资源描述
复习,了解列管换热器的选择设计步骤,（1）选择加热剂 和冷却剂
（2）根据设计任务，确定基本数据（包括两流体的流量、进出
口温度、定性温度下的有关物性、操作压力等
（3）确定流体在换热器内的流动通道。
（4）确定并计算热负荷。
（5） 平均温度差的计算。
（6） 根据两流体的温度差和设计要求，确定换热器的形式。
（7）选取总传热系数，并根据传热基本方程初步算出传热面积，
以此作为选择换热器型号的依据，并确定初选换热器的实际换热
面积A实，以及在A实下所需的传热系数K需。,一. 化工生产中常用的加热剂及冷却剂,,载热体：为将冷流体加热或热流体冷却，必须用另一种流体供给或取走热量，此流体称为载热体。
冷却剂：起冷却作用的载热体称为冷却剂。
加热剂：起加热作用的载热体称为加热剂,二、确定流体在换热器内的流动通道,P139页,三. 热负荷的确定,3.会求加热剂的用量或冷却剂的用量,四. 平均传热温差的计算,Δt大/Δt小≤2时，工程计算中，可取,两侧变温错流和折流时Δtm,先按逆流计算对数平均温度差Δtm逆，再乘以一个校正系数，即
Δtm＝Δtm逆
式中 ——温度差校正系数，其大小与流体的温度变化有关，一般不宜小于 0.8。,可表示为两参数P和R的函数： ＝f（P，R），根据P和R两参数由图查取,折流过程的 算图,错流过程的 算图,,五.列管换热器换热形式的确定,列管换热器各类型结构及其优、缺点,六.选定经验K值，初步估算其面积,A估＝,【例2-3】 φ50×5mm的不锈钢管，热导率λ1为16W/(m.K)，外包一层石棉， 热导率λ2为0.2W/(m.K)，若内壁温度为350℃，保温层外壁温度为100℃，每米管长的热损失不超过397W/m，试求保温层的厚度。,解：由题给条件知：r1=20mm, r2=25mm, λ1= 16W/(m.K), λ2= 0.2W/(m.K),t1=350℃,t3=100 ℃，Q/L= 397W/m。,载热体输送管道的保温,,,,=2.199 r3=55mm,保温层的厚度为：r3-r2=30mm,课后习题,1. 解：由题给条件知：b1=0.23m, b3=0.23m, λ1= 1.05W/(m.℃), λ2= 0.144W/(m.℃), λ3= 0.94W/(m.℃),t1=1300℃,t4=50 ℃,课后习题,2.解：由题给条件知：r1=27mm, r2=30mm, r3=30+30=60mm,
r4=30+30+30=90mm, λ1= 16W/(m. ℃), λ2= 0.04W/(m. ℃), λ3= 0.16W/(m. ℃),t1=-100℃,t4=20℃,课后习题,6.解: 热负荷:Q= Q冷= ms2cp2(t2-t1)
=,×1100×3.8×1000×(60-20)=1393.33kW,求对数平均温度差：,逆流时 热流体温度 127℃ 127℃,冷流体温度 20℃ 60℃,△t1=107 ℃,△t2=67 ℃,因为： △t1/△t2〈2，所以：,△ tm逆=,,求总传热系数K：,工艺条件要求的换热器的传热面积为：,换热器实际的换热面积为：,7.解: 热负荷:Q= Q冷= ms2cp2(t2-t1)=（2.5×104/3600）×4×1000×（80-20）=1666.7kw,逆流时 热流体温度 110℃ 110℃,对数平均温度差：,冷流体温度 20℃ 80℃,△t1=90 ℃,△t2=30 ℃,若换热器使用一年后，由于污垢热阻增加，将会使换热器的总传热系数下降（K’），传热速率下降（Q’） ，冷流体出口温度升高(t2’ )。,Q’= ms2cp2(t2’ -t1)=（2.5×104/3600）×4×1000×（72-20）=1444.4kw,若要保证冷流体出口温度仍为80 ℃,即热负荷仍为Q ，总传热系数为K’ ，传热速率下降（Q） ，求△ tm”。,设加热蒸汽温度为X,解得：X=123.9℃,有相变传热：蒸汽冷凝、液体沸腾
有相变对流传热的特点
① 相变过程中产生大量相变热（潜热）；,6. 有相变化的对流传热,,② 相变过程有其特殊传热规律，传热更为复杂；,(1)蒸汽冷凝
饱和蒸汽ts和冷壁面tw接触（ts>tw）
蒸汽放出潜热→在壁面凝成液体→膜状液体和滴状液体
a、膜状冷凝（可润湿）
壁面形成液膜，蒸汽只能在液膜表面冷凝，与直接接 触壁相比，附加了液膜的热阻。δ越厚，传热效果越差。,b、滴状冷凝（不润湿）,壁面大部分的面积直接暴露于蒸汽中。因没液膜阻碍，传热系数很大。,,,,,,,膜状冷凝,滴状冷凝,蒸汽在水平管外膜状冷凝的α,n——水平管束在垂直列上的管数；
特性尺寸：管外径do；
定性温度：λ取tS 下的值，其余为膜平均温度。,c. 影响冷凝传热的因素,冷凝液膜两侧的温度差：,流体物性的影响：,不凝性气体的影响：形成气膜，表面传热系数大幅度下降。,蒸气过热的影响：过热蒸汽，若壁温高于饱和温度，传热过程与无相变对流传热相同；若壁温低于饱和温度，按饱和蒸汽冷凝处理。,蒸气流速的影响：流速不大时，影响可忽略；
流速较大时，且与液膜同向，α增大；
流速较大时，且与液膜反向， α减小。,（2）液体的沸腾传热
对液体加热时，液体内部伴有由液相变为气相，即在液相内部产生气泡的过程，称为液体沸腾（又称沸腾传热）。工业上液体沸腾的方法有两种：一种是将加热壁面浸没在无强制对流的液体中，液体受热沸腾，称为池内沸腾；另一种是液体在管内流动时受热沸腾，称为管内沸腾。,沸腾过程：,过热度↑，汽化核心数↑，气泡产生和长大的速度↑，
使沸腾加剧，沸腾传热膜系数↑。,说明：由于气泡产生，使液体扰动↑
因此：,大容积饱和沸腾曲线,影响沸腾传热的因素,,加热壁面的影响：粗糙壁面, α ↑，光滑的壁面, α ↓； 被油脂污染的壁面, α ↓ ，清洁表面, α ↑； 水平管束沸腾传热，上排管 α ↓ 。,二. 传热过程强化的途径,增大传热系数，可以提高换热器的传热速率。增大传热系数，实际上就是降低换热器的总热阻。间壁两侧流体间传热总热阻等于两侧流体的对流传热热阻、污垢热阻及管壁导热热阻之和。由此可见，要降低总热阻，必须减小各项分热阻。但不同情况下，各项分热阻所占比例不同，故应具体问题具体分析，设法减小占比例较大的分热阻。,3．增大传热系数,一般来说，在金属换热器中壁面较薄且导热系数高，不会成为主要热阻。,污垢热阻是一个可变因素，在换热器刚投入使用时，污垢热阻很小，可不予考虑，但随着使用时间的加长污垢逐渐增加，便可成为阻碍传热的主要因素。,减小污垢热阻的具体措施有：提高流体的流速和扰动，以减弱垢层的沉积；加强水质处理，尽量采用软化水；加入阻垢剂，防止和减缓垢层形成；采用机械或化学的方法及时清除污垢。,当壁面热阻和污垢热阻均可忽略时,要提高K值必须提高流体的α值。当两α相差很大时，例如用水蒸气冷凝放热以加热空气，则1/K≈1/α小，此时欲提高K值，关键在于提高α小的那一侧流体的α。若αi与α0较为接近，此时，必须同时提高两侧的α，才能提高K值。,在列管换热器中，为提高α，对于无相变对流传热，通常采取如下具体措施：,①在管程，采用多程结构，可使流速成倍增加，流动方向不断改变，从而大大提高了α，但当程数增加时，流动阻力会随之增大，故需全面权衡；,②在壳程，也可采用多程，即装设纵向隔板，但限于制造、安装及维修上的困难，工程上一般不采用多程结构，而广泛采用折流挡板，这样，不仅可以局部提高流体在壳程内的流速，而且迫使流体多次改变流向，从而强化了对流传热。,对于冷凝传热，除了及时排除不凝性气体外，还可以采取一些其他措施，如在管壁上开一些纵向沟槽或装金属网，以阻止液膜的形成。对于沸腾传热，实践证明，设法使表面粗糙化或在液体中加入如乙醇、丙酮等添加剂，均能有效地提高α。,
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