传热学传热过程

《传热学传热过程》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

第十一章传热过程第二篇传热学

1本章主要内容基本概念通过平壁、圆筒壁的传热传热的增强与削弱2

211-1基本概念概念：同一表面上同时存在着对流换热和辐射换热的综合热传递现象。对流换热辐射换热tftwq对q辐复合换热示意图一、复合换热如：凝汽器内蒸汽与管壁的换热：α≈α对3

3二、传热过程定义：指高温（热）流体通过固体壁面将热量传给低温（冷）流体的过程。实例：电厂中，大多数换热设备中发生的就是传热过程，如过热器中的传热，水冷壁中的传热，省煤器中的传热，凝汽器中的传热等。特点：①传热过程中，放热和吸热同时进行；②传热过程中同时存在三种基本热传递方式；③一个传热过程至少由三个环节组成：热流体复合换热+壁内导热+冷流体复合换热4

45

5思考题分析下列电厂换热设备的传热过程：水冷壁、冷油器、凝汽器6

67

7三、传热方程式式中：Φ---传热量，W；K---传热系数，W/(m2.℃)；A---传热面积，m2；∆t---热流体与冷流体间的传热温差，℃.8

8传热系数和传热热阻传热系数：传热系数K是一个表征传热过程强烈程度的物理量。传热过程越强，传热系数越大。传热热阻：整个面积的传热热阻：单位面积的传热热阻：不同的传热过程，其传热系数和传热热阻的具体表达式不同。9

9传热系数K的大致数值范围冷流体热流体总传热系数KW/(m2·℃)水水1000～2500水气体10～100水有机溶剂280～850水轻油340～910水重油60～280有机溶剂有机溶剂115～40水水蒸气冷凝2000～6000气体水蒸气冷凝30～300水低沸点烃类冷凝455～1140水沸腾水蒸气冷凝2000～4250轻油沸腾水蒸气冷凝455～102010

1011-2通过平壁和圆筒壁的传热传热过程的分析计算包括：（1）传热过程的温度分布情况；（2）传热量的计算；（3）固体壁面壁温的计算。11

11一、通过平壁的传热12

1213

13由串联热阻叠加原理得平壁传热热阻及传热系数：未知壁温计算：平壁传热量：14

14多层平壁传热qtf1tf21/α11/α2δ1/λ1δ2/λ2如电厂中，锅炉炉墙散热、汽轮机汽缸壁散热等属多层平壁传热问题。15

15例题分析例11-1已知：钢板厚δ=8mm，λ=46.52W/(m.℃).烟气侧：α1=35W/(m2.℃)，tf1=1500℃.沸水侧：α2=5815W/(m2.℃)，tf2=310℃.求：（1）传热量q及烟气侧钢板壁温tw1；（2）若钢板两侧各生了1mm厚的烟垢和水垢，其热导率分别为0.1163W/(m.℃)和1.163W/(m.℃).问此时（1）题中的量变成了多少？解：（1）钢板表面没有结垢时，为单层平壁传热.16

16（2）钢板表面结垢后，相当于三层平壁传热.烟气侧烟垢表面温度：烟气侧钢板壁温：说明：比较结垢前后的传热量及烟气侧钢板壁温可知，钢板表面生垢后，q↓25%左右，tw1↑23℃。可见保持换热面的清洁状态对于传热是非常重要的。17

17二、通过圆筒壁的传热18

18单层圆筒壁传热由串联热阻叠加原理得单层圆筒壁传热总热阻：19

19包有保温材料的蒸汽管道的散热过程：蒸汽→管内壁→管外壁(保温层内层)→保温外层→空气对流换热复合换热导热导热其热路图为：Φ蒸汽空气多层圆筒壁传热20

20薄圆筒壁传热的简化计算当管壁较薄（d2/d1≤2)或计算精确度要求不高时，可将圆筒壁简化为平壁来计算。K----按平壁计算的传热系数；Am---按计算直径计算的传热面积；dm---计算直径，当α1≈α2时，取dm=1/2(d2+d1)；当α1《α2时，取dm=d1.21

2111-3传热的增强与削弱一、增强传热：增强传热的目的：——提高换热设备出力，节能省材。增强传热的途径：22

221、减小导热热阻：减小各种污垢（如水垢、油垢、灰垢等）热阻。（如：及时清洗换热管壁面，锅炉排污，吹灰打焦等）2、增强对流换热：增大流速（需考虑对流动阻力的影响）；增强扰动（如采用内螺纹管、增装扰流子、机械振动等）；相变换热时及时排出不凝结气体等。3、增强辐射换热：增加表面黑度、增加相互间角系数等。（一）增大传热系数（即减小传热热阻）以平壁传热为例：23

23（二）扩展传热表面——在传热壁上加装肋片肋片的安装位置：通常在热阻大的一侧（气体侧）加装肋片，即α1和α2中较小的一侧。直肋环肋膜式水冷壁板翅式内肋针状肋肋片的作用：增强传热，降低壁温。24

24（三）加大传热温差提高热流体温度；降低冷流体温度；通过合理布置流体的流动方式来实现加大传热温差。（如换热器中采用逆流布置）25

2511-3传热的增强与削弱增强传热的原则：——应抓住局部热阻最大的环节进行强化，才能使增强传热的效果明显，即减小最大的局部热阻（多集中在气侧、油侧及污垢层上）。26

26例题分析例11-2教材P171.习题11-9解：（1）按平壁计算，省煤器的传热系数为：（2）计算各局部热阻：烟气侧：r1=1/α1=1/81=0.0123(m2.K)/W管壁：rλ=δ/λ=0.004/52=0.0001(m2.K)/W水侧：r2=1/α2=1/5011=0.0002(m2.K)/W由计算可知：r1>r2>rλ，即烟气侧的热阻最大。因此，提高传热系数必须首先从烟气侧入手。具体办法可采用增大烟气侧流速或在烟气侧管壁上加肋等。27

27（3）如果水侧换热系数增加一倍，则传热系数变为：可见，强化水侧换热所得的效果不明显。（4）如果管外壁积了一层灰垢，则传热系数变为：管外壁积灰后，传热系数明显下降，此时省煤器传热过程的最大局部热阻为灰垢层的导热热阻，所以此时减少总热阻的最有效方法为清除管壁上的灰垢层。28

28二、削弱传热——在传热壁面上加装保温材料1.保温隔热的目的：（1）减少热损失；（2）保证流体温度，满足工业要求；（3）保证设备正常运行；（4）减小环境热污染；（5）保证工作人员安全。2.对保温材料的要求：（1）热导率小；（2）温度稳定性好；（3）有一定机械强度；（4）吸水吸湿性好。3.保温经济厚度的确定：29

29三、传热实例分析烟气与灰垢层外表面的复合换热热阻较大（主要热阻），而管壁导热热阻及管内沸腾换热热阻很小。虽然火焰温度很高，而管壁温度却不高，它只比管内水温高10～20℃。所以水冷壁可以采用最高允许工作温度为480℃的碳素钢作为管材。1.锅炉水冷壁传热分析水冷壁工作在烟温1000℃以上的炉膛中，为什么可用允许工作温度为480℃的碳钢作管材？30

30主要热阻在保温层；汽缸壁本身导热热阻很小，温差小，不必担心热变形；但保温层损坏或脱落时，汽缸内、外壁温差明显加大，会产生热变形和热损失。2.汽缸壁传热分析31

31主要热阻在烟气侧（或管外的灰垢层导热热阻）；省煤器3、省煤器传热分析增强传热的措施：①增加烟气流速；②在烟气侧加肋；③及时清除灰垢。32

324、凝汽器传热分析33

33凝汽器传热热阻为：增强凝汽器传热的措施：（1）减小铜管内侧冷却水对流换热热阻1/α2；（如提高流速等）（2）减小污垢热阻Rf；（如定期清洗等）污垢热阻为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不显著。试分析原因。34

34课堂思考教材P170.思考题11-6、11-735

35本章小结复合换热及传热过程的概念；传热方程式，传热系数和传热热阻；通过平壁和圆筒壁的传热计算及热阻表达式；增强传热的目的及措施；电厂中换热设备的传热分析36

36课外作业教材P171.习题11-1、11-237

37炉内结构省煤器38

38冷油器和回热加热器图示39

39安装中的膜式水冷壁40

4041

41传热学练习题（第8-11章）一、填空题：1.反映对流换热过程强弱的物理量是___________，反映复合换热过程强弱的物理量是___________，反映传热过程强弱的物理量是_____________。2.付里叶定律在一维稳定温度场中的表达式为_______，其中负号的含义是________________。3.试对下列几种物质（常温下）的导热能力大小排序：空气、水、润滑油、石棉、碳素钢、紫铜_________________________________________。4.根据传热方程式可知，增强传热的主要途径是_____、_____和_____。42

425.紊流换热的主要热阻在________，为减小其热阻，可采取的方法有________________________。6.角系数纯属几何因子，与物体的__________无关，角系数的相对性表示为__________________。7.固体和液体对热辐射的吸收和反射几乎都在_______进行，即______=0。8.通过双层圆筒壁的导热热阻为______________，通过锅炉炉墙（三层平壁）单位面积上的传热热阻为___________________________。43

43二、简答题：1.为什么凝汽器上要装设高效能的抽气器？2.热辐射与导热和对流换热相比有何本质区别？3.加遮热板为什么可以减少辐射换热？4.画出包有一层保温材料的蒸汽管道散热过程的热路图，并标明各热阻的数学表达式及相应的热传递方式。5.试结合省煤器的传热过程说明增强传热的具体措施。44