传热过程与换热器设计方法概述与应用

# 传热过程与换热器设计方法概述与应用
- 概述
  - 传热的三种基本方式
    - 传导传热
      - 无宏观位移
      - 通过直接接触传递热量
      - 应用场景
    - 对流传热
      - 有宏观位移
      - 依靠流体运动传递热量
      - 自然对流
      - 强制对流
      - 应用场景
    - 辐射传热
      - 以电磁波形式传递热量
      - 无需介质
      - 应用场景
  - 冷热流体接触方式
    - 间壁式
      - 套管式
      - 列管式
      - 夹套式
    - 混合式
      - 伴随传质
    - 蓄热式
      - 适用于气体
  - 基本物理量
    - 热量 Q (J)
    - 传热速率 Φ (W)
    - 传热强度 q (W/m²)
    - 相变潜热 (J/kg)
    - 定压比热容 C_p (J/kg·K)
    - 显热 mC_pΔt
    - 定态与非定态传热
      - 定态：温度不随时间变化
      - 非定态：温度随时间变化
- 传导传热
  - 基本概念
    - 温度场 t = f(x, y, z, t)
    - 定态温度场 t = f(x, y, z)
    - 一维定态温度场 t = f(x)
    - 等温面
    - 温度梯度 ∇t = dt/dx
  - 傅立叶定律
    - 公式
      - Φ = -λA(dt/dx)
    - 导热系数 λ (W/m·K)
      - 金属 > 非金属 > 液体 > 气体
  - 圆筒壁导热
    - 单层
      - 公式
        - Φ = 2πLλ(t1 - t2) / ln(r2/r1)
    - 多层
      - 总热阻为各层热阻之和
- 对流传热
  - 牛顿冷却定律
    - 公式
      - dΦ = h·dA·(T - Tw)
  - 热阻概念
    - 公式
      - 1/(h·dA)
  - 对流传热系数 h
    - 影响因素
      - 流体状态
      - 物理性质 (λ, μ, ρ, C_p)
      - 流动状态
      - 传热表面形状
    - 准数关联式
      - Nu = AR^emPr^n
      - Nu = λ/(hl), Re = (ρul)/μ, Pr = (C_pμ)/λ
  - 有相变传热
    - 冷凝
      - 膜状 vs 滴状
    - 沸腾
      - 自然对流
      - 泡沫沸腾
      - 膜状沸腾
- 间壁式换热器计算
  - 总传热速率方程
    - 公式
      - Φ = KAΔtm
  - 总传热系数 K
    - 公式
      - 1/K = 1/h1 + δ/λ + 1/h2
  - 平均温度差 Δtm
    - 恒温
      - 公式
        - Δtm = T - t
    - 变温
      - 公式
        - Δtm = (Δt1 - Δt2)/ln(Δt1/Δt2)
  - 热量衡算
    - 无相变
      - 公式
        - Φ = qm h C_p (T1 - T2)
    - 有相变
      - 公式
        - Φ = qm hr = qm c C_pc (t2 - t1)
- 传热强化与换热器
  - 强化方法
    - 增加 Δtm (逆流)
    - 提高 K (减小最大热阻)
    - 增大 A (如翅片、螺纹管)
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