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第九章 传热过程分析和换热器计算在这一章里讨论几种典型的传热过程，如通过平壁、圆筒壁和肋壁的传热过程通过分析得出它们的计算公式。
由于换热器是工程上常用的热交换设备，其中的热交换过程都是一些典型的传热过程。
因此，在这里我们对一些简单的换热器进行热平衡分析，介绍它们的热计算方法，以此作为应用传热学知识的一个较为完整的实例。
9－1传热过程分析在实际的工业过程和日常生活中存在着的大量的热量传递过程常常不是以单一的热量传递方式出现，而多是以复合的或综合的方式出现。
在这些同时存在多种热量传递方式的热传递过程中，我们常常把传热过程和复合换热过程作为研究和讨论的重点。
对于前者，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，在第一章中我们对通过大平壁的传热过程进行了简单的分析，并给出了计算传热量的公式 t kF Q ∆=， 9－1式中，Q 为冷热流体之间的传热热流量，W ；F 为传热面积，m 2；t ∆为热流体与冷流体间的某个平均温差，oC ；k 为传热系数，W/(⋅2m o C)。
在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差t ∆=1 o C 、传热面积A =1 m2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。
在这一章中我们除对通过平壁的传热过程进行较为详细的讨论之外，还要讨论通过圆筒壁的传热过程，通过肋壁的传热过程，以及在此基础上对一些简单的包含传热过程的换热器进行相应的热分析和热计算。
对于后者，复合换热是定义为在同一个换热表面上同时存在着两种以上的热量传递方式，如气体和固体壁面之间的热传递过程，就同时存在着固体壁面和气体之间的对流换热以及因气体为透明介质而发生的固体壁面和包围该固体壁面的物体之间的辐射换热，如果气体为有辐射性能的气体，那么还存在固体壁面和气体之间的辐射换热。
这样，固体壁面和它所处的环境之间就存在着一个复合换热过程。
下面我们来讨论一个典型的复合换热过程，即一个热表面在环境中的冷却过程，如图9－1所示。
传热过程的计算及换热器2传热过程的计算及换热器2传热是物体间因温度差而引起的热能传递过程。
在工程实际中，传热过程的计算是非常重要的，尤其是在换热器设计和运行中。
本文将对传热过程的计算方法和换热器进行详细介绍。
一、传热过程的计算方法1.传热方程求解：传热方程主要包括热传导方程、对流传热方程和辐射传热方程。
热传导方程适用于固体传热，对流传热方程适用于流体传热，辐射传热方程适用于热辐射传热。
通过对这些方程进行求解，可以得到传热过程中的温度分布和传热速率。
2.传热电阻法：传热电阻法是根据传热过程中各个物体的热阻来计算传热速率的方法。
传热过程中，一般包括热源（或热池）、传热介质和传热表面。
根据热阻的串/并联关系，可以将传热系统简化为一个等效的传热电路，然后通过电路的电流和电阻来计算传热速率。
3.传热系数法：传热系数法是根据传热过程中的传热系数来计算传热速率的方法。
传热系数是指传热介质和传热表面之间传热的能力，可以通过实验测定或者理论计算来获取。
根据传热系数的定义和传热公式，可以直接计算传热速率。
二、换热器换热器是用来实现热能传递的设备，广泛应用于化工、电力、石油、冶金、轻工等行业，是工业生产中的重要设备之一、换热器的主要功能是将两种介质之间的热量传递给另一种介质，实现冷热介质的热能转化。
换热器按照结构特点可以分为管壳式换热器和板式换热器。
管壳式换热器由壳体、管束和管板等组成，各种不同的构造形式可以满足不同的工艺要求。
板式换热器是利用板状换热元件将冷热介质进行交叉传热，具有紧凑、高效、节能的优点。
换热器的性能主要是通过换热系数和压力损失来评价的。
换热器的换热系数是指单位时间内传递热量与温度差的比值，表示换热器的传热能力，可以通过实验测定和理论计算来获取。
压力损失是指流体通过换热器时产生的阻力损失，与换热器的结构和流体特性密切相关。
换热器的设计和运行中，需要考虑的因素包括传热面积的确定、流体流速的选择、换热介质的性质以及换热器的材料选择等。
1210.3.1 顺流及逆流换热器的对数平均温差的计算传热方程的一般形式：mt kA ∆=Φ以顺流情况为例，并作如下假设：(1)冷热流体的质量流量q m2、q m1以及比热容c 2,c 1是常数；(2) 传热系数k 是常数；(3)换热器无散热损失；(4)换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
)(x x A f t =∆3d d t A k ∆=Φ1111111d d d d m m Φq c t t Φq c =-⇒=-2222221d d d d m m Φq c t t Φq c =⇒=1212d d d Δt t t Δt t t =-⇒=-12112211d d d d d m m Δt t t ΦμΦq c q c ⎛⎫=-=-+=- ⎪⎝⎭112211m m μq c q c =+tdA d d ∆-=Φ-=∆k t μμ4tdA d d ∆-=Φ-=∆k t μμdA td k tμ-=∆∆⎰⎰-=∆∆∆'∆x xA t t k t0dAtd μxxkA t μ-='∆∆t ln )exp(t x x kA t μ-'∆=∆xx x 0)dA exp(t 1dA t 1x AAm kA A A t μ-'∆=∆=∆⎰⎰整个换热面的平均温差()1-)exp(t )dA exp(t 1x0kA kAkA A t x Am μμμ-'∆-=-'∆=∆⎰当地温差xx kA t μ-='∆∆t ln kA t μ-='∆''∆t ln A A x =)exp(t kA t μ-='∆''∆t t t t t t t m ''∆'∆''∆-'∆='∆''∆'∆-''∆=⎪⎭⎫⎝⎛'∆''∆'∆''∆'∆=∆t ln t t ln t 1-t t ln t (1)(2)(3)5t t t m ''∆'∆''∆-'∆=∆t ln t 顺流：逆流：d d t A k ∆=Φch c h t t t t t t d d d -=∆⇒-=∆Φ-=⇒-=Φd 1d d d hmh h h h mh c q t t c q Φ-=⇒=Φd 1d d d cmc c c c mc c q t t c q Φ-=Φ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=∆d d 11d μc mc hmh c q c q t cmc h mh c q c q 11-=μt t t m ''∆'∆''∆-'∆=∆t lnt ,逆流6顺流和逆流的区别在于：顺流：逆流：1212Δt t t Δt t t '''''''''=-=-1212Δt t t Δt t t '''''''''=-=-minmax min max t lnt t t t m ∆∆∆-∆=∆或者我们也可以将对数平均温差写成如下统一形式(顺流和逆流都适用)7算术平均与对数平均平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即2min max ,t t t m ∆+∆=∆算术minmax min max ,t lnt t t t m ∆∆∆-∆=∆对数算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当时，两者的差别小于4％；当时，两者的差别小于2.3％。
