Click to edit Master text styles,单击此处编辑母版标题样式,*,Click to edit Master text styles,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,*,课程设计,换热器选型计算,课程设计,推荐参考书目：,第三版,/,第四版,.,王志魁 刘丽英 刘伟,.,.,任晓光 宋永吉 李翠清,.,.,钱颂文,推荐参考书目：,3,换热概述,热传导,对流传热,一、换热理论,四、管壳式换热器选型步骤,二、管壳式换热器,三、两流体间传热过程计算,3换热概述一、换热理论四、管壳式换热器选型步骤二、管壳式换热,4,生产中的应用：,热量的传递简称传热。,物料的加热或冷却；,热量与冷量的回收利用；,设备或管路的保温。,传热的基本方式：,热传导；,对流；,热辐射。,1,、传热概述,一、换热理论,4生产中的应用：热量的传递简称传热。物料的加热或冷却；传热,5,傅里叶定律,2.,热传导,1),温度场和温度梯度,温度场：,某时刻，物体内部各点的温度分布。,等温面,：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。,t,1,t,2,t,1,t,2,等温线,Q,注意：,不同温度的等温面不相交。,温度梯度：,温度场内，某一点沿其等温面法线方向的温度变化率,。（向量，与法线方向一致，以温度增加的方向为正。）,等温线：,不同等温面与同一平面相交的交线。,5傅里叶定律2.热传导1)温度场和温度梯度温度场：某时刻，物,6,式中,Q,热流量或传热速率，,W,或,J/s,；,A,导热面积，,m,2,；,t/,n,温度梯度，,/m,或,K/m,；,热传导系数，,W/(m),或,W/(mK),。,在质地均匀的物体内，若等温面上各点温度梯度相同，则单位时间内的传热量,Q,与温度梯度 及垂直于热流方向上的导热面积,A,成正比。,2),傅里叶定律,t+,t,t-,t,t,n,Q,dA,傅立叶定律,数学表达式：,6式中 Q 热流量或传热速率，W或J/s；在质地,7,假设：,(1)A,大，,b,小；,(2),材料均匀，热导率,视为常数；,(3),温度仅沿,x,方向变化，且不随时间变化，故为一维稳态传热。,单层平壁的稳态热传导,A,Q,图中，,Q,热流量或传热速率，,W,或,J/s,；,A,平壁的面积，,m,2,；,b,平壁的厚度，,m,；,平壁的导热系数，,W/(m),；,t,1,t,2,平壁两侧的温度，,。,t,1,t,2,b,t,x,dx,Q,x,Q,x+dx,A,7假设：(1)A大，b小；单层平壁的稳态热传导AQ图中，t,8,对,d,x,薄层，,导热速率可表示为：,边界条件为：,积分导出，单层平壁导热速率方程式为：,8对dx薄层，导热速率可表示为：边界条件为：积分导出，,假定：,圆筒壁材质均匀，热导率,为常数；,温度只沿半径方向变化，等温面为同心圆柱面，一维稳态温度场；,单层圆筒壁的稳态热传导,图中，,Q,热流量或传热速率,W,或,J/s,；,导热系数，,W/(m),或,W/(mK),；,t,1,t,2,圆筒壁两侧的温度,；,r,1,r,2,圆筒壁内外半径,m,。,r,b,dt,假定：单层圆筒壁的稳态热传导图中，rbdt,10,对于,d,r,同心薄层圆筒，传热速率为,边界条件：,积分导出，圆筒壁导热速率方程式为：,对数平均面积：,10对于dr同心薄层圆筒，传热速率为边界条件：积分导出，圆,11,对流传热过程,间壁：,导热，热阻大，温差大。,层流底层：,导热，热阻大，温差大。,湍流核心：,对流，热阻很小，温差很小。,过渡区域：,介于层流底层和湍流核心之间。,热流体,冷流体,3,、对流传热,11对流传热过程间壁：导热，热阻大，温差大。热流体冷流体3、,12,对流传热速率方程,牛顿冷却公式,：,式中,Q,对流传热速率，,W,；,对流传热系数，,W/(m,2,),；,t,对流传热温度差，,；,A,传热面积，,m,2,。,的求解是关键，通过对流传热的,特征关系式,求解。,12对流传热速率方程牛顿冷却公式：式中 Q 对流,又称管壳式换热器，工业上广泛使用。,二、列管式换热器,传热面为壳内所有管束壁内外表面积。,主要部件：封头、管板、管束、折流挡板、外壳,管壳式换热器示意图：,管程：流体在同一组管束中的流程。,壳程：流体在壳体中沿某一方向的流程。,又称管壳式换热器，工业上广泛使用。二、列管式换热器传热面为壳,式中，,K,总传热系数，,W/(m,2,),或,W/(m,2,K),；,Q,总传热速率，,W,或,J/s,；,A,总传热面积，,m,2,；,t,m,两流体的平均温差，或,K,。,冷热两流体通过间壁传热过程，其总传热速率,Q,与传热面积,A,和两流体温度差 成正比。,即总传热速率方程式：,三、两流体间传热过程的计算,式中，K总传热系数，W/(m2)或W/(m2K)；冷,15,一、,热量衡算,图中，,热、冷流体的质量流量，,kg/s,；,c,p1,c,p2,热、冷流体的比热容，,J/(Kg,),；,h,1,h,2,冷流体的进、出口焓，,J/kg,；,H,1,H,2,热流体的进、出口焓，,J/kg,。,热流体,G,1,T,1,c,p1,H,1,T,2,H,2,冷流体,G,2,t,2,c,p2,h,1,t,2,h,2,列管换热器,15一、热量衡算图中，热、冷流体的质,16,若流体均无相变，且流体比热容,c,p,不随温度变化。,此时，热量衡算式：,假设，传热过程无热损失,：,热量衡算式：,16若流体均无相变，且流体比热容cp不随温度变化。假设，传热,17,一、恒温传热：,二、变温传热：,二、求传热平均温度差,饱和蒸汽,-,液体沸腾,两侧流体温度沿传热面无变化。,一侧或两侧流体沿传热面的不同位置温度不同。,三、流体流动方式：,逆流：冷热流体沿传热面两侧流向相反。,顺流：冷热流体沿传热面两侧流向相同。,错流：两流体垂直交叉流动。,折流：一侧流体只沿一个方向流动，另一侧流体反复改变流向来回折返流动。,17一、恒温传热：二、变温传热：二、求传热平均温度差饱和蒸汽,18,1,、,逆流和并流,时的,t,m,t,2,t,1,T,1,T,2,t,1,t,2,T,1,T,2,逆流,并流,传热平均温差：,注意：,较大温差记为,t,1,，较小温差记为,t,2,；,当 ,2,时，,181、逆流和并流时的tmt2t1T1T2t1t2T1T2,19,：逆流时的平均温度差,2,、错流、折流时的,温度校正系数,是辅助量,P,、,R,的函数，即,注意：校正系数,应至少不小于,0.8,。,19：逆流时的平均温度差2、错流、折流时的温度校正系数是辅,c),固体壁面另一侧 冷流体,b),固体壁面一侧 另一侧,20,t,2,dA,T,1,t,1,T,2,对于微元段,dA,，,三、总传热系数,冷流体,t,w,T,w,对流,对流,导热,热流体,t,T,Q,a),热流体 固体壁面一侧,微元段温度分布：,c)固体壁面另一侧 冷流体b)固体壁面,21,式中,K,总传热系数，,W/(m,2,K),。,稳态热传导时，沿同一热流方向上，传热速率,为定值，故,21式中 K总传热系数，W/(m2K)。稳态热传,22,污垢热阻,式中，,R,1,、,R,2,传热面两侧的污垢热阻，,m,2,K/W,。,以传热面,dA,1,为基准,(dA=dA,1,):,传热表面常有污垢积存，其热阻一般不可忽视。工程上一般根据经验选用污垢热阻。,以传热面,A,1,为基准：,以传热面,dA,2,为基准,(dA=dA,2,):,以传热面,dA,m,为基准,(dA=dA,m,):,22污垢热阻 式中，以传热面dA1为基准(dA=dA1),1.,根据工艺要求，计算热负荷,Q,；,2.,初选流动方式，尽可能保证逆流或接近逆流，计算平均温度差,t,m,。,3.,依据经验范围选取总传热系数,K,估,，估算总传热面积,A,估,=Q/K,估,t,m,。,4.,确定流体流经管程或壳程，选定管程流速,u,1,；,先按单壳程多管程的计算，如果,0.8,，应增加壳程数；,由流速,u,1,和流量,q,m1,估算单管程的,管子根数,n,，由,n,和,A,估,来估算管子长度,L,，选择合适,管长,及,管程数,再由系列标准选适当型号的换热器。,四、管壳式换热器 选型步骤,1.根据工艺要求，计算热负荷Q；2.初选流动方式，尽可能,5.,核算总传热系数,K,；,分别计算管程和壳程的,，确定污垢热阻,R,d,，求出,K,，与选取的,K,估,比较，保证,K,在经验范围内，并与,K,估,相差不大。若相差很大，回到,4,改变管程流速,u,1,来调整总传热系数,K,。,6.,计算总传热面积,A,；,根据,A=Q/K,t,m,计算,A,，并与选定的换热器传热面积,A,选,比较，应有,10%25%,的裕量。若不能达到裕量要求，应回到,3,重新选取,K,估,估算并选型。,选型实例,注意：,选型计算是一个反复试算的过程，有时要反复试算两三次。,5.核算总传热系数K；分别计算管程和壳程的，确,