换热器 工工作原理

一、传热：即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递的传热过程。解决传热问题，都需要从总的传热速率方程出发，即： 式中：Q--冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； K--传热系数， A--传热面积， ； --平均传热温差，℃ 传热的基本方式 根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即热传导、对流和辐射。热传导： 热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。 •对流传热： 对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触时的热量传递。 •辐射传热： 又称为热辐射，是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，又被全部或部分地吸收而变为热能。作为换热设备，我们主要关心的热传导和对流传热。对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层中。假设流体与壁面的温度差全部集中在厚度为δ1'的有效膜内，该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述，该定律是一个实验定律： 对两侧流体，均可使用牛顿冷却定律，即： Q=αAΔt 式中：Q----对流传热的热流量，W； A----对流传热面积，m2; Δt----壁面温度与壁面法向上流体的平均温度之差，K； α----比例系数，称为表面传热系数，W/（m².K）二、对流传热 对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层中。假设流体与壁面的温度差全部集中在厚度为δ1'的有效膜内，该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述，该定律是一个实验定律： 对两侧流体，均可使用牛顿冷却定律，即： Q=αAΔt 式中：Q----对流传热的热流量，W； A----对流传热面积，m2; Δt----壁面温度与壁面法向上流体的平均温度之差，K； α----比例系数，称为表面传热系数，W/（m².K） 对流传热过程的计算，归结为如何获取 。 一般由实验 测定，采用科学的试验方法。三、表面传热系数的影响因素流动状态的影响 层流底层薄， 动力消耗大。强制对流和自然对流的影响 强制对流：外部机械作功,一般u较大，故 较大。 自然对流：依靠流体自身密度差造成的循环过程,一般u较小， 也较小。 流体物性的影响 的影响： 的影响： 的影响： 单位体积流体的热容量大，则 较大 的影响: 定性温度：各种表面传热系数所用数据的特征温度。传热面条件的影响 不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离，产 生旋涡，增加湍动，使 增大。 定型尺寸：对表面传热系数有决定性影响的特征尺寸。相变化的影响 一般情况下，有相变化时表面传热系数较大，机理各不相同，复杂。四、特征数的物理意义努塞尔数 =壁面温度梯度/平均温度梯度 称为无因次温度梯度。平均温度梯度一定，壁面温度梯度越大，Nu越大, 越大,有效膜越薄。 按热边界层理论,壁面温度梯度恒大于平均温度梯度,所以,努塞尔数恒大于1。雷诺数 惯性力和粘滞力的比值，反映流动状态对 的影响。普兰特数 v---动量扩散系数 α---热扩散系数 该公式反映了热扩散和动量扩散的相互关系。反映流动边界层厚度和热边界层厚度的相对厚度。 格拉晓夫数（又称升浮力数） 反映自然对流程度的特征数。特征数对流传热的分类： 无相变化传热: 强制对流 自然对流 有相变传热: 蒸汽冷凝 液体沸腾无相变化时对流传热过程的因次分析 利用因次分析的方法可获得描述对流传热的几个重要的特征数： (努塞尔数) (雷诺数) (普朗特数) (格拉晓夫数)

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器

在一个大的密闭容器内装上水或其他介质，而在容器内有管道穿过。让热水从管道内流过。由于管道内热水和容器内冷热水的温度差，会形成热交换，也就是初中物理的热平衡，高温物体的热量总是向低温物体传递，这样就把管道里水的热量交换给了容器内的冷水。