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第1章 换热器分类1

1.1 引言1

1.2 根据传热过程分类4

1.2.1 间接接触式换热器4

1.2.2 直接接触式换热器7

1.3 根据介质数分类7

1.4 根据表面紧凑度分类8

1.4.1 气—液换热器10

1.4.2 液—液及相变换热器11

1.5 根据结构特征分类11

1.5.1 管式换热器12

1.5.2 板式换热器20

1.5.3 扩展面换热器33

1.5.4 再生器42

1.6 按照流动方式分类49

1.6.1 单流程换热器51

1.6.2 多流程换热器58

1.7 按照传热机理分类66

综述66

参考文献66

习题68

第2章 换热器设计方法概述71

2.1 换热器设计方法71

2.1.1 流程以及设计说明73

2.1.2 热力及水力设计75

2.1.3 机械设计79

2.1.4 制造考虑因素以及费用估算82

2.1.5 权衡因素84

2.1.6 优化设计85

2.1.7 其他的要求85

2.2 各种设计要求之间的相互关系85

综述86

参考文献86

习题86

问答题87

第3章 间壁式换热器热力设计基本理论88

3.1 热学和电学的形式类似89

3.2 换热器变量和热力回路90

3.2.1 传热分析的假设91

3.2.2 问题陈述92

3.2.3 基本定义95

3.2.4 热力回路和UA97

3.3 ε—NTU法103

3.3.1 换热器有效度ε104

3.3.2 热容量比C＊107

3.3.3 传热单元数NTU108

3.4 有效度和传热单元数的关系110

3.4.1 逆流换热器111

3.4.2 其他流动布置的换热器117

3.4.3 ε—NTU结果的解释120

3.4.4 流对称122

3.5 P—NTU法127

3.5.1 温度效率P139

3.5.2 传热单元数NTU139

3.5.3 热容量比R140

3.5.4 总P—NTU函数关系140

3.6 P—NTU关系式141

3.6.1 平行逆流换热器、壳侧流体混合、1-2 TEMA E型壳体141

3.6.2 多流程换热器147

3.7 平均温差法168

3.7.1 对数平均温差168

3.7.2 对数平均温差修正系数169

3.8 不同流动布置方式的系数172

3.8.1 逆流换热器172

3.8.2 顺流换热器173

3.8.3 其他基本流动布置方式173

3.8.4 换热器阵列和多流程182

3.9 ε—NTU、P—NTU和平均温差方法的比较187

3.9.1 尺寸和校核问题的求解187

3.9.2 ε—NTU方法188

3.9.3 P—NTU方法189

3.9.4 平均温差方法189

3.10 ψ—P和P1—P2法190

3.10.1 ψ—P法190

3.10.2 P1—P2法190

3.11 确定换热器有效度的求解方法192

3.11.1 精确分析方法193

3.11.2 近似方法193

3.11.3 数值方法193

3.11.4 矩阵法193

3.11.5 链式规则方法学193

3.11.6 流动反向对称194

3.11.7 一种流体混合的换热器有效度求解规则195

3.12 换热器设计问题196

综述199

参考文献199

习题200

问答题205

第4章 间壁式换热器热设计的附加考虑因素209

4.1 传热表面轴向热传导效应209

4.1.1 C＊＝0的换热器212

4.1.2 单程逆流式换热器213

4.1.3 单程顺流式换热器215

4.1.4 单流道非混合交叉流式换热器215

4.1.5 其他的单程换热器216

4.1.6 多程换热器216

4.2 总的传热系数不一致的情况220

4.2.1 温度效应224

4.2.2 长度效应225

4.2.3 综合效应226

4.3 扩展表面换热器的附加考虑因素233

4.3.1 薄壁翅片的分析234

4.3.2 翅片效率245

4.3.3 翅片效能260

4.3.4 扩展表面效率261

4.4 管壳式换热器的附加考虑问题263

4.4.1 壳侧流体的旁通和泄漏264

4.4.2 个别换热器流道中不等传热面积268

4.4.3 有限数量的折流板269

综述270

参考文献270

习题271

问答题273

第5章 蓄热式换热器的热设计理论278

5.1 热传递分析278

5.1.1 蓄热式换热器传热分析的假设278

5.1.2 重要参数的定义和描述280

5.1.3 控制方程282

5.2 ε—NTU0法285

5.2.1 量纲为一组285

5.2.2 内部旋转和阀门切换频率的影响289

5.2.3 对流传导率（hA）＊290

5.2.4 逆流蓄热式换热器中的ε—NTU0290

5.2.5 顺流蓄热式换热器中的ε—NTU0法293

5.3 Λ—∏法305

5.3.1 ε—NTU0法和Λ—∏法的比较309

5.3.2 逆流蓄热式换热器的解312

5.3.3 顺流蓄热式换热器的解313

5.4 纵向壁热传导的影响316

5.5 横向热传导的影响323

5.6 压力和夹带泄漏的影响327

5.7 蓄热板的材料、尺寸和布置的影响334

综述339

参考文献340

习题340

问答题343

第6章 换热器压降分析345

6.1 引言345

6.1.1 压降的重要性345

6.1.2 流体输送装置346

6.1.3 换热器压降的主要组成347

6.1.4 压降分析的假设348

6.2 扩展面换热器压降348

6.2.1 板翅式换热器348

6.2.2 管翅式换热器357

6.3 蓄热器的压降358

6.4 管壳式换热器压降358

6.4.1 管束358

6.4.2 管壳式换热器358

6.5 板式换热器压降361

6.6 流体分布元件产生的压降363

6.6.1 管损失363

6.6.2 突然膨胀与收缩损失364

6.6.3 弯管损失367

6.7 压降表达式375

6.7.1 压降数据的量纲为一表达式375

6.7.2 压降数据的有量纲表达式376

6.8 几何形状和流体性能产生的压降380

综述381

参考文献381

习题382

问答题383

第7章 表面基本传热和流动特性386

7.1 基本概念387

7.1.1 边界层387

7.1.2 流动类型389

7.1.3 自由对流和强制对流398

7.1.4 基本定义398

7.2 量纲为一组400

7.2.1 流体流动402

7.2.2 传热404

7.2.3 量纲为一表面特性函数407

7.3 表面特性实验方法408

7.3.1 Kays和London的稳态法409

7.3.2 威尔逊绘图法417

7.3.3 瞬态测试方法422

7.3.4 摩擦因子的确定427

7.4 简单几何形状下传热与摩擦因子分析解和半经验关联式429

7.4.1 完全发展流430

7.4.2 水力发展流452

7.4.3 热力发展流454

7.4.4 同时发展流459

7.4.5 扩展的雷诺比拟461

7.4.6 j—Re绘图的局限性463

7.5 复杂几何形状下传热和摩擦因子的试验关联式463

7.5.1 管束464

7.5.2 板式换热器表面466

7.5.3 板翅式扩展表面467

7.5.4 管翅式扩展表面470

7.5.5 回热器表面474

7.6 流体参数随温度变化的影响480

7.7 叠加自然对流的影响482

7.7.1 水平圆管483

7.7.2 竖直圆管485

7.8 叠加辐射的影响487

7.8.1 液体作为参与介质487

7.8.2 气体作为参与介质488

综述493

参考文献494

习题498

问答题502

第8章 换热面的几何特征510

8.1 管式换热器510

8.1.1 顺排布置510

8.1.2 错排布置512

8.2 管翅式换热器515

8.2.1 圆管圆形翅片516

8.2.2 圆管平直翅片518

8.2.3 管翅式换热器的一般几何关系519

8.3 板翅式换热器520

8.3.1 错位条式翅片换热器520

8.3.2 波状百叶窗式翅片换热器525

8.3.3 板翅表面的一般几何关系528

8.4 连续柱状通道的回热器529

8.5 弓形折流板管壳式换热器532

8.5.1 管数计算532

8.5.2 缺口和交叉流截面几何结构533

8.5.3 旁流以及漏流面积536

8.6 密封板式换热器540

综述541

参考文献541

习题542

第9章 换热器设计程序544

9.1 流体的平均温度544

9.1.1 满足C＊≈0的换热器545

9.1.2 逆流和交叉流换热器546

9.1.3 多通道换热器547

9.2 板翅式换热器548

9.2.1 校核问题548

9.2.2 尺寸设计问题558

9.3 管翅式换热器570

9.3.1 传热面几何特征570

9.3.2 传热计算570

9.3.3 压降计算570

9.3.4 芯体质量流速方程571

9.4 板式换热器571

9.4.1 设计的极限情况571

9.4.2 PHE校核和尺寸设计的唯一性574

9.4.3 校核一台PHE576

9.4.4 一台PHE的尺寸设计583

9.5 管壳式换热器583

9.5.1 传热和压降计算584

9.5.2 校核流程587

9.5.3 近似设计方法594

9.5.4 更严格的热力设计方法597

9.6 换热器的优化602

综述605

参考文献605

习题606

问答题607

第10章 换热器及其组件的选择611

10.1 基于运行参数的选择标准611

10.1.1 工作压力和温度612

10.1.2 成本612

10.1.3 结垢与清洁616

10.1.4 流体泄漏与污染616

10.1.5 流体与材料的兼容性616

10.1.6 流体类型618

10.2 主要换热器类型的一般选择指南618

10.2.1 管壳式换热器618

10.2.2 板式换热器631

10.2.3 扩展面换热器632

10.2.4 回热器表面637

10.3 一些定量分析637

10.3.1 筛选法638

10.3.2 性能评价标准650

10.3.3 以热力学第二定律为基础的评价标准659

10.3.4 基于成本评价的选择标准659

综述661

参考文献662

习题663

问答题667

第11章 热力模型及分析670

11.1 引言670

11.1.1 作为系统一部分的换热器672

11.1.2 换热器作为一个部件672

11.2 基于热力学第一定律的换热器建模673

11.2.1 逆流和顺流换热器的温度分布673

11.2.2 换热器有效度的真实含义678

11.2.3 顺流和逆流换热器的温差分布681

11.2.4 交叉流换热器的温度分布682

11.3 换热器内的不可逆性687

11.3.1 有限温差引起的熵产689

11.3.2 和流体掺混有关的熵产691

11.3.3 流动阻力引起的熵产694

11.4 热力不可逆性和温度交叉现象695

11.4.1 最大熵产695

11.4.2 外部温度交叉和流体掺混的类比697

11.4.3 对1-2 TEMA J型管壳式换热器的热力分析699

11.5 评估换热器的效率的探索性方法703

11.6 换热器分析和优化中的能、？和成本平衡706

11.6.1 温度—焓率变化表707

11.6.2 基于能量平衡的分析709

11.6.3 基于能量或焓和成本率平衡的分析713

11.6.4 基于？率平衡的分析715

11.6.5 评价换热器性能的热力学性能系数717

11.6.6 核算换热器的？损失的成本720

11.7 基于热力学第二定律的性能评价标准724

综述728

参考文献729

习题731

问答题732

第12章 流动分布不均和管箱的设计736

12.1 由换热器几何形状导致的流动分布不均736

12.1.1 总体流动分布不均737

12.1.2 流道间的流动分布不均748

12.1.3 集箱诱导的流体分布不均759

12.2 运行条件引起的流动分布不均762

12.2.1 流动不稳定的液体冷却器763

12.2.2 稳定流动条件下的流动分布不均768

12.3 减轻流动分布不均的办法769

12.4 管箱和集箱的设计770

12.4.1 倾斜式管箱772

12.4.2 正交管箱776

12.4.3 集箱776

综述777

参考文献778

习题780

问答题783

第13章 污垢和腐蚀787

13.1 污垢及其对换热器传热和压降的影响787

13.2 污垢的现象学思考790

13.2.1 污垢生成机理790

13.2.2 单相液侧污垢794

13.2.3 单相气侧污垢794

13.2.4 紧凑式换热器中的污垢795

13.2.5 污垢中的连续过程795

13.2.6 污垢过程建模797

13.3 污垢热阻的设计方法803

13.3.1 污垢热阻和总体传热系数的计算803

13.3.2 污垢对于换热器传热性能的影响804

13.3.3 污垢热阻的经验数据808

13.4 污垢的阻止和缓释812

13.4.1 液侧污垢的阻止与控制812

13.4.2 气侧污垢的阻止与减弱813

13.4.3 清洁措施814

13.5 换热器的腐蚀815

13.5.1 腐蚀的类型816

13.5.2 换热器中的腐蚀区域817

13.5.3 腐蚀的控制818

综述819

参考文献820

习题820

问答题823

附录826

附录A 热物性826

附录B 液体耦合式换热器中ε—NTU的关系式831

附录B所参考的文献832

附录C 两相中的传热和压降关系式833

C.1 相变时压降关联式833

C.2 冷凝时的传热关联式836

C.3 沸腾时的传热关联式836

附录C所参考的文献838

附录D 多种换热器中的U值和CUA值839

换热器或与换热器有关的参考文献847

参考书目（按题目排列）852