4.4.4總傳熱速率方程的應用傳熱面積的計算：K為常數時：當K為變量，但K隨溫度呈線性變化時：4.4.4總傳熱速率方程的應用傳熱面積的計算：4.4.4總傳熱速率方程的應用傳熱面積的計算：4.4.4總傳熱速率方程的應用傳熱面積的計算：（3）K隨溫度不呈線性變化時：若K隨溫度變化不大，可以采用分段計算法：

將換熱器分段，每段的K視為常量，將各段計算所得的換熱面積相加和。（3）K隨溫度不呈線性變化時：若K隨溫度變化不大，可以采（3）K隨溫度不呈線性變化時：用圖解積分法或數值積分法求得。（3）K隨溫度不呈線性變化時：用圖解積分法或數值積分法求得[例4-10]現要求每小時將500kg的乙醇飽和蒸氣（Tb=78.5℃

）在換熱器內冷凝并冷卻至30℃,已知其傳熱系數在冷凝和冷卻時分別為1=3500W·m-2

·K-1，2=700W·m-2

·K-1，t1=15℃，t2=35℃。已知水的傳熱系數3=1000W·m-2

·K-1，cp,c=4.2kJ·kg-1·K-1,忽略管壁和污垢熱阻,求換熱器的傳熱面積。[例4-10]現要求每小時將500kg的乙醇飽和蒸氣（Tb解：乙醇冷凝放熱：乙醇冷卻放熱：總放熱：Q1+Q2=1.41105W解：乙醇冷凝放熱：乙醇冷卻放熱：總放熱：Q1+Q2=1.41冷卻水流量用傳熱速率方程求傳熱面積，既有相變傳熱，也有無相變的變溫傳熱，因此將傳熱面積分段求解，分為冷凝段和冷卻段，求得兩段分界處的水溫，再求其他。78.5℃78.5℃35℃30℃15℃冷卻水流量用傳熱速率方程求傳熱面積，既有相變傳熱，也有無相變冷凝段兩段分界處水溫：t'=35-17.3=17.7℃78.5℃78.5℃35℃30℃15℃冷凝段78.5℃78.5℃35℃30℃15℃冷凝段：78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃冷凝段：78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃冷卻段換熱器傳熱面積S=S1+S2=3.04+1.40=4.44[m2]78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃冷卻段換熱器傳熱面積S=S1+S2=3.04+1.40=4.2.實驗測定總傳熱系數K方法：實驗測定流體的溫度、流量等參數，

通過計算。[例]2.實驗測定總傳熱系數K方法：實驗測定流體的溫度、流量等參3.換熱器的操作型計算若qm,c’=1.2qm,c，t1、t2不變，應采取什么措施?

（忽略管壁熱阻和污垢熱阻）T1T2t1t280℃20℃T=116.3℃P=1.765105Pa殼間水蒸氣冷凝空氣湍流[例4-11]3.換熱器的操作型計算若qm,c’=1.2qm,c，t1原流量下：新流量下：（2）傳熱速率原流量下，式中05~25(1)熱量恒算6000~2000030000~100000原流量下：05~25(1)熱量恒算6000~20000新流量下，強制湍流，管徑不變，則新流量下，強制湍流，管徑不變，原流量下新流量下只有提高飽和蒸氣的壓力才能滿足要求。T1=116.3℃T2=T1t1=20℃t2=80℃P=1.765105PaT1’=？qm,c’=1.2qm,c原流量下只有提高飽和蒸氣的壓力才能滿足要求。T1=116.4.4.5傳熱單元數法（NTU法）傳熱單元法又稱傳熱效率-傳熱系數法（ε-NTU)一、傳熱效率最大可能傳熱速率：換熱器中可能發生最大溫差變化的傳熱速率。理論上最大的溫差：4.4.5傳熱單元數法（NTU法）傳熱單元法又稱傳17熱容流量：qmcp

由熱量衡算得最小值流體可獲得較大的溫度變化最小值流體：熱容流量最小的流體為最小值流體。17熱容流量：qmcp由熱量衡算得最小值流體可獲得較18二、傳熱單元數基于冷流體的傳熱單元數18二、傳熱單元數基于冷流體的傳熱單元數19傳熱單元數：量綱為1的函數，反映傳熱推動力和傳熱所要求的溫度變化。傳熱推動力↑，（NTC)c↓19傳熱單元數：

長度量綱，是傳熱熱阻和流體流動狀況的函數。

總傳熱系數越大，傳熱單元長度越短，所需傳熱面積越小。同理，對熱流體：傳熱單元長度Hc:20長度量綱，是傳熱熱阻和流體流動狀況的函數。傳21三、傳熱效率與傳熱單元數的關系根據熱量衡算和傳熱速率方程導出。以單程并流換熱器為例推導。并流：令：21三、傳熱效率與傳熱單元數的關系根據熱量衡算和傳熱速率方程22三、傳熱效率與傳熱單元數的關系同理，逆流時傳熱效率和傳熱單元數的關系：若熱流體為最小值流體，則令：得出了冷流體為最小值相同的公式。22三、傳熱效率與傳熱單元數的關系同理，逆流時傳熱效率和傳熱傳熱單元數法單程逆流換熱器中ε和NTU關系折流換熱器中ε和NTU關系傳熱單元數法單程逆流換熱器中ε和NTU關系折流換熱器244.4.6傳熱計算示例

例題：用120C的飽和水蒸汽將流量為36m3/h的某稀溶液在雙管程列管換熱器中從溫度為80C上升到95C，每程有直徑為25×2.5mm管子30根，且以管外表面積為基準K=2800W/m2.C，蒸汽側污垢熱阻和管壁熱阻可忽略不計。求：（1）換熱器所需的管長；（2）操作一年后，由于污垢積累，溶液側的污垢系數增加了0.00009m2.C/W，若維持溶液原流量及進口溫度，其出口溫度為多少？若又保證溶液原出口溫度，可采取什么措施？（定性說明）溶液的=1000kg/m3；cp=4.2kJ/kg.C。244.4.6傳熱計算示例例題：用12(四)壁溫的計算對穩態傳熱過程整理上式可得：(四)壁溫的計算對穩態傳熱過程壁溫總是接近較大一側的流體溫度；若1≈2，則壁溫如果管壁兩側有污垢，則(四)壁溫的計算壁溫總是接近較大一側的流體溫度；(四)壁溫的計算[例4-11]在一由?25×2.5mm鋼管構成的廢熱鍋爐中，管內通入高溫氣體，進口500℃,出口400℃。管外為p=981kN/m2壓力（絕壓）的水沸騰。已知高溫氣體對流傳熱系數a1=250W/m2·℃，水沸騰的對流傳熱系數a2=10000W/m2·℃。忽略污垢熱阻。試求管內壁平均溫度Tw及管外壁平均tw。解：(a)總傳熱系數以管子內表面積S1為基準500℃400℃[例4-11]在一由?25×2.5mm鋼管構成的廢熱鍋爐中(c)計算單位面積傳熱量

(d)管壁溫度

Q/A1=K1Δtm=242×271=65580W/m2T----熱流體的平均溫度，取進、出口溫度的平均值

T=(500+400)/2=450℃管內壁溫度

(b)平均溫度差在p=981kN/m2，水的飽和溫度為179℃℃(c)計算單位面積傳熱量管外壁溫度

由此題計算結果可知：由于水沸騰對流傳熱系數很大，熱阻很小，則壁溫接近于水的溫度，即壁溫總是接近對流傳熱系數較大一側流體的溫度。又因管壁熱阻很小，所以管壁兩的溫度比較接近。管外壁溫度由此題計算結果可知：由于水沸騰對流4.3.3保溫層的臨界直徑4.3.3保溫層的臨界直徑六、換熱器6.1間壁式換熱器（一）管式換熱器1.蛇管換熱器：沉浸式和噴淋式2.套管式換熱器3.列管式換熱器（二）板式換熱器：夾套換熱器、螺旋板式換熱器（三）翅片式換熱器（四）熱管六、換熱器6.1間壁式換熱器蛇管的形狀（2）沉浸式（3）噴淋式（1）沉浸式蛇管換熱器整體蛇管的形狀（2）沉浸式（3）噴淋式（1）沉浸式蛇管換熱器整體沉浸式蛇管換熱器強化措施：可減少管外空間；容器內加攪拌器。沉浸式蛇管換熱器強化措施：可減少管外空間；容器內加攪拌器。（2）噴淋式蛇管換熱器

放置在室外空氣流通處。管外流體湍動程度較高，故其給熱系數較沉浸式為大;

缺點：噴淋不易均勻。噴淋式換熱器（2）噴淋式蛇管換熱器放置在室外空氣2.套管式換熱器每一段套管稱為一程，長4~6m，程數由傳熱而定。優點：簡單，能耐高壓，可嚴格逆流，有利傳熱缺點：接頭較多易泄露，單位體積傳熱面積小。2.套管式換熱器每一段套管稱為一程，長4~6m，程數由傳熱而3.列管式換熱器a)單管程單殼程結構：一束裝在圓柱型殼體內的圓管，兩端再加設封頭（端蓋）組成。3.列管式換熱器a)單管程單殼程結構：一束裝在圓柱型殼體內b)多程換熱器當流體在管束內(間)流動的距離≥2個換熱器列管長度時，稱相應的換熱器為多管程(殼程)換熱器。

b)多程換熱器當流體在管束內(間)流動的距離≥2個換熱器列管固定管板式管殼式換熱器固定管板式換熱器：簡單，但殼側不易清洗。浮頭式換熱器：無溫差應力，浮頭可拆卸；U型管式換熱器：殼體與管束分開，管內清洗難填料函式換熱器：浮頭和殼體之間采用填料函密封固定管板式管殼式換熱器固定管板式換熱器：簡單，但殼側不易清洗浮頭式換熱器U型管換熱器浮頭式換熱器U型管換熱器40U型管換熱器特點：結構較浮頭簡單；但管程不易清洗。40U型管換熱器特點：結構較浮頭簡單；但管程不易清洗。傳熱過程計算習題課件圓缺形圓盤形多管程：增大管內流體u，提高管內的加擋板：增大殼程流體的湍動，提高殼程的圓缺形圓盤形多管程：增大管內流體u，提高管內的加擋板：增大（二）板式換熱器

特點：構造簡單，但傳熱面積受容器壁面的限制，一般不超過10m2，且傳熱系數也不高。為強化傳熱，可在釜內安裝攪拌器；為及時移走釜內熱量，可在其中安裝蛇管。加熱蒸汽冷凝水物料釜夾套攪拌器（1）夾套式換熱器（二）板式換熱器特點：構造簡單，但傳熱面積受容器壁面的限（2）螺旋板式換熱器特點：傳熱系數高；不易結垢和堵塞；能利用溫度較低的熱源；結構緊湊。（2）螺旋板式換熱器特點：傳熱系數高；不易結垢和堵塞；能利用（3）板翅式換熱器的板束（3）板翅式換熱器的板束(4)平板式換熱器流向示意圖(4)平板式換熱器流向示意圖（三)翅片式換熱器（三)翅片式換熱器（四）熱管熱管是一個封閉的金屬管，管內有毛細吸液液芯結構，抽除管內全部不凝性氣體并充以定量的可氣化的工作液體。蒸汽芯網導管吸熱蒸發端放熱冷凝端熱管示意圖（四）熱管熱管是一個封閉的金屬管，管內有毛細吸液液芯結構，抽6.2換熱器傳熱過程的強化（一）強化傳熱的途徑增大傳熱面積A：從改革換熱器結構入手，開發單位體積傳熱面積大的換熱器。∵A↑→金屬材料用量↑→設備費用↑6.2換熱器傳熱過程的強化（一）強化傳熱的途徑具體措施：設計制造高效緊湊的換熱器：波紋形的平板式換熱器板間距4~6mm，其單位體積換熱面積是列管換熱器的6倍；螺旋管為列管的3倍。如：平板式、板翅式及螺旋板式換熱器。具體措施：設計制造高效緊湊的換熱器：如：平板式、板翅式及螺旋

提高傳熱系數K設法減小對K值影響較大的熱阻，即可使K↑；/

對K影響不大：管壁厚度較薄，金屬大；Ri、Ro為管內、外側污垢層的熱阻。∵垢層熱導率很小，即使很薄→熱阻很大；

1mm垢層熱阻=40mm厚鋼板的熱阻對流傳熱膜系數i、o：同一數量級，或相差不大→同時提高兩側；相差懸殊時，要K↑，需重點增加小的一方的提高傳熱系數K設法減小對K值影響較大的熱阻，即可使K↑；具體措施：u流體湍動程度

層流底層厚度，采用外加脈動或超聲波，增加流體的湍動程度。在流體中加入固體顆粒增加傳熱。Cp，固體Cp，氣體，少量加入即可增加氣體的熱容量，也可增加氣體的湍動程度。采用大的流體作載熱體，如熔鹽、液態金屬等，以降低傳熱邊界層的熱阻，增大傳熱速率。具體措施：u流體湍動程度層流底層厚度具體措施：設計特殊的傳熱壁面，使流體在流動過程中不斷改變流動方向，促使形成湍流。如翅片結構，內置各種插物：麻花鐵、螺旋圈等。具體措施：設計特殊的傳熱壁面，使流體在流動過程中不斷改變流動增大平均溫度差△tm

兩流體采用逆流傳熱；提高熱流體的溫度或降低冷流體的溫度。根據技術上的可能和經濟上的合理性：選擇加熱劑或冷卻劑。增大平均溫度差△tm

兩流體采用逆流傳熱；554.6.1換熱器的分類按用途分類：加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器按冷熱流體熱量交換方式分類：混合式、蓄熱式和間壁式主要內容：1.根據工藝要求，選擇適當的換熱器類型；2.通過計算選擇合適的換熱器規格。554.6.1換熱器的分類按用途分類：按冷熱流體熱量交換方564.6.2間壁式換熱器的類型一、夾套換熱器564.6.2間壁式換熱器的類型一、夾套換熱器57流體流過折流擋板57流體流過折流擋板581.固定管板式特點：結構簡單；但殼程檢修和清洗困難。581.固定管板式特點：結構簡單；但殼程檢修和清洗困難。592.浮頭式特點：可完全消除熱應力,便于清洗和檢修,結構復雜592.浮頭式特點：可完全消除熱應力,便于清洗和檢修,結603.U型管式特點：結構較浮頭簡單；但管程不易清洗。603.U型管式特點：結構較浮頭簡單；但管程不易清洗。614.6.3列管換熱器的選用1.根據工藝任務，計算熱負荷2.計算tm3.依據經驗選取K，估算A4.確定冷熱流體流經管程或殼程，選定u

先按單殼程多管程的計算，如果<0.8，應增加殼程數；

由u和V估算單管程的管子根數，由管子根數和估算的A，估算管子長度，再由系列標準選適當型號的換熱器。614.6.3列管換熱器的選用1.根據工藝任務，計算熱負浙江大學本科生課程化工原理第五章傳熱過程計算與換熱器62/16設計方法及步驟：§5.3.1列管式換熱器（管殼式換熱器）浙江大學本科生課程第五章傳熱過程計算與換熱器62/16設635.核算K

分別計算管程和殼程的，確定垢阻，求出K，并與估算的K進行比較。如果相差較多，應重新估算。6.計算A

根據計算的K和tm，計算A，并與選定的換熱器A相比，應有10%~25%的裕量。635.核算K分別計算管程和殼程的，確定垢阻，64選用換熱器中的有關問題：(1)流體流經管程或殼程的選擇管程：不清潔或易結垢、腐蝕性、壓力高的流體。殼程：飽和蒸汽、需要冷卻、粘度大或流量小的流體。原則：傳熱效果好，結構簡單，清洗方便(2)流體uuK，在同Q、tm下A，節省設備費；uHf，操作費用增加；u選擇是經濟上權衡的問題，但要避免層流流動。64選用換熱器中的有關問題：(1)流體流經管程或殼程的選擇65(3)換熱器中管子的規格和排列方式管子的規格：19×2mm和25×2.5mm管長：1.5m、2.0m、3.0m、6.0m排列方式：正三角形正方形直列正方形錯列65(3)換熱器中管子的規格和排列方式管子的規格：19×66流體垂直流過管束外流動66流體垂直流過管束外流動674.6.4傳熱過程的強化途徑一、增大tm

提高加熱劑T1的溫度或降低冷卻劑t1的溫度

兩側變溫情況下，盡量采用逆流流動為了增強傳熱效率，可采取tm、A/V、K。二、增大A/V

直接接觸傳熱，可增大A和湍動程度，使Q674.6.4傳熱過程的強化途徑一、增大tm提高加熱劑68

采用高效新型換熱器改進傳熱面結構入手來增大A和湍動程度，使Q(a)光直翅片

(b)鋸齒翅片

(c)多孔翅片68采用高效新型換熱器(a)光直翅片(b)鋸齒69三、增大K盡可能利用有相變的熱載體（大）用大的熱載體，如液體金屬Na等減小金屬壁、污垢及兩側流體熱阻中較大者的熱阻提高較小一側有效

提高的方法(無相變)：增大流速管內加擾流元件改變傳熱面形狀和增加粗糙度69三、增大K盡可能利用有相變的熱載體（大）提高的方704.6.5新型的換熱器一、平板式換熱器704.6.5新型的換熱器一、平板式換熱器717172優點：傳熱效率高，K大結構緊湊，操作靈活，安裝檢修方便缺點：耐溫、耐壓差易滲漏，處理量小72優點：缺點：73二、螺旋板式換熱器73二、螺旋板式換熱器74優點：傳熱效率高不易堵塞結構緊湊，成本較低缺點：壓力、溫度不能太高難以維修74優點：缺點：75三、翅片管換熱器

特點：增加A，增強管外流體的湍流來提高。重要的應用場合：空氣冷卻器

管外加翅片，大大改善了空氣側的傳熱效果

翅片管換熱器75三、翅片管換熱器特點：增加A，增強管外流體的湍流來4.4.4總傳熱速率方程的應用傳熱面積的計算：K為常數時：當K為變量，但K隨溫度呈線性變化時：4.4.4總傳熱速率方程的應用傳熱面積的計算：4.4.4總傳熱速率方程的應用傳熱面積的計算：4.4.4總傳熱速率方程的應用傳熱面積的計算：（3）K隨溫度不呈線性變化時：若K隨溫度變化不大，可以采用分段計算法：

將換熱器分段，每段的K視為常量，將各段計算所得的換熱面積相加和。（3）K隨溫度不呈線性變化時：若K隨溫度變化不大，可以采（3）K隨溫度不呈線性變化時：用圖解積分法或數值積分法求得。（3）K隨溫度不呈線性變化時：用圖解積分法或數值積分法求得[例4-10]現要求每小時將500kg的乙醇飽和蒸氣（Tb=78.5℃

）在換熱器內冷凝并冷卻至30℃,已知其傳熱系數在冷凝和冷卻時分別為1=3500W·m-2

·K-1，2=700W·m-2

·K-1，t1=15℃，t2=35℃。已知水的傳熱系數3=1000W·m-2

·K-1，cp,c=4.2kJ·kg-1·K-1,忽略管壁和污垢熱阻,求換熱器的傳熱面積。[例4-10]現要求每小時將500kg的乙醇飽和蒸氣（Tb解：乙醇冷凝放熱：乙醇冷卻放熱：總放熱：Q1+Q2=1.41105W解：乙醇冷凝放熱：乙醇冷卻放熱：總放熱：Q1+Q2=1.41冷卻水流量用傳熱速率方程求傳熱面積，既有相變傳熱，也有無相變的變溫傳熱，因此將傳熱面積分段求解，分為冷凝段和冷卻段，求得兩段分界處的水溫，再求其他。78.5℃78.5℃35℃30℃15℃冷卻水流量用傳熱速率方程求傳熱面積，既有相變傳熱，也有無相變冷凝段兩段分界處水溫：t'=35-17.3=17.7℃78.5℃78.5℃35℃30℃15℃冷凝段78.5℃78.5℃35℃30℃15℃冷凝段：78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃冷凝段：78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃冷卻段換熱器傳熱面積S=S1+S2=3.04+1.40=4.44[m2]78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃冷卻段換熱器傳熱面積S=S1+S2=3.04+1.40=4.2.實驗測定總傳熱系數K方法：實驗測定流體的溫度、流量等參數，

通過計算。[例]2.實驗測定總傳熱系數K方法：實驗測定流體的溫度、流量等參3.換熱器的操作型計算若qm,c’=1.2qm,c，t1、t2不變，應采取什么措施?

（忽略管壁熱阻和污垢熱阻）T1T2t1t280℃20℃T=116.3℃P=1.765105Pa殼間水蒸氣冷凝空氣湍流[例4-11]3.換熱器的操作型計算若qm,c’=1.2qm,c，t1原流量下：新流量下：（2）傳熱速率原流量下，式中05~25(1)熱量恒算6000~2000030000~100000原流量下：05~25(1)熱量恒算6000~20000新流量下，強制湍流，管徑不變，則新流量下，強制湍流，管徑不變，原流量下新流量下只有提高飽和蒸氣的壓力才能滿足要求。T1=116.3℃T2=T1t1=20℃t2=80℃P=1.765105PaT1’=？qm,c’=1.2qm,c原流量下只有提高飽和蒸氣的壓力才能滿足要求。T1=116.4.4.5傳熱單元數法（NTU法）傳熱單元法又稱傳熱效率-傳熱系數法（ε-NTU)一、傳熱效率最大可能傳熱速率：換熱器中可能發生最大溫差變化的傳熱速率。理論上最大的溫差：4.4.5傳熱單元數法（NTU法）傳熱單元法又稱傳92熱容流量：qmcp

由熱量衡算得最小值流體可獲得較大的溫度變化最小值流體：熱容流量最小的流體為最小值流體。17熱容流量：qmcp由熱量衡算得最小值流體可獲得較93二、傳熱單元數基于冷流體的傳熱單元數18二、傳熱單元數基于冷流體的傳熱單元數94傳熱單元數：量綱為1的函數，反映傳熱推動力和傳熱所要求的溫度變化。傳熱推動力↑，（NTC)c↓19傳熱單元數：

長度量綱，是傳熱熱阻和流體流動狀況的函數。

總傳熱系數越大，傳熱單元長度越短，所需傳熱面積越小。同理，對熱流體：傳熱單元長度Hc:95長度量綱，是傳熱熱阻和流體流動狀況的函數。傳96三、傳熱效率與傳熱單元數的關系根據熱量衡算和傳熱速率方程導出。以單程并流換熱器為例推導。并流：令：21三、傳熱效率與傳熱單元數的關系根據熱量衡算和傳熱速率方程97三、傳熱效率與傳熱單元數的關系同理，逆流時傳熱效率和傳熱單元數的關系：若熱流體為最小值流體，則令：得出了冷流體為最小值相同的公式。22三、傳熱效率與傳熱單元數的關系同理，逆流時傳熱效率和傳熱傳熱單元數法單程逆流換熱器中ε和NTU關系折流換熱器中ε和NTU關系傳熱單元數法單程逆流換熱器中ε和NTU關系折流換熱器994.4.6傳熱計算示例

例題：用120C的飽和水蒸汽將流量為36m3/h的某稀溶液在雙管程列管換熱器中從溫度為80C上升到95C，每程有直徑為25×2.5mm管子30根，且以管外表面積為基準K=2800W/m2.C，蒸汽側污垢熱阻和管壁熱阻可忽略不計。求：（1）換熱器所需的管長；（2）操作一年后，由于污垢積累，溶液側的污垢系數增加了0.00009m2.C/W，若維持溶液原流量及進口溫度，其出口溫度為多少？若又保證溶液原出口溫度，可采取什么措施？（定性說明）溶液的=1000kg/m3；cp=4.2kJ/kg.C。244.4.6傳熱計算示例例題：用12(四)壁溫的計算對穩態傳熱過程整理上式可得：(四)壁溫的計算對穩態傳熱過程壁溫總是接近較大一側的流體溫度；若1≈2，則壁溫如果管壁兩側有污垢，則(四)壁溫的計算壁溫總是接近較大一側的流體溫度；(四)壁溫的計算[例4-11]在一由?25×2.5mm鋼管構成的廢熱鍋爐中，管內通入高溫氣體，進口500℃,出口400℃。管外為p=981kN/m2壓力（絕壓）的水沸騰。已知高溫氣體對流傳熱系數a1=250W/m2·℃，水沸騰的對流傳熱系數a2=10000W/m2·℃。忽略污垢熱阻。試求管內壁平均溫度Tw及管外壁平均tw。解：(a)總傳熱系數以管子內表面積S1為基準500℃400℃[例4-11]在一由?25×2.5mm鋼管構成的廢熱鍋爐中(c)計算單位面積傳熱量

(d)管壁溫度

Q/A1=K1Δtm=242×271=65580W/m2T----熱流體的平均溫度，取進、出口溫度的平均值

T=(500+400)/2=450℃管內壁溫度

(b)平均溫度差在p=981kN/m2，水的飽和溫度為179℃℃(c)計算單位面積傳熱量管外壁溫度

由此題計算結果可知：由于水沸騰對流傳熱系數很大，熱阻很小，則壁溫接近于水的溫度，即壁溫總是接近對流傳熱系數較大一側流體的溫度。又因管壁熱阻很小，所以管壁兩的溫度比較接近。管外壁溫度由此題計算結果可知：由于水沸騰對流4.3.3保溫層的臨界直徑4.3.3保溫層的臨界直徑六、換熱器6.1間壁式換熱器（一）管式換熱器1.蛇管換熱器：沉浸式和噴淋式2.套管式換熱器3.列管式換熱器（二）板式換熱器：夾套換熱器、螺旋板式換熱器（三）翅片式換熱器（四）熱管六、換熱器6.1間壁式換熱器蛇管的形狀（2）沉浸式（3）噴淋式（1）沉浸式蛇管換熱器整體蛇管的形狀（2）沉浸式（3）噴淋式（1）沉浸式蛇管換熱器整體沉浸式蛇管換熱器強化措施：可減少管外空間；容器內加攪拌器。沉浸式蛇管換熱器強化措施：可減少管外空間；容器內加攪拌器。（2）噴淋式蛇管換熱器

放置在室外空氣流通處。管外流體湍動程度較高，故其給熱系數較沉浸式為大;

缺點：噴淋不易均勻。噴淋式換熱器（2）噴淋式蛇管換熱器放置在室外空氣2.套管式換熱器每一段套管稱為一程，長4~6m，程數由傳熱而定。優點：簡單，能耐高壓，可嚴格逆流，有利傳熱缺點：接頭較多易泄露，單位體積傳熱面積小。2.套管式換熱器每一段套管稱為一程，長4~6m，程數由傳熱而3.列管式換熱器a)單管程單殼程結構：一束裝在圓柱型殼體內的圓管，兩端再加設封頭（端蓋）組成。3.列管式換熱器a)單管程單殼程結構：一束裝在圓柱型殼體內b)多程換熱器當流體在管束內(間)流動的距離≥2個換熱器列管長度時，稱相應的換熱器為多管程(殼程)換熱器。

b)多程換熱器當流體在管束內(間)流動的距離≥2個換熱器列管固定管板式管殼式換熱器固定管板式換熱器：簡單，但殼側不易清洗。浮頭式換熱器：無溫差應力，浮頭可拆卸；U型管式換熱器：殼體與管束分開，管內清洗難填料函式換熱器：浮頭和殼體之間采用填料函密封固定管板式管殼式換熱器固定管板式換熱器：簡單，但殼側不易清洗浮頭式換熱器U型管換熱器浮頭式換熱器U型管換熱器115U型管換熱器特點：結構較浮頭簡單；但管程不易清洗。40U型管換熱器特點：結構較浮頭簡單；但管程不易清洗。傳熱過程計算習題課件圓缺形圓盤形多管程：增大管內流體u，提高管內的加擋板：增大殼程流體的湍動，提高殼程的圓缺形圓盤形多管程：增大管內流體u，提高管內的加擋板：增大（二）板式換熱器

特點：構造簡單，但傳熱面積受容器壁面的限制，一般不超過10m2，且傳熱系數也不高。為強化傳熱，可在釜內安裝攪拌器；為及時移走釜內熱量，可在其中安裝蛇管。加熱蒸汽冷凝水物料釜夾套攪拌器（1）夾套式換熱器（二）板式換熱器特點：構造簡單，但傳熱面積受容器壁面的限（2）螺旋板式換熱器特點：傳熱系數高；不易結垢和堵塞；能利用溫度較低的熱源；結構緊湊。（2）螺旋板式換熱器特點：傳熱系數高；不易結垢和堵塞；能利用（3）板翅式換熱器的板束（3）板翅式換熱器的板束(4)平板式換熱器流向示意圖(4)平板式換熱器流向示意圖（三)翅片式換熱器（三)翅片式換熱器（四）熱管熱管是一個封閉的金屬管，管內有毛細吸液液芯結構，抽除管內全部不凝性氣體并充以定量的可氣化的工作液體。蒸汽芯網導管吸熱蒸發端放熱冷凝端熱管示意圖（四）熱管熱管是一個封閉的金屬管，管內有毛細吸液液芯結構，抽6.2換熱器傳熱過程的強化（一）強化傳熱的途徑增大傳熱面積A：從改革換熱器結構入手，開發單位體積傳熱面積大的換熱器。∵A↑→金屬材料用量↑→設備費用↑6.2換熱器傳熱過程的強化（一）強化傳熱的途徑具體措施：設計制造高效緊湊的換熱器：波紋形的平板式換熱器板間距4~6mm，其單位體積換熱面積是列管換熱器的6倍；螺旋管為列管的3倍。如：平板式、板翅式及螺旋板式換熱器。具體措施：設計制造高效緊湊的換熱器：如：平板式、板翅式及螺旋

提高傳熱系數K設法減小對K值影響較大的熱阻，即可使K↑；/

對K影響不大：管壁厚度較薄，金屬大；Ri、Ro為管內、外側污垢層的熱阻。∵垢層熱導率很小，即使很薄→熱阻很大；

1mm垢層熱阻=40mm厚鋼板的熱阻對流傳熱膜系數i、o：同一數量級，或相差不大→同時提高兩側；相差懸殊時，要K↑，需重點增加小的一方的提高傳熱系數K設法減小對K值影響較大的熱阻，即可使K↑；具體措施：u流體湍動程度

層流底層厚度，采用外加脈動或超聲波，增加流體的湍動程度。在流體中加入固體顆粒增加傳熱。Cp，固體Cp，氣體，少量加入即可增加氣體的熱容量，也可增加氣體的湍動程度。采用大的流體作載熱體，如熔鹽、液態金屬等，以降低傳熱邊界層的熱阻，增大傳熱速率。具體措施：u流體湍動程度層流底層厚度具體措施：設計特殊的傳熱壁面，使流體在流動過程中不斷改變流動方向，促使形成湍流。如翅片結構，內置各種插物：麻花鐵、螺旋圈等。具體措施：設計特殊的傳熱壁面，使流體在流動過程中不斷改變流動增大平均溫度差△tm

兩流體采用逆流傳熱；提高熱流體的溫度或降低冷流體的溫度。根據技術上的可能和經濟上的合理性：選擇加熱劑或冷卻劑。增大平均溫度差△tm

兩流體采用逆流傳熱；1304.6.1換熱器的分類按用途分類：加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器按冷熱流體熱量交換方式分類：混合式、蓄熱式和間壁式主要內容：1.根據工藝要求，選擇適當的換熱器類型；2.通過計算選擇合適的換熱器規格。554.6.1換熱器的分類按用途分類：按冷熱流體熱量交換方1314.6.2間壁式換熱器的類型一、夾套換熱器564.6.2間壁式換熱器的類型一、夾套換熱器132流體流過折流擋板57流體流過折流擋板1331.固定管板式特點：結構簡單；但殼程檢修和清洗困難。581.固定管板式特點：結構簡單；但殼程檢修和清洗困難。1342.浮頭式特點：可完全消除熱應力,便于清洗和檢修,結構復雜592.浮頭式特點：可完全消除熱應力,便于清洗和檢修,結1353.U型管式特點：結構較浮頭簡單；但管程不易清洗。603.U型管式特點：結構較浮頭簡單；但管程不易清洗。1364.6.3列管換熱器的選用1.根據工藝任務，計算熱負荷2.計算tm3.