓ 非导电固体：导热是通过晶格结构的振动(
✓ 液体：
一种观点认为它定性地和气体类似，只是液体分 子间的距离比较近，分子间的作用力对碰撞过程 的影响比气体大得多，因而更复杂。
另一种观点认为其导热机理类似于非导电固体， 即主要依靠原子、分子在其平衡位置附近的振动 ，只是振动的平衡位置间歇地发生移动。
❖ 可见，对流传热与流体流动状况密切相 关。
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❖ 定 的义传：递因。热5.的1原.2因.3而.热产生辐的射电磁波在空间
❖ 自然界中一切物体都在不停地发射辐射能 ，同时又不断地吸收来自其它物体的辐射 能，并将其转化为热能。物体之间相互辐 射和吸收能量的总结果，称为辐射传热。 由于高温物体发射的能量比吸收的多，而 低温物体则相反，从而使净热量从高温物 体传递向低温物体。