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教案书写标1传热(改)(1)

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2

个人收集整理 勿做商业用途
第四章 传热
第一节 概述
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
1、 认识传热
2、 了解典型设备

准备
黑板
仪器(投影,幻灯等）
座次
复印件
书籍
练习册
笔记本电脑
√
班级

教室

教学题目
传热概述
√
√

教学的特殊前提（上次的作业等）

√

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
10mi
导入
生活中常见的传热现象及应用
听讲、提问
讲授
投影、笔记本
5min
布置任务
流体换热
听讲、提问.
学生展示
投影、笔记本
15min
相互评价
对展示内容,教师提问
讨论、辩论
讨论
投影、笔记本
40min
教师评价、总结
总结讲授蒸传热分类、设备分类,加热剂选用并答疑
听讲、提问
讲授
投影、笔记本
5min
布置作业
讲授
听讲、提问
讲授
投影、笔记本
1、讲述生活中常见的加热和冷却的现象
2、布置任务讨论：如何用100℃水蒸气去加热室温下18℃的凉水。
3、对学生的方法进行评价
4、使用列管换热器加热
概念：① 传导、对流、辐射
② 加热剂、冷却剂及其选用
③ 稳定传热和非稳定传热
设备：① 间壁式化热、混合式换热、蓄热式换热
②列管式换热器结构，（用多媒体）
讲述壳程与管程的关系，冷、热流体分别走壳程与管程的特点
③ 套管换热器（图）
④ 板式换热器(图)
流向关系:逆流、并流、折流(图)

工作任务/引导性问题
1、如何在不混合的情况下用一种流体去加热另一种流体
2、冷、热流体分别走管程和壳程的区别
3、加热剂如何选择?
4、逆流、并流、折流传热效果排序？

新的作业
画出本节课所讲的换热流程图。
对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、要劲量设法调动学生参与讨论
1、列管式换热器结构，及换热流程图
2、举例说明时要解释清楚，避免单纯举例,例子要浅显，贴近日常
2、套管换热器
3、区分稳定传热和非稳定传热
3、板式换热器
4、详细讲列管换热器，其他类型略提.
4、逆流、并流、折流（图)

第二、三节 传热单元操作实训（一）
日期

学时
4学时
专业
化学工艺

教学目标
1、悉换热器性能的测试方法；
2、了解套管换热器，板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别。
3、通过测定参数计算换热器流体的热量；计算换热器的传热系数及效率；分析换热器的传热状况，加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力的差别。
4、学习掌握换热器智能仪表控制系统的软硬件控制知识。

准备
实训车间

班级

教室

教学题目
传热实训

教学的特殊前提（上次的作业等）

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体

布置任务
说明任务内容
听讲、提问
讲授

设计实训方案
提示
设计方案
讲授

操作
指导
实操
现场认识

结果分析
指导
处理数据
对话、讨论

1、 简单讲解，让学生设计操作方案，画出流程图
2、 检查学生的方案，给出意见.
3、 操作
4、 数据处理
5、 问题讲解

工作任务/引导性问题
1、冷、热流体流程?
2、改变流量,加热温度会有何变化?

新的作业
实验报告
对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、老师只给提示，让学生自己设计流程，直到具备可操作性为止。
媒体库
2、操作完之后，老师进行总结

3、实验报告在老师对所涉及的知识讲解完之后写。

第四节 传热仿真（一）
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
1、 掌握换热器的基础知识
2、 掌握换热器的开车流程
3、了解列管式换热器的相关知识

准备

仿真机房

班级

教室

教学题目
换热器开车

教学的特殊前提(上次的作业等)

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体

布置任务
说明任务内容
听讲、提问
讲授

操作
提示
操作
提示

换热器的开车操作分为：冷物流和热物流两大模块。必须要先操作冷物流，再操作热物流.(为什么?思考题）
一、 冷物流模块
二、 热物流模块

工作任务/引导性问题
1、 换热器的原理是什么？列管式换热器结构是什么样的？
2、 为什么换热器开车时要先进冷物流再进热物流？
3、 离心泵的开车中，为什么要等待5秒后，再开泵后阀？

新的作业
开车和停车时，冷热流体的开关顺序是否有变化？
对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、要先讲解流程,再讲解操作步骤

2、注重学生的动手能力,少讲多练。

第五节 传热仿真(二）
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
1、 掌握换热器的停车流程
2、 了解换热器的常见故障及解决方式

准备
仿真机房

班级

教室

教学题目
换热器停车

教学的特殊前提(上次的作业等）

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体

布置任务
说明任务内容
听讲、提问
讲授

操作
提示
操作
提示

带着问题分析操作流程：
换热器停车的时候需要先停热物流,再停冷物流，为什么？
答：安全性和节能性
换热器停车流程
一、 先停热物流
二、 再停冷物流
三、 泄液

工作任务/引导性问题
1、 为什么要先停冷物流，再停热物流?
答：防止热量不能被带走，换热器内温度过高，产生化工危险.
2、 为什么停物流的时候，要先停离心泵?
答：先停离心泵，可以节约电能。同时，由上游开始关闭,不容易遗漏。

新的作业
在实训的过程中遇到过哪些问题，在这个过程中还可能出现哪些问题？
对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、要先讲解流程，再讲解操作步骤

2、注重学生的动手能力，少讲多练.

第六节 传热仿真(三）
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
1、 了解换热器的常见故障及解决方式

准备
仿真机房

班级

教室

教学题目
换热器故障

教学的特殊前提(上次的作业等）

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体

布置任务
说明任务内容
听讲、提问
讲授

操作
提示
操作
提示

一、FIC101阀卡
事故现象: 1)FIC101流量减小；
2)P101泵出口压力升高;
3）冷物流出口温度升高.
事故处理：关闭FIC101前后阀,打开FIC101的旁路阀(VD01）， 调节流量使其达到正常值。
二、P101A泵坏
主要现象： 1）P101泵出口压力急骤下降；
2)FIC101流量急骤减小；
3）冷物流出口温度升高，汽化率增大。
事故处理: 关闭P101A泵,开启P101B泵.

三、P102A泵坏
主要现象： 1)P102泵出口压力急骤下降;
2）冷物流出口温度下降，汽化率降低。
事故处理: 关闭P102A泵，开启P102B泵。

四、TV101A阀卡
主要现象： 1)热物流经换热器换热后的温度降低；
2）冷物流出口温度降低.
事故处理: 关闭TV101A前后阀,打开TV101A的旁路阀(VD01），调节流量使其达到正常值.关闭TV101B前后阀，调节旁路阀（VD09)。

五、部分管堵
主要现象： 1）热物流流量减小;
2)冷物流出口温度降低,汽化率降低；
3)热物流P102泵出口压力略升高。
事故处理：停车拆换热器清洗。

六、换热器结垢严重
主要现象：热物流出口温度高。
事故处理：停车拆换热器清洗。

工作任务/引导性问题
传热所涉及的设备会有哪些常见的故障?

新的作业
对常见的故障有哪些合理的处理方法？
对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、要先讲解流程，再讲解操作步骤

2、注重学生的动手能力，少讲多练.

第七节 传热分析
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
了解热负荷的概念与计算
难点
热负荷计算

准备
投影仪
教师机
笔记本

班级

教室

教学题目
传热分析

教学的特殊前提（上次的作业等)
实训报告

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
5min
引入
回顾仿真、实训
配合教师
对话

15mi
任务执行
提问、对话
听讲、提问、
讲授

70min
授课
实训结果分析
听讲、提问、
对话、讨论

10min
任务评价讨论
对话、讨论、点评
提问
展示、对话、讨论

板书：
一、 传热分析
1、 流体温度
热流体进口温度增大，冷流体出口温度增大
2、 流体的流量
增大热流体流量
增大冷流体流量
3、 改变冷热流体的方向
并流、逆流、
4、列管换热器、板式换热器、套管换热器的效果比较
二、定量分析
1、通过实训的记录的多组数据，分析冷热流体
流量变化对加热的影响,改变加热温度的影响
引入热负荷的计算

工作任务/引导性问题
1。 三种换热器之间相比较，各具有哪些优缺点？
2．换热器的大小和类型与传热任务之间的关系？

作业
确定传热速率、比热、温差之间的关系。
对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、定性分析详细讲,即改变某个参数,传热的变化方向。

2、定量分析要以实训报告为基础进行讲解。

3、要有练习,与学生互动

第八节 传热分析
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
1、了解传热温差概念和计算
2、了解传热系数概念
难点
传热温差计算、传热系数

准备
投影仪
教师机
笔记本

班级

教室

教学题目
传热分析

教学的特殊前提（上次的作业等）
实训报告

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
5min
引入
回顾实训，提问
配合教师
对话

15min
任务实施
提问、对话
听讲、提问、
讲授

80min
授课
实训结果分析
听讲、提问、
对话、讨论

10min
任务评价讨论
对话、讨论、点评
提问
展示、对话、讨论

二、定量分析
2、流动方向改变两侧温差的变化Δtm
3、不同的换热器传热效果不同
引入传热系数K（略讲）
Q=KAΔtm= Q热= G热×Cp×Δtm

工作任务/引导性问题
１．两侧的温度发生改变，两侧的温差会如何变化？
２. 三种换热器之间相比较,各具有哪些优缺点？

作业
增加传热效果的途径有哪些?
对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、定量分析要以实训报告为基础进行讲解。

2、详细讲解传热温差。有练习，与学生互动

第九节 传导传热
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
1、 了解傅里叶定律
2、 掌握固体、液体、气体的热传导规律

准备
投影仪
教师机
笔记本

班级

教室

教学题目
传导传热

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
5min
引入
温习、提出问题
配合教师
对话

15min
任务实施
提问、对话
听讲、提问
讲授

60
任务评价讨论
分析、讲解
听讲、提问
讲授

20
练习
观察、协助
练习
书写

引入
如果改变换热器的材料，传热效果如何变化?
一、 傅里叶定律
1、傅里叶定律：

2热导率
导热系数定义由傅立叶定律给出：
各种物质的导热系数可用实验测定.常见物质可查手册。
(1）固体：纯金属，，纯金属比合金的大。
非金属，，同样温度下，r越大，越大。
（2）液体: 液体分为金属液体和非金属液体两类，金属液体导热系数较高，后者较低。而在非金属液体中，水的导热系数最大。
（3)气体： 气体，。在通常压力范围内,p对的影响一般不考虑.
3、 单层平壁的稳定热传导

以暖气片两侧温差来举例，进行单层平壁的传热计算，或举书本的例子
例：
4、 多层平壁导热
思考:器壁由多层组成、传热如何变化？
工程上常常遇到多层不同材料组成的平壁，例如工业用的窑炉，其炉壁通常由耐火砖、保温砖以及普通建筑砖由里向外构成，其中的导热则称为多层平壁导热.下面以三层平壁导热计算为例，介绍多层平壁导热的计算方法。
在稳定传热时，通过上述串联平壁的导热速率都是相等的。即

推广至n层：
例：

工作任务/引导性问题
1、 改变换热器的材料，效果变化如何?
2、 如果换热器由几层材料组成又如何变化？

作业
1、 对比固体、液体、气体的传导系数？
2、 多层平壁间交接面两边的温度是否相等？为什么？
3、大家想一想多层平壁与圆筒壁导热有不同之处吗？
对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、从本节开始讲解内容为引申内容,学习难度大，较抽象.要适当与实训内容结合。
1、不同的导热材料
2、只讲解较为简单的计算.
2、多层平壁
3、要有练习，与学生互动

第十节 传导传热
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
1、 掌握圆筒壁导热
2、 了解多层圆筒壁导热
难点
圆筒壁导热

准备
投影仪
教师机
笔记本

班级

教室

教学题目
圆筒壁导热

教学的特殊前提(上次的作业等）
实训结果

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
5min
引入
温习、提问、
配合教师
对话

15min
执行
引导
思考、提问
讲授

60min
授课
讲授、对话
听讲、提问、
对话、讨论

15min
练习
指导、分析
练习，提问
展示、对话、讨论

5、 圆筒壁导热
思考：平壁导热与圆筒壁导热的区别？
1、单层圆筒壁导热
化工生产中的导热问题大多是圆筒壁中的导热问题。例如，管式换热器、蒸汽及液氨导管壁面中的传热过程等均属于此类。它与平壁导热的不同之处在于温度随半径而变；圆筒壁的导热面积随半径而变,S＝2πrL.
如图所示，设圆筒壁的内、
外半径分别为r1和r2长度
为L;内、外表面温度分别
为t1和t2，且t1 > t2 ；管材导热系数为λ。设l不随t而变得：

其中为对数平均温度
通过平壁的热传导,各处的Q和q均相等；而在圆筒壁的热传导中，圆筒的内外表面积不同，各层圆筒的传热面积不相同，所以在各层圆筒的不同半径r处传热速率Q相等，但各处热通量q却不等。
2、多层圆筒壁导热
在工程上，多层圆筒壁的导
热情况比较常见。例如，在
高温或低温管道的外部包
上一层乃至多层保温材料，
以减少热量（或冷量)损失;在反应器或其他容器内衬以工程塑料或其他材料，以减小腐蚀；在换热器内换热管的内、外表面形成污垢等等。与多层平壁相似，对于多层圆筒壁，其导热速率方程可以表示为:
对于n层圆筒壁：

多层圆筒壁导热的总推动力也为总温度差，总热阻也为各层热阻之和，但是计算时与多层平壁不同的是其各层热阻所用的传热面积不相等，所以应采用各层各自的平均面积.
由于各层圆筒的内外表面积均不相同,所以在稳定传热时，单位时间通过各层的传热量Q虽然相同,但单位时间通过各层内外壁单位面积的热通量q却不相同。

工作任务/引导性问题
１．圆筒传热与平壁传热有那些异同点？
２。 多层圆筒与多层平壁传热的异同点？

作业
思考固体与流体传热的异同点?
对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、只讲解较为简单的计算.根据学生的接受能力简单讲解公式推导。
1、圆筒壁导热
2、重点说明圆筒壁与平壁导热的不同点。
2、多层圆筒壁导热

第十一节 对流传热
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
了解对流传热概念

难点
影响对流的传热因素

准备
投影仪
教师机
笔记本

班级

教室

教学题目
对流传热

教学的特殊前提(上次的作业等）

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
5min
引入
温习、提问
配合教师
对话

15min
执行
提问、对话
听讲、提问、
讲授

70min
授课
讲授、对话
听讲、提问、
对话、讨论

10mi
总结
讲授、对话
提问
展示、对话、讨论

一、对流传热过程分析

流体在换热器内的流动大多数情况下为湍流，下面我们来分析流体作湍流流动时的传热情况.流体作湍流流动时，靠近壁面处流体流动分别为层流底层、过渡层(缓冲层）、湍流核心。
层流底层：流体质点只沿流动方向上作一维运动，在传热方向上无质点的混合，温度变化大，传热主要以热传导的方式进行.导热为主，热阻大,温差大。
湍流核心:在远离壁面的湍流中心，流体质点充分混合，温度趋于一致（热阻小),传热主要以对流方式进行。质点相互混合交换热量，温差小。
过渡区域:温度分布不像湍流主体那么均匀，也不像层流底层变化明显,传热以热传导和对流两种方式共同进行。质点混合，分子运动共同作用，温度变化平缓。
根据在热传导中的分析，温差大热阻就大。所以,流体作湍流流动时，热阻主要集中在层流底层中.如果要加强传热，必须采取措施来减少层流底层的厚度。

二、壁面和流体间的对流传热速率
1、对流传热速率方程
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。温度差主要集中在层流底层中。
设，对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述：
流体被加热：
流体被冷却：
牛顿冷却定律并非从理论上推导的结果，而只是一种推论，是一个实验定律，假设Q∝Dt。

对流传热一个非常复杂的物理过程，实际上由于有效膜厚度难以测定，牛顿冷却定律只是给出了计算传热速率简单的数学表达式，并未简化问题本身，只是把诸多影响过程的因素都归结到了a当中──复杂问题简单化表示。
2、 影响对流传热系数的因素
1）影响对流传热系数的因素
（1）引起流动的原因
（2）流动型态
(3)是否发生相变
（4)流体的物理物性
（5）传热面的形状、大小和位置
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a增大。
(1）形状：比如管、板、管束等;
（2）大小：比如管径和管长等；
（3）位置：比如管子得排列方式（如管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。
对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定性影响的特性尺寸L来表示其大小。
3、有相变时对流传热系数
1）蒸汽冷凝 蒸汽与低于其饱和温度的冷壁接触时，将凝结为液体，释放出气化热并在壁面上冷凝成液体。
冷凝方式 蒸汽冷凝方式：膜状冷凝，滴状冷凝。
膜状冷凝：若冷凝液能润湿壁面，形成一层完整的液膜布满液面并连续向下流动。
滴状冷凝：若冷凝液不能很好地润湿壁面,仅在其上凝结成小液滴，此后长大或合并成较大的液滴而脱落.
2）液体沸腾时的对流传热系数
对液体加热时，液体内部伴有液相变为气相产生汽泡的过程称为沸腾。
按设备的尺寸和形状可分为：
大容器沸腾：加热壁面浸入液体，液体被加热而引起的无强制对
流的沸腾现象。
管内沸腾:在一定压差下流体在流动过程中受热沸腾（强制对流)；此时液体流速对沸腾过程有影响,而且加热面上气泡不能自由上浮，被迫随流体一起流动，出现了复杂的气液两相的流动结构。
工业上有再沸器、蒸发器、蒸汽锅炉等都是通过沸腾传热来产生蒸汽。管内沸腾的传热机理比大容器沸腾更为复杂.本节仅讨论大容器的沸腾传热过程。
l 气泡的生成和过热度
由于表面张力的作用，要求气泡内的蒸气压力大于液体的压力。而气泡生成和长大都需要从周围液体中吸收热量，要求压力较低的液相温度高于汽相的温度，故液体必须过热，即液体的温度必须高于气泡内压力所对应的饱和温度.在液相中紧贴加热面的液体具有最大的过热度。液体的过热是新相--小气泡生成的必要条件。
l 粗糙表面的气化核心
开始形成气泡时,气泡内的压力必须无穷大。这种情况显然是不存在的，因此纯净的液体在绝对光滑的加热面上不可能产生气泡。气泡只能在粗糙加热面的若干点上产生，这种点称为气化核心。无气化核心则气泡不会产生。过热度增大，气化核心数增多。气化核心是一个复杂的问题，它与表面粗糙程度、氧化情况、材料的性质及其不均匀性质等多种因素有关
3）工业上一般维持沸腾装置在核状沸腾下工作

工作任务/引导性问题
１．静止的流体和搅拌流动的流体那个传热效果好？为什么?举例说明

作业
1、 总结影响对流传热因素?
2、 有相变的传热,膜状冷凝与滴状冷凝,核状沸腾与膜状沸腾,更适合工业应用。
对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、详细讲解对流传热的双膜理论。
1、双膜理论模型。
2、讲解对流传热因素时，联系生活中的实例学生更易接受.
2、沸腾传热、冷凝传热的模型。

第十二节 传热（四）
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
了解对流传热
难点
影响对流的传热因素

准备
投影仪
教师机
笔记本

班级

教室

教学题目
对流传热

教学的特殊前提(上次的作业等）
实训结果

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
5min
引入
温习、提问
配合教师
对话

5min
执行
提问、对话
听讲、提问、
讲授

80min
授课
讲授、对话
听讲、提问、
对话、讨论

10min
总结
讲授、对话
提问
展示、对话、讨论

三、影响对流传热系数的因素及其一般关联式（选讲)

工作任务/引导性问题
对流传热因素之间是否会相互影响？

对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、本节根据学生的接受能力作为选讲内容.

第十三节 总传热方程
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
1、传热系数
2、传热方程计算
难点
传热系数

准备
投影仪
教师机
笔记本

班级

教室

教学题目
传热系数与计算

教学的特殊前提（上次的作业等）

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
5min
引入
温习、提问
配合教师
对话

15min
任务执行
引导
听讲、提问、
讲授

80min
授课
授课、对话
听讲、提问、
对话、讨论

10min
总结
对话、讨论、点评
提问
展示、对话、讨论

引入
其他条件相同下，不同换热器传热效果是否不同？
一、总传热系数和总传热速率方程
1、总传热系数
前已述及，两流体的热交换过程由三个串联的传热过程组成：
管外对流：
管壁热传导：
管内对流：
对于稳定传热：

与，即对比，得：

式中 K——总传热系数，w/m2·K。
讨论：
1．当传热面为平面时，dA=dA1=dA2=dAm，则：
2．当传热面为圆筒壁时,两侧的传热面积不等，如以外表面为基准（在换热器系列化标准中常如此规定),即取上式中dA=dA1，则:
或
式中 K1--以换热管的外表面为基准的总传热系数；
dm-—换热管的对数平均直径，。
以内表面为基准:
以壁表面为基准:
对于薄层圆筒壁〈2，近似用平壁计算（误差<4％，工程计算可接受）。
3．1/K值的物理意义：
2、总传热速率方程
若想求出整个换热器的Q,需要对积分，因为K和(T－t）均具有局部性,因此积分有困难.为此，可以将该式中K取整个换热器的平均值K，（T－t)也取为整个换热器上的平均值Dtm，则积分结果如下:Q=KADtm
此式即为总传热速率方程;式中K为平均总传热系数；Dtm为平均温度差.
3、污垢热阻
换热器使用一段时间后，传热速率Q会下降，这往往是由于传热表面有污垢积存的缘故，污垢的存在增加了传热热阻。虽然此层污垢不厚，由于其导热系数小，热阻大，在计算K值时不可忽略.
通常根据经验直接估计污垢热阻值，将其考虑在K中，即

式中 R1、R2-—传热面两侧的污垢热阻，m2·K/W。
为消除污垢热阻的影响,应定期清洗换热器.
二、传热方程计算

工作任务/引导性问题
１．其他条件相同，不同换热器效果效果如何变化？

对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、结合实际例子，讲述热阻的构成。

2、传热方程计算可与实训结果联系起来。

3、要有练习，与学生互动

第十四节 传热练习
日期

学时
2学时
专业
化工原理

教学目标
掌握传热过程概念与计算

难点
领会贯通传热过程

准备
投影仪
教师机
笔记本

班级

教室

教学题目
练习

教学的特殊前提(上次的作业等)
实训结果

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
5min
引入
温习、提问
配合教师
对话

5min
执行
提问、对话
听讲、提问、
讲授

80min
授课
讲授、对话
听讲、提问、
对话、讨论

10min
总结
讲授、对话
提问
展示、对话、讨论

作业讲解

工作任务/引导性问题

对本次课的说明
课程讲解说明
媒体来源
1、对课后作业进行讲解。

2、对所学课程进行总结与概括。。

第十五节 换热器
日期

学时
2学时
专业
化学工艺

教学目标
换热器结构特点
难点
换热器结构

准备
投影仪
教师机
笔记本

班级

教室

教学题目
换热器

教学的特殊前提(上次的作业等）
查换热器类型

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
5min
引入
温习、提问
配合教师
对话

10min
复习
对话
听讲、提问、
讲授

85min
授课
讲解、对话
听讲、提问、
对话、讨论

换 热 器
引入
通过实训让学生谈对换热器的认识
一、换热器的分类(除按换热方法不同分类外）
1．按用途分类
加热器，预热器,过热器，蒸发器，再沸器，冷却器,冷凝器.
2．按传热面形状和结构分类
管式,板式,特殊形式换热器。
3．按所用材料分类
金属材料,非金属材料换热器.
二、换热器基本结构与主要性能特点
1．管式换热器
(1）列管式换热器优点：结构简单，坚固，用材广泛,处理能力大，适用性强。
①固定管板式换热器
a．结构特点：两块管板分别焊在壳体两端，管束两端固定在两管板上.
b．优点：结构简单、紧凑,管内便于清洗。
c．缺点:壳程不能进行机械清洗，当壳体与换热管的温差较大时，产生温差应力破坏作用.
d．适用于：壳程流体清洁且不结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不大场合。
②浮头式换热器
a．结构特点：两端管板之一不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩。
b．优点:不会产生温差应力；便于进行管内和管间的清洗.
c．缺点：结构复杂,用材量大，造价高。
d．适用于:壳体与管束温差较大或壳程流体容易结垢的场合.
③U形管式换热器
a．结构特点：只有一个管板，管子成u形，管子两端固定在同一管板上。
b．优点:结构简单，运行可靠,造价低，管问清洗方便。
c．缺点：管内清洗困难,可排管子数少,壳程易短路.
d．适用于：管、壳程温差较大或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢的场合。
④填料式换热器
a．结构特点：管板只有一端与壳体固定，另一端采用填料函密封.
b．优点：较浮头式换热器简单，造价低。
c．缺点：填料函耐压不高，壳程介质可能外漏.
d．适用于:管、壳程温差较大或介质易结垢且壳程压力不高的场合.
⑤釜式换热器
a．结构特点：在壳体上部设置蒸发空间。
b．优点：清洗方便,并能承受高温高压。
c．活用于：液一气式换热，可作为简单的废热锅炉。
(2)套管换热器
①基本结构:由两种直径不同的直管套在一起组成同心套管，然后将若干段这样的套管连接而成。
②优点：结构简单，能耐高压,传热面积可增减。
③缺点：单位传热面积金属耗量大,接头多，检修清洗不方便。
④适用于：高温、高压及流量较少的场合。
（3）蛇管换热器
①沉浸式蛇管换热器
a．结构与换热方式：通常以金属管弯绕而成，沉浸在容器内的液体中，管内流体与容器内液体隔着管壁进行换热.
b．优点：结构简单,造价低，便于防腐，耐高压.
c．缺点：管外对流传热系数少,常需加搅拌装置。
②喷淋式蛇管换热器
a．结构与换热方式:把若干直管水平排列于同一垂直面上，上、下相邻两管用u形肘管连接.被冷却流体在管内流动,冷却水从蛇管上方均匀喷洒在各排蛇管上并沿管外表面淋下。
b．优点：与沉浸式相比检修清洗方便，传热效果好。
c．缺点：体积庞大，占地面积多.
d．适用于:场地充足,不怕水滴飞溅的场合。
（4)翅片管换热器
①结构特点：在换热管的外表面或内表面或同时装有许多翅片。
②优点：可增加传热效率.
2．板式换热器
（1）夹套式换热器
①结构与换热方式：由一个装在容器外部的夹套构成,容器内的物料和夹套内的加热剂或冷却剂隔着器壁进行换热。
②优点：结构简单，易制造，可与反应器或容器构成一个整体。
③缺点:传热面积小,传热效率低，夹套内部清洗困难.
（2)平板式换热器
①结构：由若干块长方形薄金属板叠加排列，夹紧组装于支架上构成.
②优点：结构紧凑，单位体积传热面积大；组装灵活；流体湍动程度强，有较高的传热速率；装拆方便，有利于清洗和维修.
③缺点：处理量小，操作压力和温度不能过高。
④适用于：需要经常清洗，工作环境要求十分紧凑，操作压力在2．5MPa以下，温度在一35~200℃的场合。
(3)螺旋板式换热器
①结构及换热方式：由焊在中心隔板上的两块金属薄板卷制而成，两薄板之间形成螺旋形通道,两端用盖板焊死。两流体分别在两通道内流动,隔着薄板进行换热.
②优点：结构紧凑，单位体积传热面积大，流体作严格逆流，可在较小温度差下操作；允许选择高速，传热系数大，污垢不易沉积。
③缺点：制造检修较困难，流动阻力大，操作压强和温度不能太高。
（4）板翅式换热器
(5）热板式换热器
3.热管换热器
三、换热器的选型原则
1.列管换热器的系列标准
1）基本参数
2)型号表示方法
2.选用或设计时应考虑的问题
1）流径的选择
2）流速的选择
3）冷却剂终温的选择
4）管子规格及管间距的选择
5）管程数与壳程数的选择
6)折流档板的选择
7）外壳直径的选择
8）流体阻力的计算
3.选型步骤
①确定基本数据
②确定流体流动途径
③确定并计算热负荷
④计算平均温差
⑤根据温差和设计要求确定换热器的形式
⑥选取总传热系数K选值，由总传热速率方程初算传热面积，以此选定换热器的型号或确定基本尺寸，并确定实际换热面积S实，计算在S实下所需传热系数K需。
⑦计算压降。若不符合要求，调整管程数和折流板间距，或选择其他型号的换热器,直至压降满足要求。
⑧核算总传热系数。计算管、壳程的对流传热系数，确定污垢热阻，再计算总传热系数，由传热基本方程求出所需传热面积，再与换热器的实际换热面积，比较，若；／，在1。1～1．25之间(也可用／），则认为合理，否则需另选,重复上述步骤，直至符合要求。
四、换热器的操作与保养
1．换热器的基本操作
(1)换热器的正确使用
(2)具体操作要点
2．换热器的维护和保养
(1)换热器的常见故障与维修方法
（2)换热器的清洗
五、换热器传热过程的强化