章节20-08.ppt

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1、传热学主讲：罗小兵能源与动力工程学院华中科技大学10/3/20211第八章传热过程和换热器§8-1传热过程§8-2换热器的类型§8-3换热器的传热计算10/3/20212§8-1传热过程1通过平壁的传热过程传热过程是定义为热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的综合热量传递过程。Q为冷热流体之间的传热热流量，W；F为传热面积，m2；为热流体与冷流体间的某个平均温差oC；k为传热系数，W/(oC)。10/3/20213tf1h1tw1qtw2h2tf2如图的传热系统由热流体与平壁表面之间的换热过程、平壁的导热过程和冷流体与平壁表面的换热过程组成。今设热、冷流体的温度分别为tf1和t

2、f2，换热系数分别为h1和h2,平壁的厚度为δ，而平壁两边的温度分别为tw1和tw2，于是在稳态条件下通过平壁的热流量可以写为如下的热阻形式：10/3/20214为通过平壁传热的传热系数，单位为W/(m2℃)。10/3/20215对流换热与辐射换热同时存在的换热过程称为复合换热。为了计算方便，通常将辐射换热量折合成对流换热量，引入辐射表面传热系数hrQr为辐射换热量。复合表面传热系数等于对流表面传热系数hc与辐射表面传热系数hr之和10/3/20216总换热量可以写成：2通过圆筒壁的传热该传热系统由热流体与圆筒壁表面之间的换热过程、圆筒壁的导热过程和冷流体与圆筒壁表面的换热过

3、程组成。10/3/20217tf1h1Qd1h2tf2d2今设热、冷流体的温度分别为tf1和tf2，换热系数分别为h1和h2,圆筒壁的内外直径以及长度分别为d1、d2和l,而圆筒壁内外壁面的温度分别为tw1和tw2，于是在稳态条件下通过圆筒壁的传热热流可以写为如下的热阻形式：10/3/20218在定义通过圆筒壁传热的传热系数时，必须首先确定传热系数的定义表面。以圆筒壁的外壁面作为计算面积，那么传热系数的定义式可以写为10/3/20219如果以圆筒壁的内壁面作为计算面积，那么传热系数的定义式可以写为基于圆筒壁内壁面的传热系数的表达式：10/3/202110在传热表面加上保温层能

4、够起到减少传热的作用。但是在圆筒壁面上增加保温层却有可能导致传热量的增大。0dcdRRc传热过程的总热阻会存在一个极小值,这就对应着一个传热量的最大值。那么，在对应总热阻极小值的外直径d2被称为临界热绝缘直径,记为dc。10/3/202111对方程求保温层外直径d2的导数，并令其为零临界热绝缘直径的计算表达式:对一般动力管道，=0.1W/(m·K)，ho=9W/(m2·K)，dc=2×0.1/9=0.022m=22mm，一般动力管道外径均大于此值，不必考虑临界直径问题。10/3/2021123通过肋壁的传热tfihitwiAbAfAiλtwoAoδtfoh0图中给出了一侧有

5、肋化表面的通过平壁的传热传热过程。ηo为肋面效率，可以由肋化表面的热平衡关系导出。10/3/202113tfihitwiAbAfAiλtwoAoδtfoh0对于肋化侧有肋面总效率Ab为肋基面积；Af为肋面面积；Ao＝Ab＋Af为肋侧总面积。10/3/202114通过肋壁传热的传热量计算关系式：为肋化系数10/3/202115从β的表达式可以看出，由于β值远大于1，而使η0β的值总是远大于1，这就使肋化侧的热阻1/η0βh2显著减小，从而增大传热系数ki的值。η0β的大小取决于肋高与肋间距。增加肋高可以加大β，但增加肋高会使肋片效率降低，从而使肋面总效率降低。10/3/2021

6、16减小肋间距，即使肋片加密也可以加大β，但肋间距过小会增大流体的流动阻力，使肋间流体的温度升高，降低传热温差，不利于传热。所以应该合理地选择肋高和肋间距，使ki具有最佳值。此外，由于肋化侧的几何结构一般比较复杂，其表面传热系数的确定常常是比较困难的，多为实验研究的结果。10/3/202117§8-2换热器的类型换热器：用来将高温流体的热量传递给低温流体的装置换热器应用石油化工：石化行业中，各种换热器占设备总投资的40%以上。10/3/202118交通运输行业：动力机车发动机工作时产生的大量热量也是依靠换热器散失到环境中去的动力工程行业：无论是火力发电厂还是核电厂，要实现将低

7、品位的热能向高品位的电能的转化，其中必不可少的环节便是大量的换热器10/3/202119航空航天行业：航空发动机的叶片、火箭发射冷却装置等是航空航天领域应用换热器的典型实例10/3/202120换热器分类换热器通常分为四类：间壁式、回热式(蓄热式)、混和式和热管式。间壁式：冷热流体由壁面隔开而分别位于壁面两侧，应用最广回热式：冷热流体依次交替流过同一换热表面而实现换热。壁面除了换热以外还起蓄热作用。10/3/202121混合式：冷热流体通过直接接触，相互混合来实现换热。应用受冷热流体不能直接接触的限制。