第十章 传热和换热器
第一节 通过肋壁的传热
一、肋片传热计算式
1．以平壁的一侧为肋壁，分析肋壁的传热。
设肋和平壁为同一种材料，平壁厚度为?，导热系数为?，
''''''肋表面积为A2（A2?A2，其中A2为肋片之间的基部面积，A2为肋片表面积）。 ?A2（1）无肋的光壁表面积为A1，光壁侧流体1的表面传热系数为h1，温度为tf1，光壁面温度为tw1。
''（2）肋壁侧流体2的表面传热系数为h2，温度为tf2，肋基壁面温度为tw2，肋片A2的平
均壁温为tw2,m，设tf1>tf2。
在稳态情况下，各传热环节的热量为： ① 光壁换热：??h1A1(tf1?tw1) ② 平壁导热：???A1(tw1?tw2) ?'''③ 肋壁换热：??h2A2(tw2?tf2)?h2A2(tw2,m?tf2)
''h2A2(tw2,m?tf2)肋片效率为：?f?h2A(tw2?tf2)''2?tw2,m?tf2tw2?tf2
tf1tw1tw2tf2'''??h2(A2??fA2)(tw2?tf2)?h2A2?(tw2?tf2)
'''A2??fA2式中，??A2，称为肋片的总效率。
整理以上各式，将肋壁传热公式写成两侧流体温差表示的形式，即：
tf1?tf2???A1
1?1A11?????h1A1?A1h2A2?h1?h2A2?将上式写为：??k1A1(tf1?tf2)1
式中，k1是以光壁面面积A1为基准的传热系数。
tf1?tf2 第1页
k1?11?1??h1?h2?? W/(m2?K)
式中，??A2，称为肋化系数（加肋后的肋壁总面积与光壁面面积之比），??1 （??A1往往远大于1，所以总可以使??大于1）
tf1?tf2tf1?tf2另 ??A?A?k2A2(tf1?tf2)
A2?A2?12121??????h1?h2?h1A1?A1h2?式中，k2是以A2为基准的传热系数。
k2?11?1????h1?h2?A2 W/(m2?K)
如果壁面的任何一侧有污垢，则导热系数中应加上污垢热阻Rf，即导热项的热阻为：
??Rf ??对k2：(?Rf)?
?对k1：
加肋后，肋片一侧的热阻为：使换热量?增大。
2．增加肋片改进换热的效果又与以下因素有关：
（1）肋片的高度：须同时考虑?与?二者的关系，肋高增加会使?f下降，但却使表面积增大，??。应合理确定肋高，使
（2）肋片间距：
① 减少肋的间距，可使肋片的数量增多，肋壁的表面积相应增大，能使?值增大，有利于减小热阻，增加传热。
② 减小肋片间距可增强肋间流体的扰动，使表面传热系数h2增大。
③ 肋片间距不应小于热边界层厚度的两倍，以避免肋间流体温度升高，降低传热温差。
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1h2??，它比无肋的光壁换热热阻
1小（????1），因而h21h2??达到一最佳值。
（3）肋的厚度
（4）肋的形状：变截面肋
（5）肋的材料：导热系数要大，材料要轻。 二、加肋的目的
1．强化传热
当换热器两侧的表面传热系数相差较大时，肋片应加在热阻大的一侧效果好。传热壁两侧的热阻差相差越大，在热阻大的一侧加肋产生的强化传热的效果越显著。
当换热器两侧的表面传热系数都较低时，如气体换热器，则可在两侧都加肋片。 2．调节壁面温度
在传热壁的低温侧加肋能降低壁面温度。当低温侧热阻壁高温侧热阻大时，在低温侧加肋既能强化传热，又能降低壁面温度。如果低温侧热阻壁高温侧热阻小，则低温侧加肋的主要目的是降低壁面温度。同样，加肋片有时也能使壁温升高。
第二节 有复合换热时的传热计算
复合换热：壁面上除对流换热外，还同时有辐射换热。
在分析复合换热时，通常是把辐射换热量按对流换热公式折算成辐射换热表面传热系数，它与对流换热表面传热系数之和即为复合换热表面传热系数。
第三节 传热的增强和削弱
3-1 增强传热的方法 3-2 削弱传热的方法
第四节 换热器的型式和基本构造
换热器的分类 1、按工作原理分：
间壁式——冷热流体由固体壁隔开，不能相混合；
混合式——冷热流体相互混合（直接接触），如冷却塔，浴池等；
回热式（蓄热式）——冷热流体交替与固体壁接触，使固体壁周期地吸热和放热，从而将流体的热量传给冷流体。如炼钢热风炉，燃气机空气预热器。
2、按结构分（间壁式）： 管壳式：结构坚固、制造方便 肋片管式：如汽车的水箱
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板式：以板作为间壁 板翅式 螺旋板式 管壳式换热器
构造：传热面由管束构成，管子的两端固定在管板上，管束与管板再封装再外壳内，外壳两端有封头。
流体II在管内流动，从进口封头流进管子里，再经出口封头流出。这条路径称为管程。（从管的一端流到另一端称为一个管程）当管子总数及流体流量一定时，管程数分得越多，则管内流速越高。
流体I从外壳上的连接管进出换热器，这条路径称为壳程。流体I是在管外流动。在同样流速下，流体横向掠过管子的换热效果要比顺着管子纵向流过时好，因此外壳内一般装有折流挡板，来改善壳程的换热。
2-4型换热器示意图
第五节 平均温度差
在非相变换热过程中，流体温度随换热过程而不断变化，所以换热器中各点的传热温差也不断变化，进行传热量计算必须了解换热器的平均传热温差?tm。
根据平均传热温差?tm表示的传热方程式的一般形式为：??k?A??tm 一、简单顺流换热器平均温差的计算式
在推导平均温差计算式时的假定：
1、冷、热流体的质量流量M2和M1及比热容c2和c1在整个换热面上都是常量；
2、传热系数在整个传热面上不变； 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；
5、在换热器中，任一种流体都不能既有相变又有单相介质换热。 在换热面Ax处，取一段微元换热面积dA分析。
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