化工(huàgōng)基礎(chǔ)Elementary

Chemical

Engineering精品資料本章(běnzhānɡ)主要內(nèi)容：1.主要討論流體傳導(dǎo)(chuándǎo)傳熱、對(duì)流傳熱的機(jī)理和傳熱方程式及其應(yīng)用；2.冷熱流體通過(guò)固體間壁進(jìn)行換熱的過(guò)程和計(jì)算；3.強(qiáng)化或削弱傳熱的途徑；4.列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)和性能。第2章傳

熱精品資料§2-1概述一.化工(huàgōng)生產(chǎn)中的傳熱過(guò)程傳熱：就是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移,熱量從高溫處傳遞到低溫處。是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞過(guò)程。傳熱現(xiàn)象幾乎無(wú)處不在。絕大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都要求在一定的溫度下進(jìn)行，為了(wèile)使物料達(dá)到并保持指定的溫度，就要預(yù)先對(duì)物料進(jìn)行加熱或冷卻，并在過(guò)程中及時(shí)取出放出的熱量或補(bǔ)充需要吸收的熱量。精品資料化工生產(chǎn)中傳熱主要運(yùn)用于：①生產(chǎn)中原料的加熱、成品的冷卻或冷凝。②控制化學(xué)反應(yīng)所需要的一定溫度范圍而采取的加熱、冷卻或保溫(bǎowēn)。③某些稀溶液的加熱、蒸發(fā)結(jié)晶、干燥等操作或某些濃溶液的冷卻。④生產(chǎn)中熱量的合理利用和廢熱回收，以節(jié)省熱能。二.傳熱的基本(jīběn)方式

根據(jù)機(jī)理的不同，傳熱有三種基本方式：傳熱過(guò)程可依靠其中的一種或幾種方式同時(shí)進(jìn)行。傳熱方式熱輻射熱對(duì)流熱傳導(dǎo)精品資料1.傳導(dǎo)傳熱又稱熱傳導(dǎo)，是借助物質(zhì)的分子或原子振動(dòng)（非金屬）、自由電子的熱運(yùn)動(dòng)（金屬）而與相鄰(xiānɡlín)粒子碰撞來(lái)傳遞熱量的過(guò)程。在同一物體內(nèi)或緊密相連的不同物體之間，只要存在溫度差，熱量就會(huì)從溫度高的部分傳至溫度低的部位。在靜止流體內(nèi)部以及在作層流運(yùn)動(dòng)的流體層中垂直于流動(dòng)方向上的傳熱，是憑借流體分子的振動(dòng)碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這兩類傳熱過(guò)程也應(yīng)屬于傳導(dǎo)的范疇。——可見(jiàn)，固體和靜止流體中的傳熱以及作層流運(yùn)動(dòng)的流體層中垂直于流動(dòng)方向上的傳熱均屬于傳導(dǎo)傳熱。傳導(dǎo)過(guò)程的特點(diǎn)是：在傳熱過(guò)程中傳熱方向上無(wú)質(zhì)點(diǎn)的宏觀遷移。精品資料2.對(duì)流傳熱又稱熱對(duì)流，是流體中質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移和混合而引起的熱量傳遞(chuándì)。對(duì)流傳熱只發(fā)生在流體中，與流動(dòng)狀況密切相關(guān)。強(qiáng)制(qiángzhì)對(duì)流：自然對(duì)流：

用機(jī)械能（泵、風(fēng)機(jī)等）使流體發(fā)生對(duì)流而傳熱。由于流體各部分溫度的不均勻分布，形成密度的差異，在浮升力的作用下，流體發(fā)生對(duì)流而傳熱。

精品資料3.熱輻射熱輻射是一種通過(guò)電磁波來(lái)傳遞熱量的方式。具體地說(shuō)，物體先將熱能轉(zhuǎn)變成輻射能，以電磁波的形式在空中進(jìn)行傳送，當(dāng)遇到另一個(gè)能吸收輻射能的物體時(shí)，即被其部分或全部吸收并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑥亩鴮?shí)現(xiàn)傳熱。根據(jù)赫爾－波爾茲曼定律：凡溫度高于絕對(duì)零度的物體均具有將其本身的能量以電磁波的方式輻射出去(chūqù)同時(shí)接受電磁波的能力。物體的輻射能力大致與物體的絕對(duì)溫度的4次方成正比。通常物體溫度大于400℃時(shí)，才會(huì)有明顯的熱輻射傳遞。熱輻射可在真空中傳播，不需要任何介質(zhì)，這是熱輻射與熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流的主要區(qū)別。精品資料換熱方式(fāngshì)三.兩流體換熱的基本(jīběn)方式1直接接觸式傳熱在這類傳熱中，冷、熱流體在傳熱設(shè)備中通過(guò)直接混合的方式進(jìn)行熱量交換，又稱為混合式傳熱。優(yōu)點(diǎn)：方便、有效，設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，常用于熱氣體的水冷或熱水的空氣冷卻。缺點(diǎn)：工藝上必須允許兩種流體能夠相互混合。精品資料這種傳熱方式是冷、熱兩種流體交替通過(guò)同一蓄熱室時(shí)，即可通過(guò)填料將從熱流體來(lái)的熱量，傳遞給冷流體，達(dá)到換熱的目的。優(yōu)點(diǎn)(yōudiǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可耐高溫，常用于氣體的余熱或冷量的利用。缺點(diǎn)：由于填料需要蓄熱，所以設(shè)備的體積較大，且兩種流體交替時(shí)難免會(huì)有一定程度的混合。通常只能用于氣體介質(zhì)。2蓄熱式傳熱(chuánrè)精品資料在多數(shù)情況下，化工工藝(gōngyì)上不允許冷熱流體直接接觸，故直接接觸式傳熱和蓄熱式傳熱在工業(yè)上并不很多，工業(yè)上應(yīng)用最多的是間壁式傳熱過(guò)程。這類換熱器的特點(diǎn)是在冷、熱兩種流體之間用一金屬壁(或石墨等導(dǎo)熱性能好的非金屬壁)隔開(kāi)，以便使兩種流體在不相混合的情況下進(jìn)行熱量傳遞。這類換熱器中以套管式換熱器和列管式換熱器為典型設(shè)備。3間壁式傳熱(chuánrè)精品資料四.傳熱中的一些(yīxiē)基本物理量和單位熱量Q：是能量的一種(yīzhǒnɡ)形式，J傳熱速率

是指單位時(shí)間傳遞的熱量，W傳熱速率也稱為熱流量，或熱負(fù)荷熱流密度q：?jiǎn)挝幻娣e上的傳熱速率，W·m-2潛熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的物質(zhì)在發(fā)生相變化時(shí)伴隨的熱量變化J/kg比定壓熱容cp：壓力恒定時(shí)，單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高1K時(shí)所需的熱量，J·K-1·kg-1顯熱：精品資料

五.穩(wěn)定傳熱和不穩(wěn)定傳熱穩(wěn)定傳熱：在傳熱體系中各點(diǎn)的溫度只隨換熱器的位置(wèizhi)的變化而變，不隨時(shí)間而變．特點(diǎn)：通過(guò)傳熱表面的傳熱速率為常量，熱通量不一定為常數(shù)。不穩(wěn)定傳熱：若傳熱體系中各點(diǎn)的溫度，既隨位置的變化，又隨時(shí)間變化。特點(diǎn)：傳熱速率、熱通量均為變量。通常連續(xù)生產(chǎn)多為穩(wěn)定傳熱，間歇操作多為不穩(wěn)定傳熱。化工過(guò)程中連續(xù)生產(chǎn)是主要(zhǔyào)的，因而我們主要(zhǔyào)討論穩(wěn)定傳熱。精品資料§2－2傳導(dǎo)傳熱一.熱傳導(dǎo)基本方程(fāngchéng)－－傅立葉定律在一個(gè)均勻（各部位化學(xué)組成物理狀態(tài)相同）的物體內(nèi)，如圖，t1>t2，熱量以傳導(dǎo)方式沿著單方向n（單向傳導(dǎo)）通過(guò)物體。取熱流方向的微分厚度為dδ，在dτ的瞬間內(nèi)傳遞的熱量為dQ。實(shí)驗(yàn)證明，單位時(shí)間(shíjiān)內(nèi)的傳熱量與溫度梯度及導(dǎo)熱面積A成正比。精品資料λ——比例系數(shù)，稱為(chēnɡwéi)導(dǎo)熱系數(shù)。單位：w/m·k——傅立葉定律(dìnglǜ)在穩(wěn)定導(dǎo)熱時(shí),導(dǎo)熱量不隨時(shí)間而改變,即單位時(shí)間內(nèi)的導(dǎo)熱量為定值。引入一個(gè)比例系數(shù),將上式變?yōu)橐粋€(gè)等式溫度梯度,單位為℃.m-1,表示熱流方向溫度變化的強(qiáng)度,溫度梯度越大,說(shuō)明在熱流方向單位長(zhǎng)度上的溫度差就越大。負(fù)號(hào)表示傳熱的方向與溫度升高的方向相反精品資料導(dǎo)熱(dǎorè)系數(shù)λ：一般，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大，非金屬的固體(gùtǐ)次之，液體的較小，氣體的最小。（金屬）﹥（非金屬）（固體）﹥（液體）﹥（氣體）（緊密）﹥（疏松）

物性之一：是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的標(biāo)志，與物質(zhì)種類、熱力學(xué)狀態(tài)（T、P）有關(guān)。物理含義：代表單位溫度梯度下的熱通量大小，即：當(dāng)物體兩個(gè)面（等溫面）間溫差為1K，厚度為1m時(shí)，每經(jīng)過(guò)1m2傳熱面積所能傳導(dǎo)的熱量。故物質(zhì)的越大，導(dǎo)熱性能越好。在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的傳熱強(qiáng)度，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。精品資料固體的導(dǎo)熱(dǎorè)系數(shù)純金屬的導(dǎo)熱(dǎorè)系數(shù)一般隨溫度的升高而降低，金屬的導(dǎo)熱(dǎorè)系數(shù)大都隨純度的增加而增大。非金屬的建筑材料或絕熱材料的導(dǎo)熱(dǎorè)系數(shù)隨密度增加而增大，也隨溫度升高而增大。液體的導(dǎo)熱系數(shù)液體中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大。除水和甘油外，絕大多數(shù)液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度(wēndù)的升高而略有減小。精品資料氣體的導(dǎo)熱系數(shù)(xìshù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)(xìshù)很小，不利于導(dǎo)熱，但有利于保溫。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)(xìshù)隨溫度升高而加大。在相當(dāng)大的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)(xìshù)隨壓強(qiáng)變化極小注意：在傳熱過(guò)程中，物質(zhì)內(nèi)不同位置的溫度可能不相同，因而導(dǎo)熱系數(shù)(xìshù)也不同，在工程計(jì)算中常取導(dǎo)熱系數(shù)(xìshù)的算術(shù)平均值。精品資料1）單層平壁的穩(wěn)定(wěndìng)熱傳導(dǎo)二.平面(píngmiàn)壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)R——導(dǎo)熱熱阻，傳導(dǎo)距離δ越大，傳熱面積和導(dǎo)熱系數(shù)越小，傳導(dǎo)熱阻越大。：壁面兩側(cè)的溫度差。對(duì)于穩(wěn)定傳熱，導(dǎo)熱速率q不隨時(shí)間而變。精品資料2）多層平壁的穩(wěn)定(wěndìng)熱傳導(dǎo)假設(shè)一鍋爐墻由耐火磚δ1、保溫(bǎowēn)磚δ2和青磚δ3構(gòu)成，層與層之間接觸良好，即相接觸的兩表面具有相同的溫度。

精品資料推廣(tuīguǎng)到n層平壁有：多層平壁導(dǎo)熱是一種(yīzhǒnɡ)串聯(lián)的導(dǎo)熱過(guò)程，串聯(lián)導(dǎo)熱過(guò)程的推動(dòng)力為各分過(guò)程溫度差之和，即總溫度差，總熱阻為各分過(guò)程熱阻之和，也就是串聯(lián)電阻疊加原則。精品資料三.圓筒壁的穩(wěn)定(wěndìng)熱傳導(dǎo)1）單層圓筒壁的穩(wěn)定(wěndìng)熱傳導(dǎo)圓筒壁導(dǎo)熱的特殊性：1、溫度沿半徑方向而改變2、導(dǎo)熱面積（A=2πrL）

隨半徑而變分離變量積分，（1）精品資料在圓筒壁內(nèi)找一個(gè)合理的平均導(dǎo)熱(dǎorè)面積Am，或與Am對(duì)應(yīng)的平均半徑rm，這樣圓筒壁的導(dǎo)熱(dǎorè)速率就可按平壁來(lái)處理。 將（1）式分子(fēnzǐ)分母同乘以（r2-r1）式中：

為對(duì)數(shù)平均面積，對(duì)數(shù)平均半徑精品資料若筒壁較薄，，Am和rm可用算術(shù)平均值代替，誤差不超過(guò)(chāoguò)4%，在工程上是允許的。

2）多層圓筒壁的穩(wěn)定(wěndìng)熱傳導(dǎo)多層圓筒壁的傳熱，可以看成是各單層壁串聯(lián)進(jìn)行的熱量傳遞。對(duì)第1層：對(duì)1-n層：精品資料§2-3對(duì)流傳熱2－3.1對(duì)流傳(liúchuán)熱過(guò)程分析上圖表示垂直(chuízhí)放置的列管式熱交換器中一根管的節(jié)點(diǎn)剖面示意圖。δ：傳熱邊界層厚度δb：層流內(nèi)層δf：虛擬厚度熱量從熱流體通過(guò)固體傳熱壁面?zhèn)鹘o冷流體，這種傳熱過(guò)程稱為給熱。精品資料它分三個(gè)階段:（1）熱量自熱流體(liútǐ)傳到固體壁面的一側(cè)（2）從壁面的一側(cè)傳到另一側(cè)；（3）從壁面的一側(cè)傳到冷流體(liútǐ)。該層中溫差較大，即溫度梯度較大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定：δb內(nèi)的溫度變化(biànhuà)占一側(cè)流體溫度變化(biànhuà)的90%以上。所以對(duì)傳熱速率具有決定性的影響。在層流內(nèi)層以外的過(guò)渡區(qū)，流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)開(kāi)始出現(xiàn)混合，但仍有溫度梯度存在，是熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流共同作用的結(jié)果。在湍流主體內(nèi)，流體質(zhì)點(diǎn)劇烈混合，可認(rèn)為無(wú)傳熱阻力，溫度梯度已消失。由上所述，對(duì)流傳熱是層流內(nèi)層的傳導(dǎo)傳熱和層流內(nèi)層以外的對(duì)流傳熱的總稱。在靠近壁面有一厚度為δb的層流內(nèi)層，層內(nèi)相鄰層間沒(méi)有流體的宏觀運(yùn)動(dòng)。在垂直于流動(dòng)方向上不存在熱對(duì)流，該方向上的熱傳遞僅為流體的熱傳導(dǎo)。精品資料對(duì)流傳熱是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,為了便于處理，把對(duì)流傳熱看作相當(dāng)于通過(guò)厚度為δ的傳熱邊界層的熱傳導(dǎo)過(guò)程（將溫度梯度有顯著變化的區(qū)域稱為傳熱邊界層）,這一傳熱邊界層稱為有效膜。有效膜中包括了真實(shí)的層流內(nèi)層的厚度δb和與層流內(nèi)層外的與其(yǔqí)熱阻相當(dāng)?shù)奶摂M厚度δf。δ=δb＋δf即把層流(cénɡliú)內(nèi)層之外的熱阻折合成的厚度δf。必須指出：δf是不存在的，它完全是為了處理問(wèn)題的方便而假設(shè)的。即：有效膜是虛擬的，而層流(cénɡliú)內(nèi)層是真實(shí)存在的。精品資料2－3.2牛頓(niúdùn)冷卻定律把流體對(duì)流傳熱過(guò)程看作是通過(guò)傳熱邊界層（即有效膜）的傳導(dǎo)傳熱，可以把復(fù)雜的對(duì)流傳熱用理論上較為成熟的熱傳導(dǎo)原理(yuánlǐ)來(lái)處理。——對(duì)流傳熱基本方程，也稱牛頓冷卻定律

當(dāng)壁面向冷流體給熱時(shí)實(shí)際上傳熱邊界層的厚度δ不能測(cè)定，因?yàn)棣陌ㄌ摂M的厚度δf。令α=λ/δ為傳熱膜系數(shù)，則當(dāng)熱流體對(duì)壁面?zhèn)鳠釙r(shí)α的物理意義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位傳熱面積上，溫差為1k時(shí)，所能傳遞的熱量。所以α是對(duì)流給熱強(qiáng)度的標(biāo)志。α↑，傳熱效果好。精品資料①流體的狀態(tài)：氣、液、蒸氣、相變化等；②流體的物理性質(zhì)：密度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度等；③流體的流動(dòng)形態(tài)(xíngtài)：層流或湍流；④流體的對(duì)流狀況：自然對(duì)流、強(qiáng)制對(duì)流；⑤傳熱表面的形狀、位置及大小：如管、板、管束、排列方式、垂直或水平放置等。1、影響(yǐngxiǎng)因素

2－3.3對(duì)流傳熱膜系數(shù)α

牛頓冷卻定律似乎簡(jiǎn)單，實(shí)際上并未減少計(jì)算上的困難，而是將難以測(cè)定的傳熱邊界層厚度δ等所有復(fù)雜因素概括在傳熱膜系數(shù)α中了。實(shí)驗(yàn)證明：影響α的因素很多，概括起來(lái)可用下列未定方程來(lái)表示。精品資料2、傳熱過(guò)程(guòchéng)的特征數(shù)對(duì)流給熱系數(shù)的因素如此之多，要建立一個(gè)(yīɡè)普遍適用的α計(jì)算式是十分困難的。工程上采用因次分析和實(shí)驗(yàn)的方法確定不同影響因素之間的具體關(guān)系，所有這些關(guān)系式統(tǒng)稱為對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。精品資料§2－4熱交換計(jì)算(jìsuàn)化工生產(chǎn)中最常用的傳熱操作(cāozuò)是熱流體經(jīng)管壁（或器壁）向冷流體傳熱的過(guò)程，該過(guò)程稱為熱交換或換熱。

2－4.1總傳熱速率方程熱量的傳遞屬于：對(duì)流→導(dǎo)熱→對(duì)流類型即,熱流體的熱量管外壁管內(nèi)壁冷流體熱流體向外壁對(duì)流傳熱：

管壁熱傳導(dǎo)：

內(nèi)壁向冷流體對(duì)流傳熱：精品資料對(duì)于(duìyú)穩(wěn)定傳熱：1．當(dāng)傳熱(chuánrè)面為平壁時(shí)，A=A1=A2=Am，則：——換熱器的傳熱總系數(shù)精品資料K——換熱器的傳熱總系數(shù)，單位：w·m-2·K-1。物理(wùlǐ)意義：在數(shù)值上等于單位傳熱面積、單位溫度差下的傳熱速率。K值越大，則單位傳熱面積所傳遞的熱量就越多。當(dāng)間壁為復(fù)合壁時(shí)2．當(dāng)傳熱面為圓筒壁時(shí)，兩側(cè)(liǎnɡcè)的傳熱面積不等，則：——對(duì)數(shù)平均面積精品資料——對(duì)數(shù)平均(píngjūn)半徑，當(dāng)r2/r1≤2時(shí)——算術(shù)平均半徑(bànjìng)

當(dāng)圓筒壁厚度不大時(shí)（薄壁），r1≈r2≈rm

（平面壁）精品資料傳熱總系數(shù)K表示傳熱壁面兩側(cè)傳熱溫差為1K時(shí)，單位(dānwèi)時(shí)間通過(guò)1m2傳熱面積傳遞的熱量。由可知2－4.2傳熱(chuánrè)總系數(shù)當(dāng)以外管表面積A2為基準(zhǔn)時(shí)：當(dāng)以內(nèi)管表面積A1為基準(zhǔn)時(shí)：以平均傳熱面積Am為基準(zhǔn)時(shí)：精品資料

可見(jiàn)(kějiàn)，圓筒壁換熱器K值與傳熱面積有關(guān)，K1≠K2≠Km但K1A1=K2A2=KmAm（∵?t相同）當(dāng)A1=A2=Am時(shí)，換熱變成平面壁換熱若傳熱壁面是新的，且壁面本身(běnshēn)熱阻較小，則δ∕λ可忽略∴在傳熱過(guò)程中，要提高K值，應(yīng)設(shè)法提高α值最小的一項(xiàng)，才會(huì)有顯著的效果，才對(duì)傳熱更有利。精品資料

2－4.3熱負(fù)荷(fùhè)計(jì)算流體溫度變化(biànhuà)所放出或吸收的熱量稱為熱負(fù)荷。若忽略熱損失，則1、無(wú)相變的顯熱換熱（只有溫度變化引起的熱量交換）式中：Wh、Wc為熱、冷流體質(zhì)量流量，kg/sCph、Cpc為熱、冷流體平均定壓比熱容，J/（kg·K）2、有相變的潛熱換熱（相變熱即為潛熱）如飽和蒸氣冷凝成100℃的水：式中：Wh為飽和蒸氣的冷凝速率，kg/sr為飽和蒸氣的冷凝潛熱，J/kg精品資料2－4.4傳熱度(rèdù)溫差1.定態(tài)恒溫傳熱(chuánrè)的傳熱(chuánrè)溫差：

兩種流體進(jìn)行熱交換時(shí)，在沿傳熱壁面的不同位置上，在任何時(shí)間兩種流體的溫度皆不變化，這種傳熱稱為穩(wěn)定的恒溫傳熱。如蒸發(fā)器中，間壁的一側(cè)是飽和水蒸汽在一定溫度下冷凝，另一側(cè)是液體在一定溫度下沸騰，兩側(cè)流體溫度沿傳熱面無(wú)變化，兩流體的溫度差亦處處相等，可表示為

Δtm=T-t式中T—熱流體的溫度℃；

t---冷流體的溫度℃。精品資料2.變溫傳熱(chuánrè)溫度差傳熱溫度差隨位置而改變的傳熱。在傳熱過(guò)程中，間壁一側(cè)或兩側(cè)的流體沿著傳熱壁面，在不同位置時(shí)溫度不同，但各點(diǎn)的溫度皆不隨時(shí)間(shíjiān)而變化，即為穩(wěn)定的變溫傳熱過(guò)程。一側(cè)變溫兩側(cè)變溫精品資料

流動(dòng)(liúdòng)形式并流

：逆流(nìliú)：錯(cuò)流

：折流

：兩流體平行而同向的流動(dòng)

兩流體平行而反向的流動(dòng)

兩流體垂直交叉的流動(dòng)

一流體只沿一個(gè)方向流動(dòng)，而另一流體反復(fù)折流

對(duì)于間壁兩側(cè)都變溫的傳熱過(guò)程，平均溫度差隨著換熱器內(nèi)流體流向的不同而不同。精品資料變溫時(shí)逆流和并流的傳熱(chuánrè)溫差換熱器（1）：在穩(wěn)定情況(qíngkuàng)下操作,內(nèi)管走冷流體,溫度由t1升到t2,套管環(huán)隙走熱流體,溫度由T1降到T2，兩流體以相反方向流動(dòng)。-------逆流以兩個(gè)套管式換熱器為例，研究Δt的變化

（1）精品資料換熱器（2）：內(nèi)管走的冷流體溫度由t1升到t2，環(huán)隙熱流體溫度由T1降到T2，只是(zhǐshì)兩流體的流向相同。------并流（2）我們分別求它們的平均溫度差:⑴算術(shù)平均值:△t=(△t1+△t2)/2逆流時(shí):△t1=T1—t2;△t2=T2—t1;并流時(shí):△t1=T1—t1;△t2=T2—t2;算術(shù)平均值只有(zhǐyǒu)當(dāng)△t1/△t2≦2時(shí)才能適用,這時(shí)誤差小于4%精品資料(2)對(duì)數(shù)平均溫度差;當(dāng)△t1/△t2>2時(shí),要用對(duì)數(shù)平均溫度差,才能比較確切地反映溫度變化(biànhuà)的實(shí)際情況。其計(jì)算式為：推導(dǎo)：假設(shè)熱交換器沒(méi)有熱損失，在穩(wěn)定傳熱時(shí)，傳熱速率(sùlǜ)不隨溫度而變化，也就是：=常數(shù)——進(jìn)口處的溫差。——出口處的溫差。精品資料＝mc△t＝常數(shù)(chángshù)由于在流動(dòng)中，流體的質(zhì)量m，和熱容c均不發(fā)生改變(gǎibiàn)，所以對(duì)熱流體：q＝－m’c’（Ｔ２－Ｔ１）對(duì)于冷流體：q＝m”c”（t２－t１）上式說(shuō)明傳熱速率與熱流體及冷流體溫度之間的關(guān)系是直線關(guān)系，以△t＝Ｔ－t代表一截面上冷熱流體的溫度差，則q與△t之間也成線性關(guān)系精品資料由于(yóuyú)代入上式：整理(zhěnglǐ)得到：將上式積分得到：精品資料——對(duì)數(shù)(duìshù)平均溫度差逆流T1t1T2t2Δt1Δt2并流T1t2T2t1Δt1Δt2精品資料注意：在應(yīng)用對(duì)數(shù)(duìshù)平均溫度差計(jì)算式時(shí)，通常將換熱器兩端溫度差△t中數(shù)值小的寫成△t2，大的寫成△t1，可以計(jì)算較為方便。當(dāng)時(shí)，可用算術(shù)平均溫度差代替對(duì)數(shù)平均溫度差。

精品資料例：在一單殼單管程無(wú)折流擋板的列管式換熱器中，用冷卻水將熱流體由100℃冷卻至40℃，冷卻水進(jìn)口溫度(wēndù)15℃，出口溫度(wēndù)30℃，試求在這種溫度(wēndù)條件下，逆流和并流的平均溫度(wēndù)差。解：熱流體(liútǐ)：冷流體：逆流時(shí)：7025精品資料并流時(shí)：熱流體(liútǐ)：冷流體(liútǐ)：8510結(jié)論：在相同條件下，

精品資料

3.流體流向(liúxiànɡ)的選擇（1）從平均(píngjūn)溫度差考慮假定，T1、T2、t1、t2、q、K均為定值（2）從載熱介質(zhì)的用量考慮，達(dá)到同一傳熱效果（加熱或冷卻），逆流比并流所用載熱介質(zhì)要少。

由于根據(jù)

知

換熱面積小，設(shè)備就小。精品資料在并流和逆流時(shí)，雖然兩流體的進(jìn)、出口溫度不變，但逆流時(shí)的Δtm比并流的大。因此在換熱器的傳熱量Q及總傳熱系數(shù)K值相同的條件下，采用逆流操作，可以節(jié)省傳熱面積。

逆流的另一優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的用量。例如，將一定流量的冷流體從20℃加熱到60℃，而熱流體的進(jìn)口(jìnkǒu)溫度為90℃，出口溫度不作規(guī)定。此時(shí)，采用逆流時(shí)，熱流體的出口溫度可以降至接近20℃，而采用并流時(shí)，則只能降至接近于60℃。這樣，逆流時(shí)加熱介質(zhì)用量就較并流時(shí)的為少。

由以上分析可知，逆流優(yōu)于并流，因而工業(yè)生產(chǎn)中換熱器多采用逆流操作。但并不是說(shuō)逆流處處比并流優(yōu)越，并流初期傳熱速率大，后期小，對(duì)于粘稠冷液體的加熱，若采用并流，使其在進(jìn)入換熱器后迅速提高溫度，降低粘度，有利于提高傳熱效果。另外，并流容易控制加熱或冷卻的溫度。精品資料強(qiáng)化傳熱的目的(mùdì)是以最小的傳熱設(shè)備獲得最大的生產(chǎn)能力。1）增大傳熱面積A。實(shí)踐中換熱管可加裝翅片或改用螺旋翅片管2）增大傳熱推動(dòng)力Δtm。當(dāng)工藝條件確定后，Δtm只能通過(guò)采用逆流操作方式來(lái)加以提高。3）提高總傳熱系數(shù)K——減少傳熱阻力(zǔlì)減少壁厚或使用導(dǎo)熱系數(shù)較大的材料；防止污垢形成或經(jīng)常清除污垢；加大流速，提高湍動(dòng)程度，減少層流底層的厚度等均有利于提高對(duì)流傳熱系數(shù)。強(qiáng)化傳熱途徑有：4－4.3強(qiáng)化傳熱的途徑

提高方程式右邊任何一項(xiàng)，均可達(dá)到提高換熱器傳熱能力的目的，但究竟哪一個(gè)環(huán)節(jié)是傳熱的控制步驟，則需要具體問(wèn)題作具體分析，只有針對(duì)傳熱過(guò)程的薄弱環(huán)節(jié)采取強(qiáng)化措施，才能收到預(yù)期的效果。精品資料§2－6

列管式換熱器熱交換器也稱換熱器，是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位(dìwèi)。