《换热器及换热原理》课件

换热器及换热原理课程目标了解换热器种类掌握不同类型换热器的特点和应用场景理解换热原理深入学习热量传递的三种方式，以及它们在换热器中的应用掌握换热计算方法学会运用公式和软件进行换热器性能的分析和设计换热传热概述换热传热是热量从高温物体传递到低温物体的过程换热器是实现热量传递的设备，广泛应用于各种工业领域，例如电力、化工、冶金、石油、食品等换热器可以有效地提高热能利用率，降低能耗，同时也有利于环境保护热量传递的三种方式热传导热对流热辐射通过物质的分子运动传递热量通过流体的运动传递热量通过电磁波传递热量传热过程中的几个概念热源热阱传热速率传热系数具有较高温度的物体或区域，具有较低温度的物体或区域，单位时间内通过物体或区域的衡量物体或区域传热能力的指它向周围环境释放热量它吸收来自周围环境的热量热量传递量，通常以瓦特（W标，表示在单位温度差下单位）表示时间内传递的热量热传导分子运动热传导是通过物质内部分子热运动的传递方式，能量从高温区域传递到低温区域热量传递热量传递过程需要介质，没有介质则无法发生热传导温度差热传导发生在不同温度的物体之间，热量总是从高温物体传递到低温物体热传导的基本定律傅里叶定律热传导系数12热传导速率与温度梯度成正比材料的热导率是指单位温度梯，与热传导面积成正比，与材度下，单位时间内通过单位面料的热导率成正比积的热量热阻3热阻是指材料阻碍热量传递的能力，与材料的热导率成反比，与材料的厚度成正比热传导的温度分布在稳态热传导中，温度沿传热方向呈线性分布温度梯度是温度变化率，与热通量成正比换热器设计中，理解温度分布有助于优化传热效率热传导的应用建筑保温电子设备散热烹饪利用隔热材料降低热量传递，提高建筑通过散热片等结构将电子设备产生的热利用锅具的热传导特性，将热量传递给的节能效果量快速传导至周围环境食物，实现烹饪热对流流体运动1温度差异引起流体流动热量传递2流体携带热量传递热传递效率3受流体性质影响对流换热的基本原理流体运动温度梯度流体运动会带走热量，并将其传递到其他地方流体之间存在温度梯度，冷热流体之间会发生热量交换对流换热的分类自然对流强制对流12由于流体本身的密度差异，在流体内部自然产生的流动由外部动力推动流体流动，例如风机、泵等强制对流换热的计算公式描述Nu=hL/k努塞尔数，表示对流换热系数与热导率的比值Re=ρvL/μ雷诺数，表示流体惯性力与粘性力的比值Pr=Cpμ/k普朗特数，表示动量扩散率与热量扩散率的比值自然对流换热的计算1计算主要根据热流密度和热传递系数进行计算2系数热传递系数受流体性质、几何形状和温度差等因素影响3影响流体粘度、热导率、密度等会影响换热效率辐射热传递电磁波1热量以电磁波的形式传递温度2与物体温度有关表面性质3与物体表面性质有关辐射热传递的基本定律斯特藩玻耳兹曼定律维恩位移定律基尔霍夫定律-黑体辐射能量密度与绝对温度的四次方成黑体辐射强度的峰值波长与绝对温度成反在相同温度下，物体的辐射能力与其吸收正比比能力之比为常数黑体辐射黑体是指能够完全吸收所有波长的电磁辐射的理想物体在热力学中，黑体辐射指的是黑体发射的电磁辐射，其能量分布只与黑体的温度有关黑体辐射是热辐射研究的理论基础，也为理解实际物体辐射奠定了基础黑体辐射的能量分布可以用普朗克黑体辐射定律来描述，该定律揭示了黑体辐射能量分布与温度的关系实际物体的辐射实际物体并非黑体，其表面发射率小于1，辐射能力弱于黑体实际物体的辐射能力与黑体辐射能力之比称为发射率发射率是一个介于0和1之间的无量纲量，反映了实际物体辐射能力与黑体辐射能力的接近程度发射率越高，物体辐射能力越强实际物体的发射率受多种因素影响，如材料性质、表面状况、温度等例如，抛光金属表面的发射率较低，而粗糙表面的发射率较高综合运用热传导1锅子加热时，热量从炉火传递到锅子底部，再传递到食物，这是热传导的应用热对流2锅子里的水被加热后，热的水向上流动，冷的水向下流动，形成对流，这是热对流的应用热辐射3烤箱加热时，热量通过红外线辐射传递到食物，这是热辐射的应用换热器的分类管式换热器结构简单，应用广泛，主要用于液体和气体之间的换热板式换热器结构紧凑，传热效率高，主要用于液体之间的换热壳管式换热器适合处理高压、高温流体，常用于石油化工等领域管式换热器的构造管式换热器是一种常见的换热器类型，其结构主要包括以下几个部分•换热管作为热量传递的主要通道，通常由金属管材制成，可以是直管或弯管•管板用于固定换热管，并将其密封在换热器壳体中•换热器壳体包含换热管和管板，用于容纳流体并提供必要的结构支撑•流体通道用于引导流体在换热器内部流动，并进行热量交换•保温层用于降低换热器热损失，提高换热效率管式换热器的工作原理流体流动两种不同温度的流体分别在换热器的管内和管外流动热量传递高温流体通过管壁将热量传递给低温流体温度变化高温流体温度下降，低温流体温度升高热量平衡达到热量平衡状态，两种流体温度不再发生变化管式换热器的性能指标指标描述传热系数衡量换热效率的重要指标，数值越高，换热效率越高压降流体在换热器内部流动时产生的压降，数值越低，能耗越低热效率实际换热量与理论换热量之比，数值越高，换热效果越好尺寸换热器的尺寸，应根据实际需求选择合适的尺寸重量换热器的重量，应考虑运输和安装的便利性材料换热器使用的材料，应根据工作介质的性质和温度选择合适的材料价格换热器的价格，应根据预算选择合适的型号管式换热器的选型流体类型温度压力不同流体类型对换热器材料、尺寸换热器必须承受工作温度和压力，和结构都有影响需要选择合适的材料和结构换热量成本效益根据换热量需求选择合适尺寸和类考虑初始成本、运行成本和维护成型的换热器本等因素，选择最经济的方案板式换热器的构造板式换热器由一系列波纹状金属板组成，这些金属板之间留有间隙，形成许多平行流道冷热流体分别在这些流道中流动，通过金属板进行热量交换板式换热器通常采用焊接或压紧的方式连接金属板，并通过压紧装置确保板片之间的密封板片材料一般为不锈钢或钛合金，具有耐腐蚀、耐高温、抗压性强等特点板式换热器的工作原理流体通道1流体在板片之间形成薄层流动传热2热量通过板片高效传导混合3不同流体充分混合板式换热器的性能指标板式换热器的选型流体类型应用场景性能需求板式换热器适用于各种流体，包括水、油和从工业生产到家庭供暖，板式换热器在各种选择时需考虑热量传递效率、压降和尺寸等气体应用中都有应用因素结论和总结本课程深入探讨了换热器的类型和工作原理，并着重介绍了管式和板式换热器了解换热器的原理和特性，可以帮助我们在工程应用中选择合适的换热设备，提升能源利用效率，降低成本。