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换热器传热基础知识换热器是一种用于热量传递的设备，广泛应用于工业、建筑和日常生活中。其核心功能是通过两种或多种流体之间的温差实现热量交换，同时保持流体之间不直接混合。根据结构和工作原理的不同，换热器可分为壳管式、板式、翅片式等多种类型。
换热器的基本传热过程涉及三种主要机制：导热、对流和辐射。其中，导热发生在固体壁面内部，对流则涉及流体与壁面之间的热量传递，而辐射通常在高温条件下起作用。实际应用中，换热器的设计需综合考虑流体性质（如温度、压力、黏度）、材料导热性能以及几何结构等因素。
传热效率是衡量换热器性能的重要指标施工组织设计_019施工现场安全管理网络，通常用传热系数来表示。为了提高传热效率，设计者常采用增加换热面积、优化流体流动状态（如促进湍流）以及选用高效导热材料等方法。此外，换热器还需兼顾经济性、可靠性和维护便利性。
换热器的应用领域十分广泛，例如化工行业的反应器冷却、电力行业的蒸汽冷凝、制冷系统的蒸发器与冷凝器，以及供暖系统中的散热器等。随着技术进步，新型高效换热器不断涌现，为节能减排和可持续发展提供了重要支持。
整理——单层圆筒壁微分导热公式式中——对数平均微元面积，m2；当时，。沿柱面定积分，得所以——单层圆筒壁导热公式整理——单层圆筒壁导热公式式中——对数平均面积，m2；当时，。——温差，K，C；——热阻，K/W。
课堂练习：设，试求单层圆筒壁的导热传热速率计算公式。解：由得沿r方向定积分，得所以得所以当与t成线性关系时，只要将导热公式中的用算术平均温度下的代替，即可求解变导热系数的导热问题。否则，要用积分平均值代替。
3、多层圆筒壁与多层平壁同理可得或
四、x的物理意义以管外冷流体湍流流动为例，则有效膜很薄。设有效膜内的流体按层流流动，则由单层圆筒壁微分导热公式：得比较得所以x的物理意义是导热系数与有效膜厚度之比。(若为层流，则，，)
五、热边界层1．形成当流体流过与其温度不同的壁面时，因其本身受热或冷却而使壁面附近流体的温度发生变化，从而产生温度梯度。热边界层（温度边界层）：壁面附近存在温度梯度的流体层t，一般取热边界层外缘的过余温度。主流区：边界层以外的区域。2．发展（限于管内）与流动边界层类似，热边界层的形成也有一个发展的过程，但热边界层在充分发展后因传热过程的继续而不能形成稳定的热边界层，最后会消失。虽然管道内充分发展后的热边界层（温度分布）不能稳定，但局部对流传热系数x可以基本稳定。因为对流传热系数取决于层流底层的厚度，见x的物理意义。进口段（稳定段）：从进口处到局部对流传热系数x基本稳定的这一段距离。若流动边界层在管中心汇合时仍为层流，则从进口处开始降低到某一极限值后基本上保持恒定。若汇合前已发展为湍流，则在层流向湍流过渡时，有所回升，然后趋于恒定。当湍流十分激烈时，进口段的影响即消失。
一、能量衡算（忽略热损失）1．基本热量衡算式2．无相变时热量衡算式3．有相变时热量衡算式4．无相变和有相变共存时热量衡算式 二、总传热方程：仿牛顿冷却定律，显然，在间壁式换热器中，热流密度与两流体的温差成正比，即——总传热微分方程或——总传热微分方程式中qx——局部热流密率，W/m2；Q——传热速率或热流量，W；S——间壁传热面积，m2；Kx——局部总传热系数，W/(m2K)；t、T——分别为冷热流体的局部流体截面平均温度或大空间中流体主流温度，K；
三、总传热系数Kx、K总传热微分方程实质上是总传热系数的定义式。总传热系数主要取决于冷热流体侧的对流传热系数。下面推导其计算公式。设稳定传热，其他如图所设，则通过热流体的对流传热速率为通过热流体侧污垢的导热传热速率为通过管壁的导热传热速率为通过冷流体侧污垢的导热传热速率为通过冷流体的对流传热速率为整理，得相加并整理，得
对比总传热微分方程：得而，，，所以假定为常数，对上式沿管长取平均值，得当时，当时，当传热面为平壁时，所以 四、对流传热系数对总传热系数的影响以平壁为例，若忽略污垢热阻和管壁热阻，则
所以当时，当时，所以当i，o相差较大时，必须提高较小的，才能提高K；当i，o相差不大时，必须同时提高i，o，才能提高K。 五、平均温差1．恒温传热由总传热微分方程对上式沿管长取平均值，得所以——总传热方程令——平均温差则——总传热方程
2、变温传热 (1) 逆流和并流以套管式换热器中的逆流为例，如图所设，则由dS中的热平衡，得所以相减令——局部温差且假定为常数。则
所以t与Q成线性关系，其斜率也可为而所以假定为常数，则，令——对数平均温差，当时，。所以——总传热基本方程显然，上式对并流也适用。（2）折流和错流式中——温差校正系数
式中 六、关于简化假定的讨论当流体的温度变化较大时，流体的物性变化也较大，从而对流传热系数的变化也较大，最终使总传热系数变化较大，所以上述公式误差较大。若K随温度呈线性变化时，可用下式计算若K随温度不呈线性变化时，可分段计算，将每段的K视为常数，则或若K随温度变化较大时，应采用积分法：或
九、传热单元数1．传热效率：实际传热量与最大可能传热量之比，即显然，热、冷流体各自温度变化的最大值均为。又由知最大可能传热量应为Wcp值较小的流体在最大温度变化下传递的热量，即式中——热容量流率若则若则2．传热单元数NTU（NumberofTransferUnits）由得假定为常数，则
令——传热单元长度，m；——传热单元数所以当时，即由得所以，传热单元长度是温度变化与该段换热器内的平均推动力相等时的换热器长度。1．传热效率和传热单元数的关系（与NTU）以单程逆流、热流体为最小值流体为例，且假定为常数。由得或所以
第五节对流传热系数关联式
一、对流传热的分类强制对流无相变自然对流对流传热冷凝有相变沸腾 二、影响对流传热的因素1．流体的种类牛顿型流体非牛顿型流体2．流体的相变状况无相变有相变3．流体的物性密度动力粘度导热系数定压比热cp体积膨胀系数4．流体的进出口温度冷流体温度t1，t2热流体温度T1，T2
5.流体的流动类型层流过渡流湍流6.流体流动的原因自然对流强制对流7.传热壁面的几何因素形状大小位置光滑度 三、对流传热过程的量纲（因次）分析无相变时，由实验知式中——平均对流传热系数，W/(m2K)；u——流体的特征流速，m/s；l——传热面的特征长度，m；——过余温度，即壁温与流体主流温度之差，K；——单位质量流体所受净升力，m/s2。单位质量流体所受净升力为
上式8个物理量的单位和量纲分别为设由量纲相等，得
由因次相等，得解之，得回代，得所以令——努塞尔特(Nusselt)数，表示对流传热；(Number)——雷诺(Reynolds)数，表示强制对流；——普朗特(Prandtl)数db23／t 990-2020 易燃易爆化学物品运输车辆消防安全技术条件，表示物性；——格拉晓夫(Grashof)数，表示自然对流。则或
(c) 过渡流式中——湍流时的。适用范围：Re=2300~10000。b. 进口段的影响进口段由于热边界层较薄而具有比充分发展段高的对流传热系数，所以当时，应对上述公式进行修正：c. 圆形弯管式中——直管中的；——弯管轴的弯曲半径。d. 非圆形管用代替=4A/∏或对在套管环隙中水或空气，特征流速：环隙中流体平均流速；特征长度：环隙流动当量直径；定性温度：流体平均温度；适用范围：。
(b) 25%圆缺形挡板关联式（Kern关联式）或其中特征流速：最大截面积A处的流速；特征长度：当量直径；定性温度：流体平均温度，但由确定；适用范围：。最大截面积A：式中——挡板间距，m；——外壳内径，m。当量直径：若正方形排列，则若正三角形排列，则式中——两管中心距，m；——管外径，m。
b、 水平单管式中——汽化潜热，J/kg。定性温度：膜温，但r由ts确定。(3) 液膜雷诺数以竖壁为例，由得——底部数值式中W——冷凝液的质量流量，kg/s；M——冷凝负荷，kg/(ms)。(4) 准数关联式以竖壁为例，由得所以整理得令则
(5) 经验关联式a. 竖壁或竖管(a) 层流()时（蒸汽对液膜的摩擦）或(b) 湍流()时，（Badger关联式）b. 水平管(a) 水平单管(b) 水平管束（Kern关联式，下管液膜加厚）式中——水平管束在垂直列上的管数。(6) 影响冷凝传热的因素a. 冷凝温差t,Q,,；b. 物性有影响c. 蒸汽的流速和流向
式中——对比压力，R=0.01~0.9；p——操作压力，Pa；pc——临界压力，Pa，；q——操作热负荷，，；qc——临界热负荷，W/m2，可用下式估算：式中Di——管束直径，m；L——管长，m；So——管外壁总传热面积。(4) 影响沸腾的因素a. 液体的性质：、、、，，，，b. 沸腾温差（壁过热度）：见沸腾曲线c. 操作压力P，TS，d. 加热面油脂沾污或结垢，壁面粗糙，汽化核心数，
藏香猪养殖基地扩建项目土建工程一、类型沉浸式蛇管式管式喷淋式套管式列管（管壳）式间壁式夹套式板式板式螺旋板式翅片管式翅片式板翅式混合式（直接接触式）蓄热式 二、列管式换热器的基本型式无膨胀节固定（管板）式有膨胀节U型管式浮头式
——直管阻力，——回弯管阻力，可按下式估算：(2) 壳程阻力式中——流体横过管束的阻力，Pa；——流体通过折流板缺口的阻力，Pa；=1.15，液体FS——结垢校正因数=1.0，气体而式中F——管子排列方式校正因数；0.5，正三角形0.4，45正方形0.3，正方形o——壳程摩擦系数；nc——管束中心线上的管子数；NB——折流板数；h——折流板间距，m；uo——由管间最大截面积Ao计算的流速。