第四章2___热交换网络

热辐射
第一节 热量传递的方式
思考题
(1)什么是导热？
(2)什么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和自 然对流传热的实例。 (3)简述辐射传热的过程及其特点 (4)试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空
气处于流动状态。
第二节 热传导 本节的主要内容
一、傅立叶定律 二、导热系数 三、通过平壁的稳定热传导
T ？
950
解：（1）导热系数按平壁的平均温度

取为常数
q
？
T1 T2 950 300 Tm 625 ℃ 2 2 K) m 1.0 0.001 625 1.625 W/(m·
300
T1 T2 950 300 q m 1.625 2641 W/m2 b 0.4
水 0.03～0.12 W/(m· K）
水是工程上最常用的导热介质 保温材料受潮后保温性能将 大幅度下降－－露天保温管 道必须注意防潮 利用多孔材料作为保温材料 对导热不利，但利于绝热、保温
GB4272规定的保温材料导热系数界定值
气体
0.007～0.17 W/(m· K)
氢
非金属中，石墨的导热系数最高，可达100～200[W／ （m· K）]，高于一般金属；同时，由于其具有耐腐蚀性能， 因此石墨是制作耐腐蚀换热器的理想材料。
附加热阻——接触热阻
q T1 T3 b1 r0 b2
1
2
接触热阻
与接触面的材料、接触界面的粗糙度、 接触面的压紧力和空隙中的气压等有关
（三）n层平壁的热传导
n Q Ri
T1 Tn1
T1 Tn1 n bi A
(4.2.11)
【例】某平壁炉的炉壁由三种材料组成，分别为耐火砖： 1 ＝ 1.4 W/(m· K)， b1 ＝225mm；保温砖： 2 ＝0.15W/(m· K)， b2 ＝115mm； 建筑砖： 3 ＝0.8W/(m· K)， b3 ＝225mm。测得炉内壁温度为 930℃， 外壁温度为 55℃， 求单位面积炉壁的热损失及各层间界面上的温度。

固体除湿器－旋转式 旋转式是通过转轮的旋转，使被除湿的气 流所流经的转轮除湿器的扇形部分对湿空 气进行除湿，而再生气流流过的剩余扇形 部分同时进行吸附剂的再生。被除湿的处 理气流和再生气流一般逆流流动。转轮式 除湿器可以连续工作、操作简便、结构紧 凑、易于维护，所以在空调领域常被应用 （图4-24）。
总结：显热和潜热传递的方向 （1）当空气与水直接接触时，从空气侧而言：空 气达到一定的状态为换热目的


3）潜热交换以空气初状态的露点温度TL1为界，当 Tw＞TL1时，空气得到潜热量，当Tw＜TL1时，空气 失去潜热量。同样，总热流方向还要看显热流量而 定。 4）当水温Tw＞T1时，显热、潜热都向着空气，总 热流方向总是向着空气。
在dX微元体上的导热增量为：
dqF qF 2 qF1 0

在dX的微元体上，凝结水膜与肋片的传热量为：
与导热增量平衡

空调温度范围内，为了简化计算过程，饱和空气 的焓可近似用下式表示为：
i a b t
a、b分别为计算空气焓的简化系数
iw a b t w
iF a b t F
空气干燥循环 吸附空气中水蒸气的吸附剂称为干燥剂（限定）。 干燥剂的吸湿和放湿是由干燥剂表面的蒸汽压与环 境空气的蒸汽压差决定的： 当干燥剂表面的蒸汽压较低时，干燥剂吸湿，反之 放湿，两者相等时，达到平衡，即既不吸湿，也不 放湿。 当表面水蒸气分压超过周围空气分压时，干燥剂脱 湿，这个过程称为干燥剂再生过程
结论：温差是热交换的推动力（高温向低温传递）， 水蒸气分压力差是质交换的推动力（高分压向低分 压传递）。


当空气与水在一微元面积dA（ m2）上接触时，空 气温度变化为dt，含湿量变化为 d(d)，显热交换量 将是：

换热网络设计(总42页) -本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-换热网络设计学院：班级：组员：指导老师：目录1. 前言 (2)2. 换热网络合成----夹点技术 (4)夹点特性 (4)温度区间的划分 (6)最小公用工程消耗 (7)温焓图与组合曲线 (8)3. 夹点法设计能量最优的换热网络 (10)匹配的可行性原则 (10)流股的分割---FCP表 (11)流股的匹配----勾销推断法 (13)4．换热网络的调优 (15)最小换热单元数 (15)能量与设备数的权衡 (16)△T min的选择 (17)5. 实例演算 (19)6. 心得体会 (40)1 前言化学工业是耗能大户，所以说在现代化学工业生产过程中，能量的回收及再利用有着极其重要的作用。

换热的目的不仅是为了改变物流温度使其满足工艺要求，而且也是为了回收过程余热，减少公用工程消耗。

在许多生产装置中，常常是一些物流需要加热，而另一些物流则需要冷却。

将这些物流合理的匹配在一起，充分利用热物流去加热冷物流，提高系统的热回收能力，尽可能减少蒸汽和冷却水等辅助加热和冷却用的公用工程（即能量）耗量，可以提高系统的能量利用率和经济性。

合理有效的解决物流间的换热问题，涉及如何确定物流间匹配换热的网络结构及相应的换热负荷分配。

换热网络系统综合就是在满足把每个物流由初始温度达到制定的目标温度的前提下，设计具有最大热回收效果和最小设备投资费用的换热器网络。

在七十年代能源危机刺激了过程集成技术的发展。

过程设计从对单元操作的优化逐渐发展到对全系统的优化集成。

从70年代末发展起来的夹点技术是一项最成功的过程集成技术。

英国学者Linnhoff 博士领导的英国帝国化学公司（ICI）的过程综合小组率先在工程设计中采用了这种全新的设计方法，取得了令人瞩目的节能效果。

在新建工厂的设计中，每个工程项目比常规设计平均节能30%，并且还同时节省了设备投资，在现场装置技术改造的应用中，投资回收期一般为12个月左右。

图4-1 混合式冷凝器 (a)并流低位冷凝器 (b)干式逆流高位冷凝器
1一外壳 2一淋水板 3、8一气压管 4一蒸汽进口
5一进水口6－不凝气出口 7一分离罐
蓄热式换热是在 蓄热器中实现热交换 的一种换热方式。蓄 热器内装有固体填充 物(如耐火砖等)，热 、冷流体交替地流过 蓄热器，利用固体填 充物来积蓄和释放热 量而达到换热的目的 。通常在生产中采用 二个并联的蓄热器交 替地使用，如图所示 。
氨蒸气
烟道气
~1000
适用温度，℃
0~80
>30
0~—15
<—15~—30
谢谢！
化工原理天大版第四章-传热2..
重点： ①单层、多层平壁，圆筒壁热传导速率方程 及应用； ②换热器能量衡算，总传热速率方程和总传 热系数的计算； ③对流传热系数的影响因素； 难点：
1. 对流传热机理;
2. 圆筒壁换热器的传热；
4.1 概 述
4.1.1 传热基本方式 4.1.2 冷热流体热交换的方式 4.1.3 典型的间壁式换热器 4.1.4 传热速率和热通量 4.1.5 稳态传热和非稳态传热
①热流体将热量传到壁面一侧②热量通过固体壁面的
热传导③壁面另一侧将热量传给冷流体
热对流---热传导---热对流
①结构简单，传热面积增减自如。因为它由标准构件组合而成， 安装时无需另外加工。
②传热效能高。它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合 适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，因此 它的传热效果好。液-液换热时,传热系数为 870～1750W/（m 2·℃）。这一点特别适合于高压、小流量、低传热系数流体的换热。 套管式换热器的缺点是占地面积大；单位传热面积金属耗量多，约 为 管壳式换热器 的5倍；管接头多，易泄漏；流阻大。