第一節(jié)水蒸氣第二節(jié)換熱器第八章水蒸氣和換熱器水蒸氣第一節(jié)１.掌握有關(guān)水蒸氣的基本概念。２.掌握水蒸氣的產(chǎn)生過程。３.掌握有關(guān)水蒸氣的基本計(jì)算。學(xué)習(xí)目標(biāo)一、基本概念１.液體的汽化———蒸發(fā)和沸騰物質(zhì)從液體變成蒸氣的過程叫做汽化，從蒸氣變成液體的過程叫做液化，也叫凝結(jié)。液體的汽化有兩種方式———蒸發(fā)和沸騰。(１)蒸發(fā)液體表面的分子不斷地離開液面向空氣中散發(fā)變成氣態(tài)分子的過程稱為蒸發(fā)。(２)沸騰液體表面和內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行劇烈的汽化過程稱為沸騰。２.飽和溫度與飽和壓力飽和狀態(tài)下的液體和蒸汽的溫度稱為飽和溫度，與飽和溫度對應(yīng)的飽和蒸汽的壓力稱為飽和壓力。３.汽化熱和凝結(jié)熱在一定壓力、一定溫度下由于液體汽化過程吸收的熱量叫做汽化潛熱。在一定壓力下，1kg液體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑴囟鹊恼羝盏臒崃糠Q為比汽化潛熱，或簡稱比汽化熱，用符號r表示，單位是kJ/kg。在一定壓力下，1kg蒸汽完全凝結(jié)成同溫度的液體所放出的熱量叫做比凝結(jié)熱。使蒸汽凝結(jié)成液體的條件是溫度低于蒸汽壓力下的飽和溫度。達(dá)到這個(gè)條件有兩種方法：一種是冷卻法(壓力不變降低溫度)，另一種是加壓法(溫度不變加大壓力)。二、定壓下水蒸氣的產(chǎn)生過程定壓下對水加熱而形成水蒸氣的過程，可以分三個(gè)階段。１.水的加熱階段它是指將0℃的水加熱為飽和水的過程，此階段中水增加的熱量為液體熱(顯熱)。２.水的汽化階段它是指由飽和水加熱成干飽和蒸汽的過程，整個(gè)階段為定溫過程，飽和溫度ts不變，此階段飽和水在汽化過程中增加的是汽化潛熱。３.水蒸氣的過熱階段它是指將干飽和蒸汽加熱由飽和溫度ts至溫度為t的過熱蒸汽的過程，此階段蒸汽增加的熱量稱為過熱熱量。t－ts稱為過熱度。三、水蒸氣表及水蒸氣的計(jì)算１.水蒸氣表下表列出了飽和水和干飽和水蒸氣的熱力特性表。飽和水與干飽和水蒸氣簡表(按壓力排列)飽和水與干飽和水蒸氣簡表(按溫度排列)２.水蒸氣的計(jì)算(１)水和未飽和水的比焓(２)干飽和水蒸氣的比焓的計(jì)算(３)過熱蒸汽的比焓過熱蒸汽的比焓為：換熱器第二節(jié)１.掌握常用換熱器的種類及其工作過程。２.掌握換熱器的基本計(jì)算方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)一、換熱器的種類１.按熱媒分類換熱器按熱媒不同可分為氣—水換熱器和水—水換熱器。２.按熱交換方式分類換熱器按熱交換方式的不同分為表面式和混合式兩類。(１)表面式換熱器在表面式換熱器里，被加熱水與熱媒彼此不相接觸，而是通過金屬表面進(jìn)行換熱。表面式換熱器表面式換熱器從構(gòu)造上可分為殼管式、肋片管式、板翅式、螺旋板式、板式等。表面式換熱器按冷熱流體流動方式分為順流式、逆流式、交叉流(橫流)式。(２)混合式換熱器在混合式換熱器里，熱量的傳遞是依靠熱流體與冷流體的直接接觸和混合進(jìn)行的?；旌鲜綋Q熱器３.按用途分類換熱器按用途的不同分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器四類。(１)加熱器加熱器是利用熱媒，將流體加熱到需要溫度的加熱設(shè)備。(２)冷卻器冷卻器是利用冷媒將某種流體冷卻到必要溫度的換熱器。(３)冷凝器冷凝器是利用冷媒導(dǎo)走熱量(潛熱和顯熱)冷卻凝結(jié)氣體，并使之液化的熱交換設(shè)備。(４)蒸發(fā)器蒸發(fā)器是在等壓下加熱液體使其蒸發(fā)，或者膨脹降壓(無需加熱)使液體蒸發(fā)的換熱設(shè)備。二、表面式換熱器表面式換熱器(或間壁式換熱器)的特點(diǎn)是冷、熱兩流體被固體壁面隔開，不相混合，通過間壁進(jìn)行熱量的交換。１.管式換熱器盤管式換熱器可分為沉浸式盤管換熱器和噴淋式換熱器兩類。１)沉浸式盤管換熱器。盤管多用金屬管子彎制而成，或制成適應(yīng)容器要求的形狀，沉浸在容器中。兩種流體分別在盤管內(nèi)、外流動而進(jìn)行熱量交換。這種盤管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，便于防腐蝕，能承受高壓。盤管式換熱器沉浸式換熱器２)噴淋式換熱器。主要由蛇管、噴淋裝置、滴水板和支柱等組成。噴淋式換熱器(２)套管式換熱器套管式換熱器是用管件將兩種尺寸不同的標(biāo)準(zhǔn)管連接成同心圓的套管，然后用180°的回彎管將多段套管串聯(lián)而成。套管換熱器的優(yōu)點(diǎn)為構(gòu)造簡單；能耐高壓；傳熱面積可根據(jù)需要而增減，適當(dāng)?shù)剡x擇管內(nèi)、外徑，可使流體的流速較大，且雙方的流體作嚴(yán)格的逆流，都有利于傳熱。套管式換熱器(３)列管式換熱器列管式換熱器是暖通工程中應(yīng)用最廣泛的傳熱設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積較大以及傳熱效果較好。幾種列管式換熱器外形根據(jù)熱補(bǔ)償方法的不同，列管換熱器有下面幾種形式。１)固定管板式。所謂固定管板式即兩端管板和殼體連接成一體。列管式換熱器常見膨脹節(jié)的形式ａ)Ｕ形ｂ)平板形ｃ)Ω形具有補(bǔ)償圈的固定板式換熱器２)U形管換熱器。U形管換熱器如圖所示。管子彎成U形，管子的兩端固定在同一管板上。U形管式換熱器３)浮頭式換熱器。兩端管板之一不與外殼固定連接，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器２.板式換熱器(１)平板式換熱器平板式換熱器主要由一組長方形的薄金屬板平行排列、夾緊組裝于支架上而構(gòu)成。(２)螺旋板式換熱器如圖所示，螺旋板式換熱器是由兩塊薄金屬板焊接在一塊分隔擋板(圖中心的短板)上并卷成螺旋形而形成的。平板式換熱器螺旋板式換熱器螺旋板式換熱器因用途不同，螺旋板式換熱器的流道布置和封蓋形式有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三種形式?！阿瘛毙徒Y(jié)構(gòu)兩個(gè)螺旋流道的兩側(cè)完全為焊接密封的結(jié)構(gòu)，是不可拆結(jié)構(gòu)?！阿颉毙徒Y(jié)構(gòu)兩個(gè)螺旋通道不同，一個(gè)螺旋流道的兩側(cè)為焊接密封，另一流道的兩側(cè)是敞開的，因而一流體在螺旋流道中做螺旋流動，另一流體在另一流道中做軸向流動，是可拆結(jié)構(gòu)?！阿蟆毙涂刹鹗铰菪鍝Q熱器結(jié)構(gòu)原理與不可拆式換熱器基本相同，但其兩個(gè)通道可拆開清洗，適用范圍較廣。１)螺旋板換熱器的優(yōu)點(diǎn)①總傳熱系數(shù)高。②不易堵塞。③能利用低溫?zé)嵩春途芸刂茰囟取＂芙Y(jié)構(gòu)緊湊。２)螺旋板換熱器的缺點(diǎn)①操作壓強(qiáng)和溫度不宜太高。②不易檢修。３.翅片管式換熱器翅片管式換熱器的構(gòu)造特點(diǎn)是在換熱管子表面上裝有徑向或軸向翅片。翅片管式換熱器ａ)翅片管式換熱器ｂ)翅片管截面常見的翅片形式ａ)橫向ｂ)縱向４.板翅式換熱器兩塊平行的薄金屬板(平隔板)間，夾入波紋狀的金屬翅片，兩邊以側(cè)條密封，組成一個(gè)單元體。板翅式換熱器結(jié)構(gòu)板翅式換熱器芯體單元結(jié)構(gòu)板翅式換熱器的板束及翅片形式ａ)板束ｂ)光直形翅片ｃ)鋁齒形翅片ｄ)多孔形翅片(１)板翅式換熱器的主要優(yōu)點(diǎn)１)總傳熱系數(shù)高，傳熱效果好。２)結(jié)構(gòu)緊湊。３)輕巧牢固。４)適應(yīng)性強(qiáng)、操作范圍廣。(２)板翅式換熱器的缺點(diǎn)１)由于設(shè)備流道很小，故容易堵塞，換熱器一旦結(jié)垢，清洗和檢修很困難，所以處理的物料應(yīng)較潔凈或預(yù)先進(jìn)行凈制。２)由于隔板和翅片都由薄鋁片制成，故要求介質(zhì)對鋁不發(fā)生腐蝕。三、表面式換熱器計(jì)算的基本原理１.熱計(jì)算公式表面式換熱器的傳熱計(jì)算可分兩種情況，即設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算。(１)熱平衡方程式(２)傳熱方程式２.平均溫差的計(jì)算(１)冷、熱流體的流動方式在表面式換熱器中，因兩種流體的流向不同，流體可形成順流、逆流和橫流三種基本流動方式。冷、熱流體進(jìn)行熱交換的流動方式ａ)順流ｂ)逆流ｃ)橫流順流：在換熱器里，熱流體和冷流體朝著同一個(gè)方向流動。逆流：在換熱器里，兩種流體平行流動但方向相反。橫流：冷、熱流體在相互垂直的方向上做交叉流動。順流和逆流是冷、熱流體在表面式換熱器中的兩種最基本的流動方式，現(xiàn)在將這兩種流動方式的溫度變化加以比較。冷、熱流體熱交換方式的溫度變化(２)順流和逆流時(shí)平均溫差的計(jì)算不論對順流或逆流，對數(shù)平均溫差公式均可用下式來表示為：式中Δt大

———代表兩端溫差中較大者；Δt小

———代表兩端溫差中較小者。(３)其他流動形式的平均溫差在各種流動類型中，逆流時(shí)平均溫差最大，順流時(shí)的平均溫差最小，而其他各種流動方式都介于逆流和順流之間。換熱器的其他換熱流動方式３.表面式換熱器傳熱計(jì)算的基本方法可以歸納為平均溫壓法和傳熱單元數(shù)法，下面簡要介紹平均溫壓法。平