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第六节换热系统
一、热量传递的三种方式
1、导热：它具有依靠物体内部的温度差或两个不同物体直接接触，在不产生相对运动，
仅靠物体内部微粒的热运动传递了热量；
a.固体与液体：分子碰撞；
b.固体与固体间：自由电子运动；
c.气体之间：分子热运动；
导热的核心：温差
温度梯度；
F 传热面积；
导热系数；
2、对流：流体中温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递的过程；
（1）自对流：靠物体的密度差，引起密度变化的最大因素是温度；
（2）受迫对流：（是靠认为作功）受到机械作用或压力差而引起的相对运动；
3、热辐射：物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射，由于热的原因，物体的内能转
化为电磁波的能量而进行的辐射过程。
任何物体只要在0K 以上，就能发生热辐射，是红外线探测运用的较广，在空分中运
用的较少，板翅式换热器真空钎焊加热是依靠热辐射。
钎焊的目的是破坏铝材表面严密的氧化铝膜，650℃高温，以前是运用盐熔炉，能
耗大；
影响换热系数的几个因素：
1、流体的流动状态：
a.层流：易产生热边界层；
b.紊流：破坏热边界层，多运用紊流；
c.过渡层：
2、流体的流速：流速大， 大；
3、放热面形状：光滑： 大；
粗糙： 小。
二、实际传热过程
分解
从热流体tf1 到tw1：
则
tw1 到tw2：
则
tw3 到冷流体：
则
相加整理得：
。（1-9）
令： =K
则：
三、算术平均温差，对数平均温差
实际传热过程中，温度的变化不是成线性关系，在进行理论计算时，需引用平均温
差的概念；
1、顺流温差
2、逆流温差：
3、叉流：
一般多采用逆流方式进行换热
算术平均温差：
只适合气体比热为常数，并且热端的温差之比小于2，设计一般不使用，误差太大；
对数平均温差：
在确定比容，K 不变时使用，温度变化或指数关系。
四、强化传热的几个措施
1、调整传热面积：如翅片（传热面积增大，投资增大）
对于混合式换热器应尽量使流体成雾滴状均匀混入另一种流体中（如喷淋塔，冷却塔）
气泡比液滴有更大的换热面积）
2、调整温差：温差是传热的推动力；温差的就是不可逆损失大，能耗大；
3、调整K 值：
a.传热材料的性质：铜、铝；
b.在保证传热强度，尽量减少传热材料的壁厚；
c.冷热流体值尽量做到均衡（ = ），提高流体采用翅片或锯齿
形翅片，提高流速（分子间推动和掺混加剧，但速度增加，排压增加，能耗增加）
五、沸腾传热和冷凝传热
在空分中运用较广，研究它就是研究空分中的主冷，主冷是空分中的胃
A．液氧的蒸发能力：氮气的冷凝压力、浓度一定时，主冷温差一定；
液氧沸腾分为：a.管内沸腾；b.管间沸腾；
1、液氧的管内沸腾
a.放热段：还是液氧有一定的过冷度；
b.始沸段：管壁不平，产生气泡，受热有小气泡产生，内壁面制造粗糙点；
c.汽化段：充满气泡，气泡开始长大，气液混合物；
d.活塞段：小气泡凝聚成大气泡，活塞状气团；
e.膜状段：活塞团冲破液层，蒸汽把带上去的液氧掺在管壁上形成薄层液膜，液膜一面
下流一面冷凝， 值最大；
f.饱和蒸汽段：液氧全部蒸发， 值最小。
管内液氧高度对传热的影响
液氧在管内保持在管长的30~40%，K 值最高，传热最好；
2、液氧在竖直管内沸腾
放热系数只依赖于热负荷，也就是只依赖于传热温差，与尺寸形状无关， 没
有管内K 大，且不便于强化。
B．氮气冷凝
1、膜状冷凝：形成一个完整的液膜，空分中采用膜状冷凝，冷凝放热系数大于沸腾放
热系数；
2、珠状冷凝：冷凝液不能很好的覆盖壁面，而在壁面上形成一个小液珠
* 层流时，热量通过液膜可能一导热方式传递，热阻较大；
* 紊流时，仅在紧邻壁面上有一薄层层流，以导热传递热量，因而热量减少，冷凝放热
系数加大。
值： 相变换热系数大，导热能力增大
氮冷凝1977~2326 气体——液体相变
氧沸腾1397~2093 液体——气体相变
空气加热或冷
却
1.16~58 气体——气体相变
一、热量传递的三种方式
1、导热：它具有依靠物体内部的温度差或两个不同物体直接接触，在不产生相对运动，
仅靠物体内部微粒的热运动传递了热量；
a.固体与液体：分子碰撞；
b.固体与固体间：自由电子运动；
c.气体之间：分子热运动；
导热的核心：温差
温度梯度；
F 传热面积；
导热系数；
2、对流：流体中温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递的过程；
（1）自对流：靠物体的密度差，引起密度变化的最大因素是温度；
（2）受迫对流：（是靠认为作功）受到机械作用或压力差而引起的相对运动；
3、热辐射：物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射，由于热的原因，物体的内能转
化为电磁波的能量而进行的辐射过程。
任何物体只要在0K 以上，就能发生热辐射，是红外线探测运用的较广，在空分中运
用的较少，板翅式换热器真空钎焊加热是依靠热辐射。
钎焊的目的是破坏铝材表面严密的氧化铝膜，650℃高温，以前是运用盐熔炉，能
耗大；
影响换热系数的几个因素：
1、流体的流动状态：
a.层流：易产生热边界层；
b.紊流：破坏热边界层，多运用紊流；
c.过渡层：
2、流体的流速：流速大， 大；
3、放热面形状：光滑： 大；
粗糙： 小。
二、实际传热过程
分解
从热流体tf1 到tw1：
则
tw1 到tw2：
则
tw3 到冷流体：
则
相加整理得：
。（1-9）
令： =K
则：
三、算术平均温差，对数平均温差
实际传热过程中，温度的变化不是成线性关系，在进行理论计算时，需引用平均温
差的概念；
1、顺流温差
2、逆流温差：
3、叉流：
一般多采用逆流方式进行换热
算术平均温差：
只适合气体比热为常数，并且热端的温差之比小于2，设计一般不使用，误差太大；
对数平均温差：
在确定比容，K 不变时使用，温度变化或指数关系。
四、强化传热的几个措施
1、调整传热面积：如翅片（传热面积增大，投资增大）
对于混合式换热器应尽量使流体成雾滴状均匀混入另一种流体中（如喷淋塔，冷却塔）
气泡比液滴有更大的换热面积）
2、调整温差：温差是传热的推动力；温差的就是不可逆损失大，能耗大；
3、调整K 值：
a.传热材料的性质：铜、铝；
b.在保证传热强度，尽量减少传热材料的壁厚；
c.冷热流体值尽量做到均衡（ = ），提高流体采用翅片或锯齿
形翅片，提高流速（分子间推动和掺混加剧，但速度增加，排压增加，能耗增加）
五、沸腾传热和冷凝传热
在空分中运用较广，研究它就是研究空分中的主冷，主冷是空分中的胃
A．液氧的蒸发能力：氮气的冷凝压力、浓度一定时，主冷温差一定；
液氧沸腾分为：a.管内沸腾；b.管间沸腾；
1、液氧的管内沸腾
a.放热段：还是液氧有一定的过冷度；
b.始沸段：管壁不平，产生气泡，受热有小气泡产生，内壁面制造粗糙点；
c.汽化段：充满气泡，气泡开始长大，气液混合物；
d.活塞段：小气泡凝聚成大气泡，活塞状气团；
e.膜状段：活塞团冲破液层，蒸汽把带上去的液氧掺在管壁上形成薄层液膜，液膜一面
下流一面冷凝， 值最大；
f.饱和蒸汽段：液氧全部蒸发， 值最小。
管内液氧高度对传热的影响
液氧在管内保持在管长的30~40%，K 值最高，传热最好；
2、液氧在竖直管内沸腾
放热系数只依赖于热负荷，也就是只依赖于传热温差，与尺寸形状无关， 没
有管内K 大，且不便于强化。
B．氮气冷凝
1、膜状冷凝：形成一个完整的液膜，空分中采用膜状冷凝，冷凝放热系数大于沸腾放
热系数；
2、珠状冷凝：冷凝液不能很好的覆盖壁面，而在壁面上形成一个小液珠
* 层流时，热量通过液膜可能一导热方式传递，热阻较大；
* 紊流时，仅在紧邻壁面上有一薄层层流，以导热传递热量，因而热量减少，冷凝放热
系数加大。
值： 相变换热系数大，导热能力增大
氮冷凝1977~2326 气体——液体相变
氧沸腾1397~2093 液体——气体相变
空气加热或冷
却
1.16~58 气体——气体相变