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'《第四章传热》PPT课件 2传热的目的：1）加热或冷却，使物料达到指定的温度；2）通过换热，回收利用热量；3）保温，以减少热损失。问题：提高或降低温度的方法明火或电加热、通风、水冷、两流体换热等典型换热设备：间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备）例：列管式换热器3、本章研究的主要问题1）三种传热机理（传热速率计算）2）换热器计算3）换热设备简介 4.1.1传热的基本方式根据传热机理不同，传热的基本方式有三种：热传导、热对流和热辐射。1．热传导热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引起的热量传递。热传导的条件：当物体内部或两个直接接触的物体之间存在着温度差。热能从物体的温度较高部分传到温度较低部分。热传导存在于静止物质内或垂直于热流方向的层流底层中。金属固体：依靠自由电子的运动。不良导体的固体和大部分液体：依靠原子、分子碰撞传递热量。气体：分子的不规则运动而引起的。 4.1.3典型的间壁式换热器1套管式换热器 2列管式换热器4.1.4传热速率与热通量传热速率（热流量）Q：单位时间内通过传热面的热量。表示换热器传热的快慢。热流密度（热通量）q：是指单位时间内通过单位传热面积的热量。单位传热面积的传热速率，单位为W/m2。 4.1.5稳态传热与非稳态传热稳态传热：在传热过程中物系各点温度不随时间变化。连续的化工生产过程大都属于稳态传热。非稳态传热：在传热过程中物系各点温度随时间变化。间歇操作传热过程和开、停车或改变操作参数时的传热过程属于非稳态传热。 4.2热传导4.2.1基本概念和傅立叶定律1.温度场和温度梯度温度场：在某一瞬间，物系内所有各点温度分布的总和。t=f(x，y，z，)t——温度，℃；x，y，z——空间坐标；——时间,s一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。t=f(x，)非稳态温度场：温度场内如果各点温度随时间而改变。t=f(x，y，z，)稳态温度场：若温度不随时间而改变。t=f(x，y，z)一维稳定温度场：若温度仅沿一个坐标方向发生变化。t=f(x) 等温面指：具有相同温度的点组成的面特点：等温面上各点温度相等，等温面不会相交。温度梯度指：沿等温面法线方向的温度变化率方向：沿温度增高方向为正，且与等温面垂直一维的温度场，温度梯度可表示为 2.傅立叶定律傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。Q——传热速率，W；λ——导热系数，W/（m·K）或W/（m·℃）；S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；负号表示热流方向与温度梯度方向相反 4.2.2导热系数物理意义：导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量。λ：表征物质的导热能力的大小，是物质的物性参数，W/（m·K）或W/（m·℃）。λ↑，导热能力↑。λ=f(种类(固、液、气)、组成、结构、温度、压力）λ：实验测定。λ金属＞λ非金属＞λ液体＞λ溶液＞λ气体1.固体的λ金属是最好的导热体。λ纯金属＞λ合金t↑,λ↓非金属：t↑,λ↑2.液体的λ金属液体：t↑,λ↓非金属液体：t↑,λ↑。λ金属液体＞λ非金属液体 λ纯液体＞λ溶液溶液的λ：经验公式，查手册。3.气体的导热系数λ=f(T），t↑,λ↑气体的导热系数很小，故对导热不利，但对保温有利。4.2.3通过平壁的稳态热传导1.单层平壁的稳态热传导①导热系数λ=const;②温度只沿着垂直于壁面的x轴方向变化，等温面皆为垂直于x轴的平行平面。一维稳态的热传导 当x=0时，t=t1；x=b时，t=t2，且t1＞t2，分离变量积分R——导热的热阻，K/W；r——单位传热面积的导热的热阻，(m2·K)/W（重点） 结论：①Q正比于Δt，反比于热阻R②R=b/λSb↑，R↑;λ↑,R↓例4-1现有一平壁厚度为400mm，内壁温度为500℃，外壁温度为100℃。试求：（1）通过平壁的导热热量，W/m2；（2）平壁内距内壁150mm处的温度。已知该温度范围内砖壁的平均导热系数λ=0.6W/（m·℃）。解（1）（2）℃ 2.多层平壁的稳态热传导三层平壁，层与层之间接触良好，相互接触的表面上温度相等厚度分别为b1、b2、b3，导热系数为λ1、λ2、λ3，对于稳态热传导过程 P216例4-2 例4-2有一锅炉的墙壁由三种保温材料组成。最内层是耐火砖，厚度b1=150mm，导热系数λ1=1.06W/（m·℃）；中间为保温砖，厚度b2=310mm，导热系数λ2=0.15W/（m·℃）；最外层为建筑砖，厚度b3=240mm，导热系数λ3=0.69W/（m·℃）。测得炉的内壁温度为1000℃，耐火砖与保温砖之间界面处的温度为946℃。试求：(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；(3)建筑砖外侧温度。解t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。（1）热损失q(2)保温砖与建筑砖的界面温度t3由于是稳态热传导，所以q1=q2=q3=q解得t3=157.3℃(3)建筑砖外侧温度t4解得t4=24.6℃ 各层温度差与热阻的数值：温度差△t/℃热阻R/℃/W耐火砖Δt1=1000-946=540.142保温砖Δt2=946-157.3=788.72.07建筑砖Δt3=157.3-24.6=132.70.348结论：多层平壁的稳态热传导中，热阻大的保温层，分配于该层的温度差亦大，即温度差与热阻成正比。 4.2.4通过圆筒壁的稳态热传导1.单层圆筒壁的稳态热传导问题：与平壁稳态导热的异同点相同点：一维稳态导热，Q=常数不同点：1、热流方向不同2、传热面积沿径向不同 b——圆筒壁的厚度，b=r2-r1，m；Sm——称为对数平均面积，m2。当S2/S1<2时，可用算术平均值近似计算。 2.多层圆筒壁的稳态热传导以三层圆筒壁为例。各层壁厚分别为b1=r2-r1，b2=r3-r2，b3=r4-r3；各层材料的导热系数λ1、λ2、λ3皆视为常数，321 例4-3为了减少热损失，在133×4mm的蒸汽管道外层包扎一层厚度50mm的石棉层，其平均导热系数λ=0.2W/（m·℃）。蒸汽管道内壁温度为180℃，要求石棉层外侧温度为50℃，管壁的导热系数λ=45W/m·℃。试求每米管长的热损失及蒸汽管道外壁的温度。 4.3对流传热概述1、对流机理：流动中，流体质点碰撞、混合，传递热量。是流体的主要传热方式。问题：与流体流动状况是否相关对流与流体流动状况密切相关湍动程度越高，对流的传热速率越大。层流流体：热传导为主；湍流流体：对流为主2、分类自然对流：强制对流：温差引起密度差，造成流体流动。流体靠外加动力流动，造成对流。 4.3.1对流传热方程与对流传热系数湍流流动时:层流底层，以热传导方式为主。由于流体λ较小，热阻较大。温度差也主要集中在该层中。简化：传热边界层，δt又难以测定，以α代替λ/δt牛顿冷却定律：Δt—对流传热温度差，℃； 牛顿冷却定律说明：1、实验定律；2、对壁面两侧流体（冷、热），均适用；热流体：冷流体：α是计算关键，一般由实验测定 4.3.2对流传热机理简介热边界层的概念1、热边界层近壁处，流体温度显著变化的区域2、热边界层的厚度3、热边界层内（近壁处）认为：集中全部的温差和热阻热边界层外（流体主体）认为：等温区，无温差和热阻 4.4传热过程计算两类计算设计型计算操作型计算；基本理论：热量衡算方程和传热速率方程4.4.1热量衡算稳态传热，忽略热损失时，冷流体吸收热量=热流体放出热量1、无相变传热T1T2t1t2 2、有相变传热例4-4试计算压力为147.1kPa，流量为1500kg/h的饱和水蒸汽冷凝后并降温至50℃时所放出的热量。 4.4.2总传热速率方程和总传热系数1总传热速率方程K：总传热系数，W/m2K注意：K与S相对应，同选Si、Sm或So总传热系数获取方法：①选取经验值P229②实验测定K值；QSΔtm→K③计算。 1）总传热系数的计算两流体通过管壁的传热包括以下过程：①热流体以对流传热的方式将热量传给管壁一侧；②通过管壁的热传导；③由管壁另一侧以对流传热的方式将热量传给冷流体。T1T2t2t1Twtw各部分传热速率方程：管内侧流体：管壁导热：管外侧流体：对稳态传热， T1T2t2t1Twtw 如果考虑污垢热阻工程上规定，以传热管外表面积So为基准 若传热面为平壁或薄管壁时：（忽略管壁热阻和污垢热阻）结论：K值总是接近热阻大的一侧流体的a值（a小），总热阻由热阻较大一侧流体控制，如果要提高K，首先要提高a小。ai、ao相差不太大时，两者必须同时提高。圆筒壁：So≠Si≠Sm，SO=πdOL，Si=πdiL，Sm=πdmL。 例4-5一列管换热器，列管由的无缝钢管组成，钢管的导热系数为45，管内为冷却水，对流传热系数为450，管外为饱和水蒸汽冷凝，对流传热系数为，试求：（1）总传热系数K；（2）若将水侧的对流传热系数增大一倍，总传热系数有何变化。（3）若将蒸汽侧的对流传热系数增大一倍，总传热系数有何变化。 4.4.3传热平均温度差的计算1.恒温传热恒温传热:热交换时，冷热流体在壁面两侧温度不变化间壁的一侧是饱和水蒸汽冷凝，另一侧液体沸腾T----热流体的温度℃；t----冷流体的温度℃。2.变温传热★流体变温thtc1tc2th1tcth2(a)(b)一侧流体变温时的温差变化★一侧流体恒温另一侧流体变温 (1)流动型式并流：换热的两种流体以相同的方向流动。逆流：换热的两种流体在以相对的方向流动。错流：换热的两种流体呈垂直方向流动。折流：即有逆流又有并流 (2)并流和逆流时的平均温度差Δtm（非常重要） Δtm：对数平均温度差，进、出口处两种流体温度差的对数平均值。当Δt1/Δt2<2：算术平均值Δtm=(Δt1+Δt2)/2①当一侧变温另一侧流体恒温：并流或逆流的平均温度差相等；②当两侧流体变温传热：并流和逆流时的平均温度差则不同。③常取两端温度差中大者作为Δt1，小者作为Δt2，以使式中分子与分母都是正数。进、出口条件相同时 例4-6现用一列管式换热器加热原油，原油在管外流动，进口温度为100℃,出口温度为160℃；某反应物在管内流动，进口温度为250℃，出口温度为180℃。分别计算并流与逆流时的平均温度差。解并流：250→180100→160℃15020逆流：250→180160←100℃9080逆流操作时，因Δt1/Δt2=90/80<2，可以用算术平均值，Δtm=(Δt1+Δt2)/2=(90+80)/2=85℃当两种流体的进、出口温度皆已确定时，逆流时的平均温度差比并流时大。 (3)错流或折流时的平均温度差P232Δtm=Δt·Δtm逆Δt=f(R，P)Δt恒小于1，故错流和折流时的平均温度差总小于逆流。管程:管内的流程,管程流体。壳程:管外的流程,壳程流体。 4.4.4总传热速率方程的应用1传热面积的计算（设计型问题）1）总传热系数K为常数2）总传热系数K为变数P235(下)2实验测定总传热系数KP236例4-93换热器的操作型计算对现有的换热器，判断其对指定传热任务是否适用，或预测生产中某些参数变化对传热的影响。（换热面积是已知） 4.4.5传热单元数法操作型计算已知:T1,t1,Wc,Wh,K,S求:T2、t2方法操作型：Δtm为非线性方程，需要试差求解。采用传热效率和传热单元数法，求出口温度时，可避免试差。一、传热效率T1T2t1t2 实际传热量：最大传热量：换热器某一端达到传热平衡(两流体温度相等)，传热过程结束，传热量达到最大值。问题：冷、热流体，哪种温差最大？热容量流率(WCp)小的流体，先达到传热平衡。计算传热效率(WCp)h较小时(WCp)c较小时 2传热单元数(NTU)对微元传热面积dS：对于冷流体对于热流体 Hc----基于冷流体的传热单元长度，m3、传热效率ε与传热单元数NTU的关系P241不同流型(并流、逆流、折流)，具体函数关系不同（书P241） 4.5对流传热系数关联式4.5.1影响对流传热系数的因素(1)流体的的种类和状态液体、气体、蒸汽、是否有相变化。α相变＞＞α无相变有相变传热：蒸汽冷凝、液体沸腾无相变传热：强制对流、自然对流一般的，有相变的传热膜系数较大。例：水强制对流，蒸汽冷凝2)流体的物理性质ρ、Cp、λ、μ等； λ：ρ：CP：μ：3流体的温度流体温度对对流传热的影响表现在流体温度与壁面温度之差以及流体物性随温度的变化。还要考虑流体内部温度分布不均匀，产生密度差，从而产生自然对流。 (4)流体的流动状态层流和湍流Re↑，湍动程度↑，δt↓，α↑。代价：湍动↑，动力消耗↑。(5)流体流动的原因强制对流，外部机械作功，一般流速较大，α也较大。自然对流，由流体密度差造成的循环过程,一般流速较小，α也较小。 强制对流：Re↑，α↑自然对流：密度不同所产生的浮升力引起的流动。t2＞t1，所以ρ2＜ρ1。若流体的体积膨胀系数为β，则ρ1与ρ2的关系为ρ1=ρ2(1+βΔt)，Δt=t2-t1。单位体积流体由于密度不同所产生的浮升力为(6)传热表面的形状、位置及大小管、板、管束、管径、管长、管子排列方式、垂直放置或水平放置 4.5.2对流传热过程的量纲分析α=f(u，L，μ，λ，ρ，Cp，βgΔt)转化成无因次形式准数的符号和意义准数准数名称符号意义努塞尔准数表示对流传热系数的准数雷诺准数表示流动状态影响的准数普兰特准数Pr表示流体物性影响的准数格拉斯霍夫准数Gr表示自然对流影响的准数 （1）适用范围Re、Pr、Gr（2）特性尺寸特性尺寸L：对流体流动和传热产生主要影响的尺寸圆管内：管内径；非圆管：当量直径。（3）定性温度定性温度：确定准数中流体物性(μ,λ，ρ，Cp)的温度。不同的关联式有不同的确定方法，有3种方法。①取流体的平均温度tm=（t1+t2）/2②取壁面的平均温度tm=tw③取流体与壁面的平均温度(膜温)tm=(tw+t)/2（4）准数中的物理量单位要一致 4.5.3流体无相变时对流传热系数的经验关联式强制对流传热和自然对流。强制对流自然对流1．流体在管内强制对流时的对流传热系数(1)流体在圆形直管内强制湍流时的对流传热系数①低粘度的流体Nu=0.023Re0.8Prn当流体被加热时，式中n=0.4；流体被冷却时，n=0.3适用范围：Re＞104，0.7＜Pr＜120，管长与管径之比L/d≥60，μ＜2×10-3Pa·s；特性尺寸：管内径di；定性温度：tm=（t1+t2）/2；（非常重要） ②高粘度液体适用范围：Re＞104，0.7＜Pr＜16700，管长与管径之比L/d≥60；特性尺寸：管内径di；定性温度：除粘度μw取壁温外，；tm=（t1+t2）/2当液体被加热时当液体被冷却时对于气体，不管是加热或冷却，皆取1③短管对于L/d＜50的短管，管子入口处拢动较大，所以a较高，需要修正，乘以短管修正系数④弯管式中：R——弯管的曲率半径Rdi (2)流体在圆形直管内强制层流时的对流传热系数适用范围：Re＜2300，＞10，0.6＜Pr＜6700特性尺寸：管内径di；定性温度：除粘度μw取壁温外，tm=（t1+t2）/2(3)流体在圆形直管内处于过渡区域时的对流传热系数Re=2300～10000之间时，用湍流公式计算出a值后再乘以校正系数（4）流体在非圆形管内强制对流时的对流传热系数①di→de，误差较大。②直接根据实验得到的关联式. 例题4-7水从一管内流过，管子长5m，内径25mm，管内壁平均温度为50℃，水的平均流速u=1.2m/s，水的进口温度为20℃，求水的出口温度。（设水在平均温度下的物性参数为 2．流体在管外强制对流P2521)流体横向流过管束.管束的排列：错列、直列α错列＞α直列2）流体在换热器的管间流动P253折流板的存在使壳程流体的流动方向不断改变，较小Re（Re=100），即可达到湍流T1T2t1t2 作用：缺点：提高湍动程度，↑α，强化传热；另外，加固、支撑壳体。流动阻力↑，是壳程压降↑的重要因素。挡板切割度为25%D适用条件：定性温度：特征尺寸：流道的当量直径 正方形排列正三角形排列3．大空间自然对流传热P254大空间自然对流：传热面与周围的流体温度不同，且在周围没有阻碍自然对流的物体存在时所产生的纯自然对流传热过程。大空间自然对流传热时，其准数关联式Nu=C(Gr，Pr)nC、n通过实验确定定性温度：tm=(tw+t)/2，Gr中的Δt=tw–t 4.5.4流体有相变时的对流传热蒸汽冷凝和液体沸腾α相变＞＞α无相变1．蒸汽冷凝时的对流传热蒸汽冷凝传热：当饱和蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将冷凝成液滴并释放出气化潜热。(1)蒸汽冷凝的两种方式①膜状冷凝：冷凝液能够润湿壁面，在壁面上形成一层完整的液膜。②滴状冷凝：冷凝液不能够润湿壁面，在壁面上形成许多的小液滴。α膜状冷凝小于α滴状冷凝工业冷凝器的设计都按膜状冷凝考虑。 （2）膜状冷凝的对流传热系数P256蒸汽在水平管外冷凝式中：ρ——冷凝液的密度，kg/m3；r——蒸汽气化热，取饱和温度ts下的数值，J/Kg；λ——冷凝液的导热系数，W/（m.K）；μ——冷凝液的粘度，Pa.s；Δt——饱和温度ts与壁面温度tw之差，Δt=ts-tw；n——水平管束在垂直列上的管子数，单根水平管n=1。定性温度：t=(ts+tw)/2(膜温）。特性尺寸：管外径。 2.液体沸腾时的对流传热液体沸腾：液体加热时，在液体内部伴有由液相变成气相产生汽泡的过程。（主要分为：大容器沸腾和管内沸腾）大容器沸腾:大容器沸腾是指加热面被沉浸在无强制对流的液体内部而引起的沸腾传热过程。沸腾产生的条件t1＞ts过热度指液体主体温度t1与液体饱和温度之差ts。即过热度:Δt=t1-ts。汽化核心：产生汽泡的点，粗糙不平的小坑和划痕 大容器饱和沸腾曲线AB段，自然对流区，Δt较小时，传热以自然对流为主。BC段，核状沸腾区，汽泡产生速度大，α上升很快。CDE段，膜状沸腾区，当Δt增大到一定程度，汽泡产生速度大于脱离的速度，气体的导热系数比液体小的多，使传热困难，对流传热系数α下降。工业一般控制在核状沸腾区控制Δt＜Δtc核状沸腾也称为泡状沸腾 传热类型α/W/(m2·K)传热类型α/W/(m2·K)空气自然对流5～25水蒸气冷凝5000～15000空气强制对流30～300有机蒸汽冷凝500～3000水自然对流200～1000水沸腾1500～30000水强制对流1000～8000有机物沸腾500～15000有机液体强制对流500～1500α值的大致范围 例4-8某一套管换热器，内管为钢管，外管为的钢管。用冷却水冷却某有机物，冷却水在管内流动，进口温度为15℃，出口温度为30℃。有机物在环隙中流动，进口温度为100℃，出口温度为40℃，流量为，平均比热为。两流体逆流流动，若已知的水侧和有机物侧的对流传热系数分别为1200和500，忽略污垢热阻及管壁热阻。试求换热器的传热面积。 4.5.5壁温的计算①实测；②估算；③计算问题：稳态传热时，壁温接近于哪侧流体的温度。壁温总是接近对流传热系数较大一侧流体的温度T1T2t2t1Twtw 例4-9在一由φ25×2.5mm钢管构成的废热锅炉中，管内通入高温气体，进口500℃，出口400℃。管外为P=981kPa压力的水沸腾。已知高温气体对流传热系数ai=250W/m2·℃，水沸腾的对流传热系数ao=10000W/(m2·℃)。忽略污垢热阻，试求管内壁平均温度及管外壁平均温度。(P=981kPa对应的饱和温度为179℃） 例题：用一单管程、单壳程列管换热器冷却石油产品。换热器的管尺寸为25×2.5mm，管子根数为85根。管长为6m，石油产品走壳程，温度由90℃降至50℃。冷却水走管程，流量为50m3/h，进口温度为25℃，出口温度为40℃。两流体逆流流动，若忽略管壁热阻及污垢热阻。试求：（1）总传热系数；（2）管内对流传热系数；（3）壳程对流传热系数。（已知水在定性温度下的物性参数为 4.6辐射传热4.6.1基本概念热辐射：物体由于热的原因而产生的电磁波在空间的传递。辐射传热：是物体间相互辐射和吸收能量的总结果。辐射传热的特点：以电磁波形式传播，不需要任何介质进行传递。判断：热辐射可穿越真空，但对流、热传导不能。辐射传热的规律：服从光的反射、折射定律。 吸收率反射率透射率黑体：能全部吸收辐射能的物体A=1。白体：能全部反射辐射能的物体R=1。（镜体）透热体：能全部透过辐射能的物体D=1。灰体：能以相同的吸收率A，吸收全部波长辐射能的物体。（工业上，多数物体都可近似视为灰体） 4.6.2物体的辐射能力和有关的定律物体在一定温度下，单位面积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，称为该物体在该温度下的辐射能力，以E表示，单位为W/m2。单色发射能力Eλ：W/m2指：一定温度下，单位时间，单位面积上，物体发射的某一波长的总能量。1普朗克定律 2.斯蒂芬-波尔兹曼定律 例某黑体初始温度为20℃，后升温至600℃，问其前后辐射能力的变化。黑体在20℃的辐射能力黑体在600℃的辐射能力辐射能力变化（温度变化600/20=30倍） 实际物体的辐射能力在同一温度下，实际物体的辐射能力E恒小于黑体的辐射能力Eb。实际物体的辐射能力E与同温度下黑体的辐射能力Eb之比，称为该物体的黑度，用ε表示。表示为ε与物体的性质、表面温度、表面粗糙度和氧化程度有关。实际物体的辐射能力 3克希霍夫定率理论证明，任何物体的辐射能力与其吸收率的比值恒为常数，等于同温度下绝对黑体的辐射能力。在同一温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等。因此实际物体难以确定的吸收率均可用其黑度的数值。4.6.3两固体间的辐射传热P267工业上常遇到两固体间的相互辐射传热，辐射传热量不仅与两固体的吸收率、反射率、形状及大小有关，而且与两者之间距离和相互位置有关。 4.7换热器换热器的种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分为三大类：　　　　●间壁式●直接接触式（混合式）●蓄热式 4-7-1换热器的类型一、间壁式换热器（一）夹套式换热器◎结构：夹套式换热器主要用于反应过程的加热或冷却，是在容器外壁安装夹套制成。◎优点：结构简单。◎缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。也可在釜内安装蛇管。 （二）蛇管式换热器（1）沉浸式蛇管换热器◎结构：这种换热器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。◎优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。◎缺点：由于容器体积比管子的体积大得多,因此管外流体的表面传热系数较小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。 (2)喷淋式换热器◎结构：多用于冷却管内的热流体。将蛇管成排地固定于钢架上，被冷却的流体在管内流动，冷却水由管上方的喷淋装置中均匀淋下，故又称喷淋式冷却器。◎优点：传热推动力大，传热效果好，便于检修和清洗。◎缺点：喷淋不易均匀。 （三）套管式换热器◎结构：将两种直径大小不同的直管装成同心套管，并可用U形肘管把管段串联起来，每一段直管称作一程。◎优点：进行热交换时使一种流体在内管流过，另一种则在套管间的环隙中通过。流速高，表面传热系数大，逆流流动，平均温差最大，结构简单，能承受高压，应用方便。◎缺点：管间接头较多，易发生泄漏；单位长度具有传热面积小。 4-7-2列管式换热器的基本型式和设计计算一、列管式换热器的基本型式（一）固定管板式P274使用场合：壳程流体不易结垢或容易化学清洗,壳体与传热管壁温度之差小于50度否则加膨胀节 （二）U形管式换热器P274优点：结构简单；适用于高温和高压的场合。缺点：管内清洗比较困难。 （三）浮头式换热器P274结构较为复杂,成本高,消除了温差应力，应用广泛. 二、列管式换热器的设计时应考虑的问题（一）流体流径的选择P279在换热器中，哪一种流体流经管程，哪一种流经壳程，下列几点可作为选择的一般原则：（1）不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。（2）腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。（3）压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。（4）饱和蒸汽宜走壳程，因饱和蒸汽比较清洁，表面传热系数与流速无关，而且冷凝液容易排出。（5）流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程Re>100即可达到湍流。（6）)若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将表面传热系数大的流体通入壳程，以减小热应力。（7）需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。 (二）流体流速的选择列管换热器内常用的流速范围(P280）（三）流体两端温度的确定(P280）（四）管子的规格和排列方法目前我国试行的系列标准规定采用φ19×2和φ25×2.5两种规格，对一般流体是适用的。此外，还有φ38×2.5，φ57×2.5的无缝钢管和φ25×2,φ38×2.5的耐酸不锈钢管。按选定的管径和流速确定管子数目，再根据所需传热面积，求得管子长度。系列标准中管长有1.5，2，3，4.5，6和9m六种，其中以3m和6m更为普遍。管子的排列方式有等边三角形和正方形两种。与正方形相比，等边三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高，表面传热系数大。正方形排列虽比较松散，传热效果也较差，但管外清洗方便，对易结垢流体更为适用。如将正方形排列的管束斜转45°安装，可在一定程度上提高表面传热系数。 （五）流动方式的选择*除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、热流体还可以作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时，管程或壳程越多，表面传热系数越大，对传热过程越有利。但是，采用多管程或多壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的动力费用增加。因此，在决定换热器的程数时，需权衡传热和流体输送两方面的损失。　　当采用多管程或多壳程时，列管式换热器内的流动形式复杂，对数平均值的温差要加以修正。（六）折流挡板安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得良好的效果，挡板的形状和间距必须适当。 对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。由图可以看出，弓形缺口太大或太小都会产生"死区"，既不利于传热，又往往增加流体阻力。a.切除过少　　　b.切除适当　　c.切除过多挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外表面传热系数下降；间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的0.2～1.0倍。 4-7-3换热器的传热强化途径依总传热速率方程：　　　　　　　　强化方法：提高K、S、均可强化传热。（一）增大传热面积S关于传热面积A的改变，不以增加换热器台数，改变换热器的尺寸来加大传热面积S，而是通过对传热面的改造，如开槽及加翅片、以不同异形管代替光滑圆管等措施来加大传热面积以强化传热过程。(二）增大传热平均温度差（如采用逆流操作）（三）增大总传热系数K（设法减小对K值影响较大的热阻）减小热阻的主要方法有(1)加大流速；（2）防止结垢和及时地清除垢层。 第二节　闻诊听声音嗅气味发音、语言呼吸、咳嗽呕吐、呃逆嗳气、太息喷嚏、呵欠病人身体内发出的各种气味　各种排出物及病室的异常气味患者病情听声音嗅气味 一、听声音发声自然，音调和谐，言语清楚，言与意符，应答自如正常生理状态下发出的声音气血充盛，发音器官和脏腑功能正常男性----声低而浊　　女性----声高而清儿童----声尖清脆　　老人----声浑厚而低沉语声与情感变化有关正声、常声正常声音 疾病的病理变化在语声、语言及其它人体声响方面的表现病变声音（一）发声异常发声嘶哑－－音哑欲语无声－－失音喑新病－－实证外邪或痰浊阻肺金实不鸣久病－－虚证肺肾阴虚金破不鸣声高而气粗－－实证声低而微弱－－虚证打鼾不醒，手撒遗尿－－中风入脏危证身有痛楚或胀满－－呻吟高亢有力－－实证声低无力－－虚证小儿阵发惊呼，发声尖锐，表情惊恐－－惊风 （二）语言异常语言表达与应答能力有无异常吐词是否清晰流利沉默寡言－－虚证、阴证　　烦躁多言－－实证、阳证谵语神识不清，语言重复，时断时续，声高有力－－热扰心神之实证郑声神识不清，语言重复，时断时续，语声低弱－－心气大伤之虚证独语患者自言自语，喃喃不休，见人语止，首尾不续－－心气不足，神失所养；气郁痰结，阻蔽心窍癫证、郁证语言謇涩：神志清楚，思维正常，但语言不流利，吐词不清晰－－风痰阻络，中风之先兆或中风后遗症夺气、错语、狂言 （三）呼吸异常呼吸频率的快慢、气息的强弱精细，呼吸音的清浊呼吸气粗－－热证、实证　　外感病证　　呼吸气微－－寒证、虚证　　内伤久病喘症呼吸困难，短促急迫，甚者张口抬肩，不能平卧肺有实热，或痰饮内停；肺肾虚损，气失摄纳哮症呼吸急促，喉间有哮鸣音，常反复发作，缠绵难愈内有痰饮，复感外寒；寒湿或饮食诱发哮必兼喘，喘不必兼哮短气呼吸气急而短，不足以息饮停胸中；肺气不足少气气微，呼吸微弱，短而声低，气不足以息诸虚不足 （四）咳嗽肺主咳－－肺失肃降，肺气上逆《素问·咳论》“五脏六腑皆令人咳”有声无物－－咳；有痰无声－－嗽；有痰有声－－咳嗽咳声重浊，痰白清稀，鼻塞不通－－外感风寒咳声不扬，痰稠色黄不易咳出－－肺热咳声沉闷，咳痰色白量多易咳出－－寒痰湿浊停聚干咳无痰，或痰少而粘－－燥咳；肺阴亏虚顿咳或“百日咳”咳嗽阵发，咳时气急，发则连声不绝，终止时作“鹭鸶叫声”－－风邪与伏痰搏结，郁而化热，阻遏气道小儿白喉咳声如犬吠，伴声音嘶哑，吸气困难－－肺肾阴虚，火毒攻喉夜间咳甚－－肾水亏；天亮咳甚－－脾虚；寒湿在大肠咳声重浊－－实证；咳声无力，声低气怯－－虚证痰量、色、质 （五）呕　吐呕吐的声音、吐势呕吐物的性状及气味有声有物－－呕；有物无声－－吐；有声无物－－干呕胃失和降，胃气上逆虚寒证吐势徐缓，声音微弱，吐物呈清水痰涎；实热证吐势较猛，声音壮厉，吐物呈粘痰黄水，或酸或苦重者热扰神明，呕吐呈喷射状胃反朝食暮吐或暮食朝吐，－－胃阳虚；脾肾俱虚水逆症口干欲饮，饮入即呕－－太阳蓄水证；痰饮内停胃痈呕吐脓汁。暴病者多实，久病者多虚寒热虚实 （六）呃逆、嗳气呃逆气逆上冲咽喉，发出一种不能自主的冲击声，其声呃呃哕，打呃胃气上逆动膈嗳气气体自胃向上，出于候间所发出的声响噫气，打饱嗝胃气失和上逆呃声频作，高亢而短，其声有力－－实证、热证呃声低沉，声弱无力－－虚证、寒证久病、重病呃逆不止，声低气怯无力－－胃气衰败之危候嗳气酸腐，脘腹胀满而厌食－－食滞胃脘嗳声频作而响亮，得嗳则脘腹胀减－－肝气犯胃嗳声低沉，无酸腐气味，纳呆食少－－胃虚气逆 二、嗅气味病体之气病室之气口气臭秽－－胃热；酸臭－－胃有宿食；腐臭－－内痈或牙疳汗腥膻气－－风湿热邪久蕴皮肤；臭秽－－瘟疫病热毒内盛咳吐浊痰脓血－－肺痈；鼻出臭气，流浊涕－－鼻渊呕吐物清稀无气味－－胃寒；腐臭而秽浊－－胃热大便臭秽－－肠中积热；溏泄有腥臭味－－脾胃虚寒；泄泻臭如败卵，矢气酸臭－－食积大肠小便臊臭，黄赤混浊－－下焦湿热；烂苹果气味－消渴病妇女经血臭秽－－热证；经血气腥－－寒证带下臭秽而黄稠－－湿热；带下腥臭而清稀－－寒湿病体之气 病室臭气触人，轻则盈于床帐，重则充满一室－－－－瘟疫病，脏脏气血受疫气薰蒸而败坏腐臭或尸臭气味－－脏腑败坏，病属危重血腥气－－失血证或手术后尿臊味(氨味)－－水肿病晚期烂苹果样气味(酮体气味)－－消渴病病室之气 第二节　问诊 病人或陪诊者有目的的询问问诊的方法1、首抓主诉，围绕主诉有目的、有步骤地询问，既有重点，又要全面问诊的内容2、可提示启发，但要避免启发和暗示3、危重病人，应扼要询问，及时检查与抢救一般情况、既往病史、发病经过、现在症状第二节　问诊 一、问一般情况姓名、性别、年龄、婚姻、职业、住址、生活习惯等二、问既往病史和家族病史辨证、目前治疗用药参考、诊断三、问起病即从发病到就诊时疾病发生、发展和变化的过程四、问现在症状“十问歌”张介宾一问寒热二问汗，三问头身四问便，五问饮食六问胸，七聋八渴俱当辨，九问旧病十问因，再兼服药参机变，妇女尤必问经期，迟速闭崩皆可见，再添片语告儿科，天花麻疹全占验 （一）问寒热意义：疾病的性质、部位和人体阴阳盛衰变化等要点：寒热的有无、特征、发作时间及兼症1、恶寒发热：表寒证、表热证、表虚证、表实证2、寒热往来：半表半里证（少阳病或疟疾）3、但寒不热：虚寒证、实寒证4、但热不寒：里热证（1）壮热：里热实证（2）潮热：阴虚潮热、阳明潮热、湿温潮热（3）长期低热：阴虚发热、气虚发热、疰夏病 （二）问汗意义：诊察津液的盈亏、阴阳的盛衰、病情轻重和预后要点：汗出的有无、多少、改善、时间、部位及兼症1、表证辨汗：外邪的性质、正气的盛衰表实证；表虚证或表热证2、里证辨汗：病性的寒热和机体阴阳的盛衰（1）自汗：经常汗出不止，活动尤甚。气虚卫阳不固（2）盗汗：睡时汗出，醒后汗止。阴虚内热（3）大汗：里实热证、亡阳证3、局部辨汗虚阳上越、上焦邪热郁蒸、中焦湿热、脾胃湿热 （三）问疼痛“不通则痛（实痛）”“不荣则痛（虚痛）”意义：辨别病变所在脏腑、经络及其病性之寒热虚实要点：痛的部位、性质、时间、加剧或缓解因素及兼症1、问疼痛部位（1）头痛头痛部位，辨病在何经头痛情况及兼症，辨外感内伤和病性的寒热虚实（2）胸痛（3）腹痛大腹痛、小腹痛、少腹痛（4）腰痛肾病（虚实）（5）四肢痛痹证（风寒湿邪）、肾虚 2、疼痛性质分析疼痛的原因与病机气滞、重痛、灼痛、冷痛、刺痛、隐痛3、问疼痛持续时间及缓解加剧因素虚、实、寒、热（四）问睡眠睡眠的多少、睡眠的情况及伴见症状1、失眠心血不足、心肾不交、痰火扰心；食停胃腑2、嗜睡不论昼夜，频频思睡，经常不自主地入睡外感热病，久病气虚，阳虚阴盛；湿邪困脾，清阳不升“胃不和则卧不安” （五）问饮食与口味了解脾胃的功能，判断病势的进退，疾病寒热等1、问食欲与食量2、问口渴与饮水3、问口味食欲不振、食量减少、厌食多食易饥、饥不欲食、嗜食异物口不渴、口渴（饮水情况）口淡无味、口中泛酸、口苦、口咸 （六）问二便意义：了解消化功能和水液代谢情况是否正常，测知病变所在脏腑及病性的寒热虚实要点：次数、便量、色质变化、排便感觉的异常1、问小便尿量过多、尿量减少、小便频数、癃闭、失禁2、问大便大便秘结、溏泻；下利清谷、五更泄泻、大便脓血 （七）问经带1、问月经周期、经期、经量、色质等28天左右，3～7天，量适中，色正红（1）月经先期提前7天以上。血热、气血不足（2）月经后期错后7天以上。血瘀、寒实证；血虚、虚寒证（3）月经先后无定期肝郁气滞或肾虚冲任失调（4）月经过多血瘀、血热、气虚、肾虚（5）月经过少血虚、肾虚、血瘀 （6）闭经指女子年逾18周岁月经尚未初潮，或已行经而又中断达3个月以上者肝肾不足，气血虚弱，阴虚血燥气滞血瘀，痰湿阻滞（7）崩漏经血非时暴下不止（崩中或经崩）淋漓不尽（漏下或经漏）肾虚、脾虚血热、血瘀冲任受损，不能制约经血2、问带下脾肾虚寒、湿热下注（八）问小儿出生前后的情况，预防接种史，喂养、发育情况发病时有无受惊、伤食、受寒热等 第四节　切诊脉诊、按诊一、脉诊“切脉”，指腹、一定部位的脉搏原理：脉象的形成和脏腑气血的功能密切相关意义：测病因、知病位、审病机辨病性、察预后吉凶（一）脉诊的部位和方法1、部位“寸口诊法”、“寸、关、尺”左手：心与膻中、肝胆与膈、肾与小腹右手：肺与胸中、脾胃、肾与小腹一定部位触、摸、按、压 2、方法（1）时间（2）体位（3）指法（4）切脉要点清晨《内经》；平静的内外环境；平息计数每手至少1分钟以上，以3～5分钟为宜坐位或正卧位；手臂放平与心脏近于同一水平，直腕，手心向上（脉枕）手指定位与布指、单按与总按、“举、按、寻”脉位、脉力、节律、速率、脉形“位、数、形、势” （二）正常脉象平脉、常脉；“胃、神、根”三部有脉，一息四至或五至（72～80次），不浮不沉，不大不小，来去从容，和缓有力节律一致，尺部沉取有力随性别、年龄、体格、情绪、气候等因素产生相应的生理变化脉有胃气脾胃的功能、气血的盛衰疾病的进退转归脉象有神心气盛衰、全身神的得失脉象有根肾精盈亏、肾气盛衰 （三）病脉与主病1、浮脉2、沉脉3、迟脉【脉象】轻取不应，重按始得。脉位深沉【主病】里证。有力为里实，无力为里虚【脉象】一息不足四至。脉搏至数少，每分钟不足60次【主病】寒证。有力为实，无力为虚【脉象】轻取即得，举之有余，按之不足。脉位表浅【主病】表证，虚证 4、数脉7、洪脉【脉象】一息五至以上。脉搏至数多，每分钟超过90次【主病】热证。有力为实热，无力为虚热【脉象】脉来洪大有力，若波涛汹涌，来盛去衰【主病】气分热盛、邪盛正衰5、虚脉6、实脉【脉象】三部脉举按皆无力，按之空虚【主病】虚证。多为气血不足【脉象】三部脉举按皆有力【主病】实证。邪盛正不衰 8、细脉9、滑脉10、涩脉11、弦脉【脉象】脉细如线，应指明显脉体窄，且波动小而无力【主病】诸虚劳损，以阴血虚为主，又主湿证【脉象】往来流利，应指圆滑，如珠走盘脉来流利，圆滑【主病】痰饮、食滞、实热证【脉象】脉来艰涩，如轻刀刮竹脉细而短，往来涩滞不畅【主病】气滞血瘀，精血不足【脉象】端直而长，如按琴弦脉本身的弛张度大【主病】肝胆病，痛证，痰饮 12、紧脉13、结脉14、代脉15、促脉【脉象】脉来绷急有力，应指紧张有力，状如牵绳转索【主病】寒证，痛证，宿食证脉搏的张力大【脉象】脉来迟缓而有不规则的间歇【主病】阴盛气结，寒痰瘀血证【脉象】脉来缓慢而有规律间歇【主病】脏气衰微，风证，痛证【脉象】脉来急数而有不规则的间歇【主病】阳热亢盛，气血痰食瘀滞 其它常见脉1、微脉【脉象】极细极软，按之欲绝，若有若无【主病】阳气衰微，阴阳气血诸虚2、散脉【脉象】浮散无根，至数不齐【主病】元气离散，脏气将绝3、长脉【脉象】首尾端直，超过本位。【主病】肝阳有余，阳盛内热等有余之证。4、短脉【脉象】首尾俱短，不能满部。【主病】有力为气郁，无力为气损。5、芤脉【脉象】浮大中空，如按葱管。【主病】失血，伤阴。6、缓脉【脉象】一息四至，来去怠缓。【主病】湿证，脾胃虚弱。 7、革脉【脉象】浮而搏指，中空外坚，如按鼓皮。【主病】亡血，失精，半产，漏下。8、牢脉【脉象】沉按实大弦长。【主病】阴寒内实，疝气癥瘕。9、弱脉【脉象】沉而细软。【主病】气血不足诸证。10、濡脉【脉象】浮而细软。【主病】诸虚，又主湿11、伏脉【脉象】重手推筋按骨始得，甚则伏而不见【主病】邪闭，厥证，痛极。12、动脉【脉象】脉形如豆，厥厥动摇，滑数有力【主病】痛证，惊恐13、疾脉【脉象】脉来急疾，—息七八至，140次以上【主病】阳热阴竭，元气将脱。 二、按诊即医生用手触按病人体表一定部位，来测知局部冷热、软硬、压痛、肿块、或其它情况，从而进行诊断的方法（一）按肌肤灼热、清冷；湿润、干燥；水肿、气胀（二）按手足手足俱冷、手足俱热、手足心热（三）按脘腹虚、实；“积”或“癥”、“聚”或“瘕”；燥屎内结（四）按俞穴'