熱交換器原理與設(shè)計(jì)

前言

　　本教材自1989年發(fā)行初版以來，已經(jīng)走過了20年的歷程。現(xiàn)在呈現(xiàn)在讀者面前的，是它的第4版。在每次改版的過程中，我們一直堅(jiān)持著這樣的初衷：本書在內(nèi)容的闡述上著重以原理為基礎(chǔ)，并注意對問題的分析；在設(shè)計(jì)方法上，以滿足流動(dòng)和傳熱為條件，進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，而不完全采用工程上的選型方法；在取材上，不僅有原理與設(shè)計(jì)，還包括試驗(yàn)研究、強(qiáng)化技術(shù)和性能的評價(jià)；在熱交換器的類型上，則在全面介紹各種類型熱交換器的同時(shí)，以通用熱交換器作為重點(diǎn)論述的對象。實(shí)踐證明，這樣的指導(dǎo)思想是正確的?！　”緯牡?版是按原國家教委高等學(xué)校工程熱物理專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)“八五”教材規(guī)劃的要求而編寫的，在歷次改版過程中，我們注意了突出重點(diǎn)、精簡內(nèi)容、減少篇幅、便于自學(xué)等要求，對書中內(nèi)容進(jìn)行修改和補(bǔ)充，做到與時(shí)俱進(jìn)，反映新近進(jìn)展，適應(yīng)我國教育和科技事業(yè)的飛速發(fā)展?！　“凑者@樣的思路，本版教材內(nèi)容的組織是在介紹熱交換器熱計(jì)算基本原理（第1章）的基礎(chǔ)上，全面地闡述管殼式（第2章）、混合式（第4章）、蓄熱式（第5章）等三種主要類型的熱交換器；對螺旋板式、板式、板翅式、翅片管式、熱管式以及蒸發(fā)冷卻器等，則作為典型的高效間壁式熱交換器，以單獨(dú)一章（第3章）作了比較詳細(xì)的講述；對高溫、低溫領(lǐng)域使用的熱交換器則作為第2章中的一節(jié)；對共同性的問題，例如性能試驗(yàn)、結(jié)垢腐蝕、傳熱性能評價(jià)和優(yōu)化問題等，則集中在第6章中作一些探討?！　?yīng)該說，本書內(nèi)容實(shí)際上所涵蓋的面是相當(dāng)廣泛的，它兼有常溫、低溫、高溫環(huán)境中所使用的熱交換器，它的讀者對象可以是動(dòng)力工程、熱能利用、化工、冶金、供熱通風(fēng)、制冷空調(diào)等專業(yè)的師生以及設(shè)計(jì)、科研人員，還可以適應(yīng)建筑設(shè)計(jì)、給水處理等專業(yè)的需要，因而它有著適用面廣的優(yōu)勢，且其系統(tǒng)性好，文字簡練，特色明顯，希望它會(huì)受到廣大讀者的青睞?！　”窘滩挠墒访乐?、王中錚合編。史美中編寫緒論，第1、2、4等章，并負(fù)責(zé)主編工作；王中錚編寫第3、5、6等章。我們要向本書各版審稿的同仁們和曾為本書指出過問題的同志們致以衷心的感謝，也向?yàn)楸緯霭孀髁舜罅χС植⒏冻鲂燎趧趧?dòng)的東南大學(xué)出版社有關(guān)同志致以誠摯的感謝！限于編者水平有限，書中難免還有不少錯(cuò)誤和缺點(diǎn)，熱忱歡迎給予指正。

內(nèi)容概要

本書在熱計(jì)算基本原理的基礎(chǔ)上，以間壁式、混合式、蓄熱式熱交換器為主要對象，系統(tǒng)闡述其工作原理、傳熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算、流動(dòng)阻力計(jì)算和設(shè)計(jì)程序，并對幾種典型的高效間壁式熱交換器作了集中介紹，最后又扼要地對試驗(yàn)研究方法、強(qiáng)化傳熱途徑、優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能評價(jià)進(jìn)行探討。本書系統(tǒng)性好，文字簡練，特色明顯，并注意吸收最新進(jìn)展。對書中所討論的各種熱交換器，均有較多插圖和詳盡的例題，有利于讀者掌握所學(xué)知識，書后還有習(xí)題選編，供教學(xué)應(yīng)用。
本書可用作高等學(xué)校熱能與動(dòng)力工程、制冷與低溫技術(shù)等專業(yè)的教材，也可供化工、供熱通風(fēng)與空調(diào)工程等專業(yè)師生以及設(shè)計(jì)、科研人員參考。

書籍目錄

0  緒論
  0.1  研究熱交換器的重要性
  0.2  熱交換器的分類
    0.2.1  分類簡介
    0.2.2  各種類型的間壁式熱交換器
  0.3  熱交換器設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容
1  熱交換器熱計(jì)算的基本原理
  1.1  熱計(jì)算基本方程式
    1.1.1  傳熱方程式
    1.1.2  熱平衡方程式
  1.2  平均溫差
    1.2.1  流體的溫度分布
    1.2.2  順流和逆流情況下的平均溫差
    1.2.3  其他流動(dòng)方式時(shí)的平均溫差
    1.2.4  流體比熱或傳熱系數(shù)變化時(shí)的平均溫差
  1.3  傳熱有效度
    1.3.1  傳熱有效度的定義
    1.3.2  順流和逆流時(shí)的傳熱有效度
    1.3.3  其他流動(dòng)方式時(shí)的傳熱有效度
  1.4  熱交換器熱計(jì)算方法的比較
  1.5  流體流動(dòng)方式的選擇
    1.5.1  順流和逆流
    1.5.  2混流和錯(cuò)流
2  管殼式熱交換器
  2.1  管殼式熱交換器的類型、標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)構(gòu)
    2.1.1  類型和標(biāo)準(zhǔn)
    2.1.2  管子在管板上的固定與排列
    2.1.3  管板
    2.1.4  分程隔板
    2.1.5  縱向隔板、折流板和支持板
    2.1.6  擋管和旁路擋板
    2.1.7  防沖板與導(dǎo)流筒
  2.2  管殼式熱交換器的結(jié)構(gòu)計(jì)算
    2.2.1  管程流通截面積的計(jì)算
    2.2.2  殼體直徑的確定
    2.2.3  殼程流通截面積的計(jì)算
    2.2.4  進(jìn)出口連接管直徑的計(jì)算
  2.3  管殼式熱交換器的傳熱計(jì)算
    2.3.1  傳熱系數(shù)的確定
    2.3.2  換熱系數(shù)的計(jì)算
    2.3.3  壁溫的計(jì)算
  2.4  管殼式熱交換器的流動(dòng)阻力計(jì)算
    2.4.1  管程阻力計(jì)算
    2.4.2  殼程阻力計(jì)算
    2.4.3  流路分析法簡介
  2.5  管殼式熱交換器的合理設(shè)計(jì)
    2.5.1  流體在熱交換器內(nèi)流動(dòng)空間的選擇
    2.5.2  流體溫度和終溫的確定
    2.5.3  管子直徑的選擇
    2.5.4  流體流動(dòng)速度的選擇
    2.5.5  管殼式熱交換器的熱補(bǔ)償問題
    2.5.6  管殼式熱交換器的振動(dòng)與噪聲
  2.6  管殼式熱交換器的設(shè)計(jì)程序
  2.7  管殼式冷凝器與蒸發(fā)器的工作特點(diǎn)
    2.7.1  管殼式冷凝器的工作特點(diǎn)
    2.7.2  管殼式蒸發(fā)器的工作特點(diǎn)
  2.8  高溫、低溫?zé)峤粨Q器綜述
    2.8.1  高溫高壓管殼式熱交換器
    2.8.2  工業(yè)爐用高溫?zé)峤粨Q器
    2.8.3  低溫?zé)峤粨Q器
3  高效間壁式熱交換器
  3.1  螺旋板式熱交換器
    3.1.1  基本構(gòu)造和工作原理
    3.1.2  設(shè)計(jì)計(jì)算
  3.2  板式熱交換器
    3.2.1  構(gòu)造和工作原理
    3.2.2  流程組合及傳熱、壓降計(jì)算
    3.2.3  板式熱交換器的熱力計(jì)算程序設(shè)計(jì)
    3.2.4  熱混合設(shè)計(jì)簡介
  3.3  板翅式熱交換器
    3.3.1  構(gòu)造和工作原理
    3.3.2  板翅式熱交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算
    3.3.3  板翅式熱交換器單元尺寸的決定和設(shè)計(jì)步驟
  3.4  翅片管熱交換器
    3.4.1  構(gòu)造和工作原理
    3.4.2  翅片管的類型和選擇
    3.4.3  翅片管熱交換器的傳熱計(jì)算與阻力計(jì)算
    3.4.4  空冷器的設(shè)計(jì)
  3.5  熱管熱交換器
    3.5.1  熱管的組成與工作特性
    3.5.2  熱管熱交換器的傳熱計(jì)算
    3.5.3  熱管熱交換器的流動(dòng)阻力計(jì)算
    3.5.4  熱管熱交換器的熱管工作安全性校驗(yàn)
    3.5.5  熱管熱交換器的熱力設(shè)計(jì)
  3.6  蒸發(fā)冷卻(冷凝)器
    3.6.1  蒸發(fā)冷卻(冷凝)器的結(jié)構(gòu)
    3.6.2  蒸發(fā)冷卻(冷凝)器中的傳熱
    3.6.3  蒸發(fā)冷卻器傳熱面積的計(jì)算
  3.7  微型熱交換器
    3.7.1  分類與基本構(gòu)造
    3.7.2  傳熱與阻力特性
    3.7.3  制造工藝與應(yīng)用前景
4  混合式熱交換器
  4.1  冷水塔
    4.1.1  冷水塔的類型和構(gòu)造
    4.1.2  冷水塔的工作原理
    4.1.3  冷水塔的熱力計(jì)算
    4.1.4  冷水塔的通風(fēng)阻力計(jì)算
    4.1.5  冷水塔的設(shè)計(jì)計(jì)算
  4.2  噴射式熱交換器
    4.2.1  噴射式熱交換器的一般問題
    4.2.2  汽-水噴射式熱交換器
    4.2.3  水-水噴射式熱交換器
  4.3  混合式冷凝器
5  蓄熱式熱交換器
  5.1  蓄熱式熱交換器的結(jié)構(gòu)和工作原理
    5.1.1  回轉(zhuǎn)型蓄熱式熱交換器
    5.1.2  閥門切換型蓄熱式熱交換器
  5.2  蓄熱式熱交換器與間壁式熱交換器的比較
  5.3  蓄熱式熱交換器傳熱設(shè)計(jì)計(jì)算特點(diǎn)
    5.3.1  傳熱系數(shù)
    5.3.2  對流換熱系數(shù)
    5.3.3  傳熱面積
6  熱交換器的試驗(yàn)與研究
  6.1  傳熱特性試驗(yàn)
    6.1.1  傳熱系數(shù)的測定
    6.1.2  對流換熱系數(shù)的測定
  6.2  阻力特性試驗(yàn)
  6.3  傳熱強(qiáng)化及結(jié)垢與腐蝕
    6.3.1  增強(qiáng)傳熱的基本途徑
    6.3.2  增強(qiáng)傳熱的方法
    6.3.3  熱交換器的結(jié)垢與腐蝕
  6.4  熱交換器的優(yōu)化設(shè)計(jì)簡介
  6.5  熱交換器性能評價(jià)
    6.5.1  熱交換器的單一性能評價(jià)法
    6.5.2  傳熱量與流動(dòng)阻力損失相結(jié)合的熱性能評價(jià)法
    6.5.3  熵分析法
    6.5.4  炯分析法
    6.5.5  具有強(qiáng)化傳熱表面的熱交換器熱性能評價(jià)——縱向比較法
    6.5.6  熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法
習(xí)題選編
附錄
  附錄A  傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值
  附錄B  當(dāng)量直徑計(jì)算公式
  附錄C  水的污垢熱阻經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
  附錄D  氣體的污垢熱阻經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
  附錄E  各種油品及溶液的污垢熱阻經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
  附錄F  流體流速的選擇
  附錄G  濕空氣的密度、水蒸氣壓力、含濕量和焓
  附錄H  濕空氣的焓濕圖
  附錄I  高翅片管空冷器的φ=f(P，R)圖
  附錄J  環(huán)形翅片效率圖
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1　熱交換器熱計(jì)算的基本原理　　熱計(jì)算或稱熱力計(jì)算，是熱交換器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?！　”菊滤鰞?nèi)容都以間壁式熱交換器為討論對象，但其分析問題的方法對其他類型的熱交換器仍然適用。　　傳熱系數(shù)與換熱系數(shù)的計(jì)算也是熱計(jì)算的內(nèi)容，由于它們與熱交換器的形式聯(lián)系在一起，因而將它們分散于各章，結(jié)合具體類型進(jìn)行敘述?！　?.1　熱計(jì)算基本方程式　　通?？赡苡龅皆O(shè)計(jì)性熱計(jì)算和校核性熱計(jì)算兩種不同類型的熱計(jì)算?！　≡O(shè)計(jì)性熱計(jì)算的目的在于決定熱交換器的傳熱面積。但是同樣大小的傳熱面可以采用不同的構(gòu)造尺寸，另外，結(jié)構(gòu)尺寸也影響熱計(jì)算的過程。因此，實(shí)際上這種熱計(jì)算往往要與結(jié)構(gòu)計(jì)算交叉進(jìn)行?！　⌒：诵詿嵊?jì)算是針對現(xiàn)成的熱交換器，其目的在于確定流體的出口溫度，并了解該熱交換器在非設(shè)計(jì)工況下的性能變化，判斷能否完成在非設(shè)計(jì)工況下的換熱任務(wù)?！　榱诉M(jìn)行熱交換器的熱計(jì)算，最主要的是要找到熱負(fù)荷（即傳熱量）和流體的進(jìn)出口溫度、傳熱系數(shù)、傳熱面積和這些量之間的關(guān)系式。無論是設(shè)計(jì)性熱計(jì)算還是校核性熱計(jì)算，所采用的基本關(guān)系式有兩個(gè)，即傳熱方程式和熱平衡方程式?！　　?/pre>




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