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1、1,第五章 传 热,5.2 热传导 5.2.1 平壁一维稳态热传导,5.2.2 圆筒壁的一维稳态热传导,2,一、单层圆筒壁的一维稳态热传导,常量 常量,传热速率,传热面积,热通量,平壁 圆筒壁,常量 随半径变,常量 随半径变,3,图5-6 单层圆筒壁的热传导,一、单层圆筒壁的一维稳态热传导,4,通过该薄圆筒壁的传热速率可以表示为,积分并整理得,微分式,积分式,一、单层圆筒壁的一维稳态热传导,5,可写成与单层平壁热传导速率方程相类似的形式,其中,圆筒壁的对数平均面积,一、单层圆筒壁的一维稳态热传导,6,或,圆筒壁的对数平均半径,一、单层圆筒壁的一维稳态热传导,7,二、多层圆筒壁的稳态热传导,假设
2、层与层之间接触良好，即互相接触的两表面温度相同。,图5-7 多层圆筒壁的热传导,8,热传导速率可表示为,对n层圆筒壁，其热传导速率方程可表示为,或,二、多层圆筒壁的稳态热传导,9,第五章 传 热,5.3 换热器的传热计算 5.3.1 热平衡方程,10,假设换热器绝热良好，热损失可以忽略不计，则在单位时间内换热器中热流体放出的热量必等于冷流体吸收的热量。,对于整个换热器，其热量衡算式为,热平衡方程,11,若换热器中两流体均无相变，且流体的定压比热容不随温度变化或可取流体平均温度下的值，,若换热器中流体有相变，例如饱和蒸气冷凝,热平衡方程,12,若换热器中流体有相变，例如饱和蒸气冷凝，且冷凝液在低
3、于饱和温度下离开换热器,热平衡方程,13,第五章 传 热,5.3 换热器的传热计算 5.3.1 热平衡方程,5.3.2 总传热速率微分方程和总传热系数,14,一、总传热速率微分方程,冷、热流体通过间壁换热的传热机理为对流-传导-对流的串联过程，对稳态传热过程，各串联环节的传热速率必然相等，即,或,15,根据串联热阻叠加原理，可得,上式两边均除以,一、总传热速率微分方程,16,令,则,同理可得,总传热速率微分方程,总传热速率微分方程,总传热速率微分方程,一、总传热速率微分方程,17,基于管内表面积的 局部总传热系数,基于平均表面积的 局部总传热系数,基于管外表面积的 局部总传热系数,一、总传热速
4、率微分方程,18,显然有,管内径,管外径,平均管径,工程上大多以外表面积为基准，故后面讨论中，除非特别说明，都是基于外表面积的总传热系数。,一、总传热速率微分方程,19,二、总传热系数,总传热系数K表示单位传热面积，冷、热流体单位传热温差下的传热速率，它反映了传热过程的强度。 K是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。 K的数值取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等，可通过计算、实验测定或查阅相关手册得到。,20,1.总传热系数的计算,设计中应考虑污垢热阻的影响,管壁外表面污垢热阻,管壁内表面污垢热阻,总传热系数计算式,二、总传热系数,21,提高总传热系数
5、途径的分析,总热阻=管内热阻+管内垢阻+壁阻+管外垢阻+管外热阻,壁阻,总热阻,管内热阻,管内垢阻,管外垢阻,管外热阻,二、总传热系数,22,若传热面为平壁或薄管壁,当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时,若,管壁外侧对流传热控制,二、总传热系数,23,若,管壁内侧对流传热控制,若,管壁内、外侧对流传热控制,相当,若管壁两侧对流传热热阻很小，而污垢热阻很大,污垢热阻控制,二、总传热系数,24,欲提高 值，强化传热，最有效的办法是减小控制热阻。,二、总传热系数,值总是接近且永远小于 中的小者。 当两侧对流传热系数相差较大时， 近似等于 中小者。,25,2.总传热系数的测定,对于已有的换热器，可以通过测定
6、有关数据，如设备的尺寸、流体的流量和温度等，然后由传热基本方程式计算值。显然，这样得到的总传热系数值最为可靠。,二、总传热系数,26,3.总传热系数的推荐值,附录二十中列出了管壳式换热器的推荐值，可供设计时参考。 在实际设计计算中，总传热系数通常采用推荐值。这些推荐值是从实践中积累或通过实验测定获得的。,二、总传热系数,27,在选用总传热系数的推荐值时，应注意以下几点： 设计中管程和壳程的流体应与所选的管程和壳程的流体相一致； 设计中流体的性质（黏度等）和状态（流速等）应与所选的流体性质和状态相一致； 设计中换热器的类型应与所选的换热器的类型相一致；,二、总传热系数,28,总传热系数的推荐值一般范围很大，设计时可根据实际情况选取中间的某一数值。若需降低设备费（减小换热面积）可选取较大的值；若需降低操作费（增大换热面积）可选取较小的值。,二、总传热系数,29,练 习 题 目,思考题,作业题: 3、4、5,1.什么叫热阻？试说明在多层平壁和多层筒壁热传导中应用热阻的优点。 2.换热器中总的传热热阻包括哪几部分 ？在强化传热中，如何有效地减小热阻？,
