四第四章传热

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1、第一节第一节 概概 述述 返回第四章第四章 传传 热热 一、传热过程的应用一、传热过程的应用（1 1）物料的加热或冷却）物料的加热或冷却（2 2）热量与冷量的回收利用）热量与冷量的回收利用 （3 3）设备与管路的保温）设备与管路的保温中因盾党胡棵钡差说秩漓廓挛烃戳锌挡砚救闯舰弟超刹责槛祟腐抽棱辕厨四第四章传热四第四章传热7/25/20241二、传热的基本方式二、传热的基本方式 （一）热传导（一）热传导 气体气体 分子做不分子做不规则热规则热运运动时动时相互碰撞的相互碰撞的结结果果 固体固体 导电导电体：自由体：自由电电子在晶格子在晶格间间的运的运动动 非非导电导电体：通体：通过过晶格晶格结结构

2、的振构的振动实现动实现 液体液体 机理复杂机理复杂特点：特点：静止介质中的传热，静止介质中的传热，没有物没有物质质的宏的宏观观位移位移郸跪磕鹿撮称赎袄岩澈斌山轴荣扒徊缘茫雨杏郡绪晚木围遗差庸六逾悟轰四第四章传热四第四章传热7/25/20242（二）热对流（二）热对流 （三）热辐射（三）热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。 自然自然对对流流：由于流体内温度不同造成的浮升力：由于流体内温度不同造成的浮升力 引起的流动。引起的流动。 强强制制对对流流：流体受外力作用而引起的流动。：流体受外力作用而引起的流动。 能量能量转转移移、能量形式的能量形式

3、的转转化化 不需要任何物不需要任何物质质作媒介作媒介 特点：特点：流动介质中的传热，流动介质中的传热，流体作流体作宏宏观观运动运动敏蒙积娄淘誉炽漂芳漾鹏氮降腮荧涡熄榴涧伴褥恃挣蜂跨耐苯顿文揣恳汾四第四章传热四第四章传热7/25/20243三、两流体通过间壁换热过程三、两流体通过间壁换热过程 冷流体冷流体t1t2热流体热流体T1T2（一）间壁式换热器（一）间壁式换热器夹套式换热器夹套式换热器夏羹恒蝎骇界岗渡斌骗腔梦燥雏助咖圈陶瞬逻涨跟秩刊膏毕芝靶愉成瑞犊四第四章传热四第四章传热7/25/20244传热速率传热速率Q（热流量）：单位时间内通过换热器的（热流量）：单位时间内通过换热器的整个传热面传递

4、的热量，单位整个传热面传递的热量，单位 J/s或或W。热流密度热流密度q （热通量）（热通量） ：单位时间内通过单位传：单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位热面积传递的热量，单位 J/(s. m2)或或W/m2。（二）传热速率与热流密度（二）传热速率与热流密度屎蛋于宛留凡骋盼馒位怎粗钡墅储暴呼会坏嘿毡波绎烂坟邹丑块墩颠贞颓四第四章传热四第四章传热7/25/20245非稳态传热非稳态传热 （三）稳态与非（三）稳态与非稳稳态传热态传热 稳态传热稳态传热 血粘桂贩石芥眩檀屑涎甭茁眯逆迟石赁圭远戳垮谤呸债养肄岸鞠丛替剿锭四第四章传热四第四章传热7/25/20246（四）两流体通过间壁的传热过程（

5、四）两流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流对流对流 传导传导冷冷流流体体Q热热流流体体稳态传热：稳态传热：貌疾消贾飞唇溅绎颇盈威洞绘事哪谤汽晾捐倔杉弥处顶梭耳啤叫豹豫贱察四第四章传热四第四章传热7/25/20247式中式中 tm两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，或或K； A传热面积，传热面积，m2； K总传热系数，总传热系数，W/(m2)或或W/(m2K)。（五）总传热速率方程（五）总传热速率方程辣兔妊渺阿攀淖车勤瘦甫恐声桓医凄灌儿诫帘棵沼敏资搬骡磺锹媳瓦付咒四第四章传热四第四章传热7/25/20248一、傅立叶定律一、傅立叶定律温度温度场场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。

6、：某时刻，物体或空间各点的温度分布。 （一）温度场和等温面（一）温度场和等温面非非稳稳态态温度温度场场 稳态温度场稳态温度场 等温面等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点 组成的面。组成的面。 第二节第二节 热传导热传导不同温度的等温面不相交不同温度的等温面不相交。吗葛喇雨段桂答崇诛贡羊款踌动查职赖耻虱彬厢彭剁锅楚膛祖幼屡污租颓四第四章传热四第四章传热7/25/20249（二）温度梯度（二）温度梯度 n n xt+ ttxQ 方向：法线方向，以温度增加的方向为正。方向：法线方向，以温度增加的方向为正。浓刘翁差厦警阶世贫拨仓盾叫都救缨宅哗祭钝阵擒冷贵蜕

7、茬枢晋噪乒魂履四第四章传热四第四章传热7/25/202410（三）傅立叶定律（三）傅立叶定律式中式中 dQ 热传导速率，热传导速率，W或或J/s； dA 导热面积，导热面积，m2； t/ n 温度梯度，温度梯度，/m或或K/m； 导热系数，导热系数，W/(m)或或W/(mK)。 负号表示传热方向与温度梯度方向相反负号表示传热方向与温度梯度方向相反戮付恢岸菜挡仔观夯弃经篮慰芬析疆来丢摹前李舜瓢茁迄住剐崩赠蔓课庐四第四章传热四第四章传热7/25/202411二、热导率二、热导率 在数值上等于单位温度梯度下的热通量在数值上等于单位温度梯度下的热通量 = f(结构结构, 组成组成, 密度密度, 温度温

8、度, 压力）压力） 金属固体金属固体 非金属固体非金属固体 液体液体 气体气体 表征材料导热性能的表征材料导热性能的物性物性参数参数待伍经春伺乓脸藤眷诛湛增奉分袍硒驹持来笆唁硷淄愉柜蓉能鸽拆窃沼抬四第四章传热四第四章传热7/25/2024121.1.固体热导率固体热导率 金属材料金属材料 10102 W/(mK) 建筑材料建筑材料 10-110 W/(mK) 绝热材料绝热材料 10-210-1 W/(mK)在一定温度范围内：在一定温度范围内：对大多数金属材料对大多数金属材料a 0 ， t 蓉遏朝樊弦壮皑蔗胀结氨厘郊谜人募锥改健权侍晓散淆怎忍罚彩飞旗瘦帕四第四章传热四第四章传热7/25/2024

9、132.2.液体热导率液体热导率 金属液体金属液体 较高，非金属液体较高，非金属液体 低；低； 非金属液体水的非金属液体水的 最大；最大； 水和甘油：水和甘油：t ， 其它液体：其它液体：t ，0.090.6 W/(mK)般搁艺诀液痹咳淳难输绚贷烽铬另立账著息绰赔趋孜茶礁划阻凝歉仟咎氓四第四章传热四第四章传热7/25/2024143.3.气体热导率气体热导率 t ， 一般情况下，一般情况下， 随随p的变化可忽略；的变化可忽略； 气体不利于导热，有利于保温或隔热。气体不利于导热，有利于保温或隔热。0.0060.4 W/(mK)癣萨帘奈拷翻敛诌淌瞥幕杯政皆立皑冈滁袁集挽歪扰徘击况蛹耪资咨邀才四第四

10、章传热四第四章传热7/25/202415t1t2btxdxQ三、平壁的稳态热传导三、平壁的稳态热传导 （一）单层平壁热传导一）单层平壁热传导 假设：假设：材料均匀，材料均匀， 为常数；为常数；一维温度场，一维温度场，t沿沿x变化；变化； A/b很大，忽略端损失。很大，忽略端损失。华怎逮呜登落爬脑瞒盒嫂拂耙浊瘩艰吐恳萝蓟鹅挝蓄稗炙左嗽未轧幼熬禄四第四章传热四第四章传热7/25/202416积分：积分：斥植政愁三筋笺吵目绵夷渤遣忍湾厚较楷翼厅景笺给映逾册央冷设氰扣丑四第四章传热四第四章传热7/25/202417 （二）多层平壁热传导二）多层平壁热传导假设：假设：各层接触良好，接触面各层接触良好，接

11、触面两侧温度相同。两侧温度相同。t1t2b1txb2b3t2t4t3涛妙近解刃尖裁总既匹首霸策茅果擎呈揍力吟灸晨洛屎西满菠腑满芜梅螺四第四章传热四第四章传热7/25/202418各层的温差各层的温差宰融竞狗戚嘶冕怖暗浇能衰格何怀莲允栗搐孕说壳靳呻尤屎园祷又垦拌彰四第四章传热四第四章传热7/25/202419结论：结论： 多层平壁热传导，总推动力为各层推动力之和，多层平壁热传导，总推动力为各层推动力之和，总热阻为各层热阻之和；总热阻为各层热阻之和； 各层温差与热阻成正比。各层温差与热阻成正比。推广至推广至n层：层： 缸喀罕耕碱燃够袒柑球虐锋画罢膳螟氦疯谱你糕蜘篷壁耀徽定薛枯萎哆鉴四第四章传热四第

12、四章传热7/25/202420四、圆筒壁的稳态热传导四、圆筒壁的稳态热传导 （一）单层圆筒壁的热传导一）单层圆筒壁的热传导 特点特点：(1)传热面积随半径传热面积随半径变化，变化， A=2 rl(2) 一维温度场，一维温度场，t沿沿r变化。变化。解按躇洼蒸曙釜甘撑擞厨尾腑亏心旁浚物扬镊哭群俐鸦量查株亚诊胞旗兄四第四章传热四第四章传热7/25/202421在半径在半径r处取处取dr同心薄层圆筒同心薄层圆筒积分积分浆敛矫雀议邓夹未华孟奸瀑妨轧颜咀肖约呸乍屉源赡成搽仕伎鹤硼座论澜四第四章传热四第四章传热7/25/202422讨论：讨论：对数平均面积对数平均面积热阻热阻令令对数平均半径对数平均半径乐杉

13、峭受度弦颐组何栅遇合狭豌束权控笑坞沿担货佩滩冶忘四牢辑姆旺锥四第四章传热四第四章传热7/25/202423一般一般 时，时，秀岛器餐闪域陕枝烧淹奋傀肪哇悔页播愁巧鳃垂铰迷饮端前葱北籍掣妒筏四第四章传热四第四章传热7/25/202424 （二）多层圆筒壁的热传导二）多层圆筒壁的热传导勉胸涵么蒸均迹能码嘛搬吃镑纳侥相步议凸摔制苟氮壹伤吓桌办晒橇丧抑四第四章传热四第四章传热7/25/202425三层：三层：n层圆筒壁：层圆筒壁： 瘁隐舵猿城亿吗丽贝恤瞧算户堤寺励呸堤阁掉抛蛔们介亦蝗裹走庄酞鞘沛四第四章传热四第四章传热7/25/202426一、对流传热过程一、对流传热过程第三节第三节 对流传热对流传热

14、dAqm2， t2qm1，T1qm2，t1 qm1， T2左踌铁吮出健传蛤棠叁猖苏巳娄钉极舱侵皆蝉撰嚼牲润竹康幸塔寡唇蜜挨四第四章传热四第四章传热7/25/202427ttWTWTA2A1传热壁传热壁冷流体冷流体热流体热流体 T tl 湍流主体湍流主体温度梯度小，热对流为主温度梯度小，热对流为主l 层流内层层流内层温度梯度大，热传导为主温度梯度大，热传导为主l 过渡区域过渡区域热传导、热对流均起作用热传导、热对流均起作用榷衷泡疟笺谤事浙胸醇狮灰幼碱犁滥辰糖唉骄酱荧沛锦侨敏腻恳丈竖笺妥四第四章传热四第四章传热7/25/202428式中式中 Q 对流传热速率，对流传热速率，W； 1 、 2 热、冷

15、流体的对流传热系数，热、冷流体的对流传热系数， W/(m2K)； T 、TW、t、tW 热、冷流体的热、冷流体的平均平均温度及温度及 平均平均壁温，壁温，。 冷流体：冷流体：热流体：热流体：牛顿冷却定律牛顿冷却定律慧崖梢髓红炙繁爱股埂阂颐猿仑颗棕戮氧狱害弯摄硒介烈条络艰挝辽博框四第四章传热四第四章传热7/25/202429（一）影响因素（一）影响因素2.引起流动的原因引起流动的原因自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。 强制强制 自然自然 二、对流传热系数的影响因素

16、二、对流传热系数的影响因素1.1.流动状态流动状态 湍流湍流 层流层流 欣最姜购侗河盈驱裔恶拴躲爪登蓬宗介允仗量皇突藐亿犹悄匝蜂痘踊诛屠四第四章传热四第四章传热7/25/202430自然对流的产生：自然对流的产生：设设 热处：热处：t2， 2； 冷处冷处：t1， 1 体积膨胀系数，体积膨胀系数，1/ C.或或而而得：得：或或粉帆函逼吼欠倔沟芬魔痕填遣哼钱臼唐瞅氰炬帘川怔炯厕成监痴用魔幽鞋四第四章传热四第四章传热7/25/202431由温度差而产生的单位体积的升力：由温度差而产生的单位体积的升力：加热板加热板冷却板冷却板铆披下墒峨扫妮虞妖萨缠担加值辜谣君褥琅拟拜貉薄备敏辊昔灿淄筛咳隔四第四章传热

17、四第四章传热7/25/2024325. 是否发生相变是否发生相变 相变相变 无相变无相变4. 传热面的形状，大小和位置传热面的形状，大小和位置 形状形状管、板、管束等；管、板、管束等； 大小大小管径、管长、板厚等；管径、管长、板厚等； 位置位置管子的排列方式，垂直或水平放置。管子的排列方式，垂直或水平放置。3.流体的物性流体的物性 ，cp 肇桃报杆闽匀粟熬娩土产煌乍婿凸假撩鞘谎盖赎礼棕夷目梧笋旋挤屈壕痰四第四章传热四第四章传热7/25/202433三、对流传热的特征数关系式三、对流传热的特征数关系式变量数变量数 8 8个个基本因次基本因次 4个：长度个：长度L L，时间，时间T T，质量，质量

18、M M，温度，温度 无量纲特征数无量纲特征数（8-48-4）=4=4无相变时无相变时冉准闭丙镁嘶派镁干狼密宰刨单崭德渤灌稍均浑睹对买突勿约忘壳紊傈备四第四章传热四第四章传热7/25/2024341. 努塞尔特努塞尔特（Nusselt ）数）数表示对流传热系数的特征数表示对流传热系数的特征数2. 雷诺雷诺（Reynolds）数）数反映流体的流动状态反映流体的流动状态对对流传热的影响对对流传热的影响防缚奉兽惩粹略俐岛嫁媒玛潞欢削目硒凤浆索泉紊罚酿拌化逝误尤吟潘爷四第四章传热四第四章传热7/25/2024353. 普兰普兰特（特（Prandtl）数）数反映流体的物性对对流传反映流体的物性对对流传热的

19、影响热的影响4. 格拉斯霍夫（格拉斯霍夫（Grashof）准数）准数表示自然对流表示自然对流对对流传热对对流传热的影响的影响一般形式：一般形式：Nu=f (Re, Pr, Gr)简化：强制对流简化：强制对流 Nu=f (Re, Pr) 自然对流自然对流 Nu=f (Pr, Gr)蛛沼阶盛瞧迸泞鞘问福擅誓毒征鸿刊冠门滁蒙春乒矫津腥订桂咆抵兢慑惋四第四章传热四第四章传热7/25/202436使用准数关联式时注意：使用准数关联式时注意：1. 应用范围应用范围2. 特征尺寸特征尺寸3. 定性温度定性温度强制对流强制对流自然对流自然对流无相变无相变有相变有相变蒸汽冷凝蒸汽冷凝液体沸腾液体沸腾棒恩糯疥针粤

20、信膘吱仇然张臭阂忍夏佩固溉节材妒詹湘胖苍甚规骤艳猪段四第四章传热四第四章传热7/25/202437四、无相变时四、无相变时对流传热系数的经验关联式对流传热系数的经验关联式（一）流体在管内作强制对流（一）流体在管内作强制对流1. 圆形直管内的强制湍流圆形直管内的强制湍流流体被加热流体被加热 n=0.4流体被冷却流体被冷却 n=0.3（1）应用范围：）应用范围：Re 104, Pr=0.7160, L/d 60, 气体或低粘度的液体（气体或低粘度的液体（ 2 水水）（2）定性温度：流体进出口的算术平均）定性温度：流体进出口的算术平均 值值（3）特征尺寸：管内径）特征尺寸：管内径仔效抵窃挝蔚迪卖囱抓

21、栏哇醚奶青使膏僚句屈紫袭怠忍机攀熏虫铣擒铂支四第四章传热四第四章传热7/25/202438讨论：讨论：（1）加热与冷却的差别：）加热与冷却的差别：液体液体气体气体蜒疤抱排寓掺沦梦预钝档俩氢前蝶则佩稼篆蓝腊捻渤徊拴停至遮厨伊旅果四第四章传热四第四章传热7/25/202439物性一定时：物性一定时：（2）影响因素：）影响因素：闯藉霍瞄萨耕粟逼狼楼刽源镶魔酣桅灾舔抑皂塞溃迭晕油乍猿痰画肇救糜四第四章传热四第四章传热7/25/202440公式修正：公式修正：（1）当）当L/d 2 水水）工程处理：工程处理：加热：加热：冷却：冷却：樊杯园硼霓粱皿岔悉鹅滇朵严清删敛买瑶针清诈聘问颓铂欣贯肯捉黄琼赋四第四章

22、传热四第四章传热7/25/202441（3） 弯管弯管（4）非圆形管道非圆形管道用当量直径计算。用当量直径计算。父雄抱育率鹰吊制伟市毛贞侣摆谋惮用毖色俊诡屿新京爵扇点拴唬多埠没四第四章传热四第四章传热7/25/2024422. 圆形直管内流体处于过渡区时的对流传热系数圆形直管内流体处于过渡区时的对流传热系数 2300 Re 104昏堕沂无线亨巩肢昨冠佩直竖纲帚拯劫磨焚棍谍晌立爷菠水斌椭淆傣腐栓四第四章传热四第四章传热7/25/2024433. 圆形直管内强制层流圆形直管内强制层流（1）随热流方向不同，随热流方向不同，速度分布情况不同；速度分布情况不同；（2）自然对流造成了自然对流造成了径向流动

23、，强化了对径向流动，强化了对流传热过程。流传热过程。对于液体对于液体碳杰慎张司谜澄洼厂坯半仗淫捍每厅辉委硕漠醇裸勘眉核携汝谗津吴慑恿四第四章传热四第四章传热7/25/202444 自然对流可以忽略：自然对流可以忽略： Gr 25000乘校正因子：乘校正因子： 适用范围：适用范围：定性温度：定性温度：特征尺寸：管内径特征尺寸：管内径妊河套竹牌袖级册曼芝脑拘灭许骂门垃丑赠凄铭鹊至乾烯惯勿学惰豺席厘四第四章传热四第四章传热7/25/202445（二）流体在管外强制对流传热（二）流体在管外强制对流传热1. 流体在管束外垂直流过流体在管束外垂直流过匀汲党窝阑旁债怒横澳穷日护坍鱼恿企荚逼字间合蓟储棍醛担胆

24、需元萝赦四第四章传热四第四章传热7/25/202446 应用范围：应用范围：Re=500070000; x1/d=1.25; x2/d=1.25 特征尺寸：管外径；流速取各排最窄通道处特征尺寸：管外径；流速取各排最窄通道处 定性温度：进、出口温度平均值定性温度：进、出口温度平均值Nu=C Ren Pr0.4平均对流传热系数：平均对流传热系数：看爪妖绸饲柴片湖糟渣踌敢投突悯掂持穿沪贩需冷旨尼镊疯剔茸姿劫鬼快四第四章传热四第四章传热7/25/2024472流体在换热器管间的流动流体在换热器管间的流动折流挡板形式：圆缺形、圆环形折流挡板形式：圆缺形、圆环形慌牺鞍甜培稻牢剖苔险棠质找稠妥住抠磷乓肆噶攻

25、募沸怎硬表出谰蔽蝉殆四第四章传热四第四章传热7/25/202448设置折流挡板目的设置折流挡板目的：增加壳程流体的湍动程度，进而提高壳程的增加壳程流体的湍动程度，进而提高壳程的 。圆缺形折流挡板：圆缺形折流挡板： 定性温度：定性温度：应用范围：应用范围：Re=2103106虱针饼猿渴矫调辙阶燥隧自囊洞貌壕讣棵九馒邹匈洛涡颗滴缀柜堵谎锈滩四第四章传热四第四章传热7/25/202449正方形排列正方形排列：正三角形排列：正三角形排列：特征尺寸特征尺寸：（：（1）当量直径当量直径ded0tt钉雕胖畸袋摇澳搓无穴彪践毖涪躇椿舟辽泅猪床荆练谊剐伟臆得坛校竞冶四第四章传热四第四章传热7/25/202450

26、（2）流速）流速u按流通截面最大处的截面计算：按流通截面最大处的截面计算：式中式中 h两块折流挡板间距离，两块折流挡板间距离，m； D换热器壳径，换热器壳径，m；抑迸锗佛耍烛两捻嗜呜氟览搂膛殆琉急厄柑阎减灭驶杖塔均暮遵垛泽蛛顽四第四章传热四第四章传热7/25/202451（三）自然对流时的对流传热系数（三）自然对流时的对流传热系数定性温度：膜温定性温度：膜温（tm+tw）/2特征尺寸：垂直的管或板为高度特征尺寸：垂直的管或板为高度H 水平管为管外径水平管为管外径d0各种情况下的各种情况下的C C、n n值及特征尺寸不同。值及特征尺寸不同。 黔鸥递瘸遣夯轮瞬到双切渐饭绦汽纫跺阂歪沪勘揪般磷颁无耻

27、锭舷豺摘绍四第四章传热四第四章传热7/25/2024521. 蒸汽冷凝方式蒸汽冷凝方式五、流体有相变时的对流传热五、流体有相变时的对流传热 滴滴 膜膜 （1）膜状冷凝）膜状冷凝（2）滴状冷凝）滴状冷凝冷凝过程的热阻冷凝过程的热阻冷凝液膜冷凝液膜（一）蒸汽冷凝时的对流传热（一）蒸汽冷凝时的对流传热奇存籍率拜糖盯蔽协蔑耕烈瞥透热导配秃氢或航商澡蚤伦彪褥磊假藩来奄四第四章传热四第四章传热7/25/2024532. 膜状冷凝时的对流传热系数膜状冷凝时的对流传热系数（1）水平管束外）水平管束外定性温度：定性温度：t tS Sr r，其它，其它膜温膜温 n水平管束在垂直列上的管数水平管束在垂直列上的管数r

28、比汽化热比汽化热娜邮昏原役契键入畸悉纠虽画铸谋搂盲障油免树正挂焕酌兴离共童弹削柔四第四章传热四第四章传热7/25/202454（2）蒸汽在垂直管外（或垂直板上）冷凝蒸汽在垂直管外（或垂直板上）冷凝qm冷凝液量，冷凝液量，kg/sM冷凝负荷，冷凝负荷，kg/s.m断阑鲍灶漏舅裤麻眼撰峻梳需捂搅早桓需础俭摸拙狸希嗣急招急焰霉桨矛四第四章传热四第四章传热7/25/202455层流层流Re1800湍流湍流特性尺寸：管或板高特性尺寸：管或板高H定性温度：膜温定性温度：膜温 汾懂愉曙极让翱海租阐卞须蛰悦磨趴捏淀容蝶送翌愈堆滤悔匆程厦父薪脊四第四章传热四第四章传热7/25/2024563.影响因素和强化措施

29、影响因素和强化措施(1) 液体物性液体物性 ， ， r (2) 不凝气体不凝气体 不凝气体不凝气体存在，导致存在，导致 ，需定期排放。，需定期排放。(3)蒸汽流速与流向蒸汽流速与流向 （u10m/s ） 同向时，同向时， t ， ；反向时，；反向时， t ， ； u ，(4) 蒸汽过热蒸汽过热 r=r+cp(tv-ts) 影响较小影响较小羌噎匪览仟涸隐渣闷应西更相案留杜顿棺长舰柄啊河请路吻栏霓蝉拘涟糟四第四章传热四第四章传热7/25/202457(5) 强化措施：强化措施： 目的：减少冷凝液膜的厚度目的：减少冷凝液膜的厚度 水平管束：减少垂直方向上管数，采用错列；水平管束：减少垂直方向上管数，

30、采用错列；垂直板或管：开纵向沟槽，或在壁外装金属丝。垂直板或管：开纵向沟槽，或在壁外装金属丝。镇亢慰邮搀办缘谭车喜寸遵池某孙求苯财悼杯纠接广婉帆赖夸浅游钒锈味四第四章传热四第四章传热7/25/202458（二）液体沸腾时的对流传热（二）液体沸腾时的对流传热大容积沸腾大容积沸腾 管内沸腾管内沸腾1. 沸腾现象沸腾现象在粗糙加热面的细小凹缝处：在粗糙加热面的细小凹缝处：汽化核心汽化核心 生成汽泡生成汽泡 长大长大 脱离壁面脱离壁面新新汽泡形成汽泡形成搅动液层搅动液层画乌毒宠忿殃浪逝肄爸缆目恬霓刁嫁片躬宅梭斑变禹鲜须及瞬轩墒越惺冉四第四章传热四第四章传热7/25/202459沸腾必要条件沸腾必要条件

31、： 过热度过热度 t=t=（t tt ts s）00 存在汽化核心存在汽化核心 推动力推动力 （twts） 沸腾三个阶段：沸腾三个阶段：自然对流、核状沸腾、膜自然对流、核状沸腾、膜状沸腾状沸腾 工业上采用工业上采用核状沸腾核状沸腾 大，大，tW小小水沸腾曲线水沸腾曲线奖富刚铃汁奇缄留拨崖飘帜患滦概仓茬裤茄构阶氛扫神埃圭裙统革左躇呢四第四章传热四第四章传热7/25/2024602. 影响因素及强化措施影响因素及强化措施（1）液体的性质）液体的性质 （2）温度差）温度差 核状沸腾阶段核状沸腾阶段: t2.5， t （3）操作压力）操作压力昌苏厘辉炎褒制蔚售貌悼蛛安描沤镀操能咖禄歪裕虹鬼抽和吕伶棒频

32、挂庇四第四章传热四第四章传热7/25/202461（4）加热面）加热面 新的、洁净的、粗糙的加热面，新的、洁净的、粗糙的加热面， 大大 （5）强化措施）强化措施 表面粗糙化：将表面腐蚀，烧结金属粒；表面粗糙化：将表面腐蚀，烧结金属粒； 加表面活性剂（乙醇、丙酮等）加表面活性剂（乙醇、丙酮等）蕾月蝇胸洞绿砾殴蔗髓扁珍堕刃亩渤誓容阳喳粥几育姬郊涸押娩蚀翻镁铲四第四章传热四第四章传热7/25/202462 第四节第四节 传热过程计算传热过程计算返回总传热速率方程总传热速率方程式中式中 Q传热速率，传热速率，W； tm两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，； A传热面积，传热面积，m2； K总传热系

33、数，总传热系数，W/(m2) 。陡肖锦力武新库巡猎兜中九吁棕岁萝让耻坊褪业犀庐见尽塌雕宗忧渡造君四第四章传热四第四章传热7/25/202463（一）恒温传热（一）恒温传热（二）变温传热（二）变温传热 tm与流体流向有关与流体流向有关一、传热平均温度差一、传热平均温度差逆流逆流并流并流错流错流折流折流喊危瘸鞍绣炬投枣牵衡逞苗克烷唇魔译医考颈紫等姆赃蒙音呸渔恕莎路毙四第四章传热四第四章传热7/25/2024641. 逆流与并流逆流与并流t2t1T1T2t1t2T1T2 t2tAt1T2T1逆流逆流 t2tAt1T2T1并流并流富御聚交狮讨晶寒脓烩淋拇蝇扰蚀嚏密傅军捡匙竿站沮蜗扰至仓梧狈胞忍四第四章

34、传热四第四章传热7/25/202465以逆流为例推导以逆流为例推导 tm假设：（假设：（1）稳态流动，）稳态流动，qm1、 qm2为常数；为常数； （2）cp1、cp2为常数；为常数； （3）K沿管长不变化；沿管长不变化； （4）热损失忽略不计。）热损失忽略不计。AT2t1t2T1dTdtdA t2 t1 t=T-t对于微元：对于微元：钧虫绚现稳闰昆鹤巍砂抢檄寝玲炸耀骤逮杠武胎扔筒朵浪摸剿尧尔冻仟舍四第四章传热四第四章传热7/25/202466T1T2t2t1Q而而葡暂展粳棍抡谈颗缅和邱闲冤泄弥蹿励址恍席趁吻敖槛畦舔寻充唐宛联舌四第四章传热四第四章传热7/25/202467 逆流、并流均适用；

35、逆流、并流均适用； 当当 t2/ t12，则可用算术平均值。，则可用算术平均值。对数平均温度差对数平均温度差巷店化待摘慷趁觅硝虽夜细迅鹏硒烃通劝兑汕输枣像攘援灿厉杏蝉眨傻涪四第四章传热四第四章传热7/25/2024682. 错流与折流错流与折流查图查图 1 tm 0.9若若 0.8，温差损失大，传热不稳定；，温差损失大，传热不稳定； 应改变流型应改变流型颗蘑卫凉夯伯饯慢刹棕冶琼花锤勤鲜孽狡举侵遂画疫罚龙克官档锈瓦钩兽四第四章传热四第四章传热7/25/202469（三）流向的选择（三）流向的选择1. 所需传热面积所需传热面积 逆流优于并流。逆流优于并流。蜜伤帅丧乔鸳铀众莹熊咐铬苇寝银叫帝煞版矫搅

36、翌帅剂同萎郡怜梨苏命愤四第四章传热四第四章传热7/25/2024702. 载热体消耗量载热体消耗量t1t2T1T1T2并并T2逆逆加热任务：加热任务：t1t2（T2并并）min=t2（T2逆逆）min=t1 逆流优于并流。逆流优于并流。踩栈秀券嗡简门羔懈藻冻穿肺押遍勇冻秃搐扭内盔椭耍拧投菜捏获蠢涌袋四第四章传热四第四章传热7/25/2024713. 温度差分布温度差分布逆流时的温度差分布更均匀。逆流时的温度差分布更均匀。T2并流并流T1t1t2t1t2T1T2逆流逆流4. 并流操作适用于热敏性物料、粘稠物料等的加热，并流操作适用于热敏性物料、粘稠物料等的加热， 或生产工艺要求温度不能过高或过低

37、的场合。或生产工艺要求温度不能过高或过低的场合。弃袒生脐腆赣铣沮徐亭边笺蓑止詹党娜娟移恐龙谋果唱孟农迁蒸伞情谆延四第四章传热四第四章传热7/25/202472二、总传热系数二、总传热系数K总传热系数，总传热系数，W/(m2K)twTw管内对流管内对流管外对管外对流流导热导热冷冷流流体体热热流流体体tTdQdQ1dQ3dQ2（一）总传热系数（一）总传热系数计算计算汀蹦凶颓辣迁冬洛象紊搔壬梦叼汹钱贷练糟祸铜是抿鸵岂转徘余口岳迈庆四第四章传热四第四章传热7/25/202473管内对流管内对流 管外对流管外对流 管壁热传导管壁热传导稳态传热稳态传热 鞘殖说效邱搜砍遮钨机认肉抽丫轩吗膨绚右牙摈倪兔怀始丘

38、禽法鸦傣肯恨四第四章传热四第四章传热7/25/202474（1）平壁）平壁 dA=dA1=dA2=dAm讨论：讨论：（2）以外表面为基准）以外表面为基准 (dA=dA1) 匡紫决潭吸遭柞帚幂裳沮呼绥岗砾衷署呼块谚泼耻拖丑既梨溢茧签掩太许四第四章传热四第四章传热7/25/202475K1以外表面为基准以外表面为基准的总传热系数，的总传热系数，W/(m2.K)dm对数平均直径，对数平均直径，m以以内表面内表面为基准：为基准：d1/d2A计计 或或 Q换换 Q需要需要， 换热器合适。换热器合适。 喝珐三端昨乍应丧款冕第倦反倪泛凛腮邦酵忧沏浮洲斋闹讯杨哭才悠滦哄四第四章传热四第四章传热7/25/202

39、482二、操作型计算二、操作型计算（1）已知：换热器）已知：换热器A， qm1、T1， qm2 、t1 求：出口求：出口T2、t2（2）已知：换热器）已知：换热器A， qm1、T1， T2 、t1 求：求：qm2、 t2注意：列管式换热器中注意：列管式换热器中流通面积流通面积传热面积传热面积录蛮表琐渊瓷柯言磺钝恋嘘坡嘻窍咋料培俘测银肩铁轰屏触捷桓绵酷叉缴四第四章传热四第四章传热7/25/202483一、一、基本概念基本概念1. 辐射：物体通过辐射：物体通过电磁波来传递能量电磁波来传递能量的过程。的过程。2. 热辐射：物体由于热辐射：物体由于热的原因热的原因以电磁波的形式向以电磁波的形式向 外发

40、射能量的过程。外发射能量的过程。 特点：特点： 能量形式的转换能量形式的转换 不需要任何介质不需要任何介质第五节第五节 热热 辐辐 射射掸尊携炯教蜗驭弛偿糠觉屉富秆饶森润溶帜忧钻挑屿角情娶僵卜静擞震它四第四章传热四第四章传热7/25/202484Q Q Q NQ能量守恒定律：能量守恒定律： 吸收率吸收率 反射率反射率 穿透率穿透率 3. 物体对热辐射的作用物体对热辐射的作用总能量总能量Q；被物体吸收；被物体吸收Q ；被反射；被反射Q ；穿过物体；穿过物体Q 雄樱了摄叠乖奉云针燥宪闲涯婚寺庐靛埠跃之歹伊研币患劝择烦雅乏扼半四第四章传热四第四章传热7/25/202485 黑体：黑体：白体白体(镜体

41、镜体)：透热体：透热体：灰体：灰体：以相同的吸收率吸收所有波长辐射能的物体以相同的吸收率吸收所有波长辐射能的物体固体、液体：固体、液体： =0 + =1 气体：气体： =0 + =1弄捞屋蜜嘘腆嗡士界闷谓购膨烈傣锥缨墟匙屋旋江稻聊腆倘口倍迎贼符闽四第四章传热四第四章传热7/25/202486二、物体的辐射能力二、物体的辐射能力 物物体体在在一一定定温温度度下下，单单位位表表面面积积、单单位位时时间间内内所发射的所发射的全部辐射能全部辐射能(波长从波长从0到到 ), E表示表示, W/m2 黑体辐射黑体辐射常数常数, 5.669 10-8W/(m2 .K4)（一）黑体（一）黑体斯蒂芬斯蒂芬-波尔

42、茨曼定律波尔茨曼定律四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感Cb黑体辐射黑体辐射系数系数, 5.669W/(m2 .K4)型扳慎硅嘴情蜘档璃懈氛液柏寅鼠溜蒙洁煎碗甥劣昂浑般镰陡头儒衰埠椽四第四章传热四第四章传热7/25/202487 （二）实际物体（二）实际物体黑度：黑度： T2 1 2=1E1Eb（1- 1）Eb 1Eb 灰体灰体 黑体黑体 克希霍夫定律克希霍夫定律憾娟服握比典挠浅株倡昼蹭甩辐彰滴北由读澄恫挣佐圃泌僳钢恃盾超蓄揉四第四章传热四第四章传热7/25/202489 结论：结论：（1）物体的辐射能力越强，其吸收率越大）物体的辐射能力越强，其吸收率越大（

43、2） = 同温度下，物体的吸收率与黑度数值上相等同温度下，物体的吸收率与黑度数值上相等（3） ，E Eb在任何温度下、各种物体中以在任何温度下、各种物体中以黑体黑体的辐射能力为最大的辐射能力为最大贿死十避粟臻携嚏密驴恃和穆貉裹柿坪瓤憾涌僻遮甚挞粤杀净伴来鸭右夸四第四章传热四第四章传热7/25/202490（一）辐射传热速率（一）辐射传热速率四、四、两固体间的相互辐射两固体间的相互辐射两面积无限大的平行平板两面积无限大的平行平板两平面有限大的平行平板两平面有限大的平行平板肇冈排霉苇钨禽奄史弱较缀吼豫控沥说胜税靡衙练钠烽痉赊瘴舅萨会滤影四第四章传热四第四章传热7/25/202491 一物体被另一物

44、体包围一物体被另一物体包围若外围为黑体，若外围为黑体， 1=1 或或 A2 A1，则则 C1-2=C1=Cb 1隋悦组韵围颤茬务石睡针闯训凌雨才煤烹庙显集玉疗狂度笨五铬蠕蔫刊赛四第四章传热四第四章传热7/25/202492 1. 温度的影响温度的影响 T4；低温可忽略，高温可能成为主要方式；低温可忽略，高温可能成为主要方式 2. 几何位置的影响几何位置的影响 3. 表面黑度的影响表面黑度的影响 ，可通过改变，可通过改变 大小强化或减小辐射传热大小强化或减小辐射传热 4. 辐射表面间介质的影响辐射表面间介质的影响 减小辐射散热，在两换热面加遮热板（减小辐射散热，在两换热面加遮热板（ 小热屏）小热

45、屏）（二）影响辐射传热的主要因素（二）影响辐射传热的主要因素斑秒耕筐经央怨问炎撬五辱草惰唬栋碰验载食辈周尤琢炸侦漂讣变驼馅评四第四章传热四第四章传热7/25/202493五、高温设备及管道的热损失五、高温设备及管道的热损失对流：对流： 辐射：辐射： 令令 =1 总热损失：总热损失： T对流对流-辐射联合传热系数，辐射联合传热系数，W/(m2.K) 诌湖馈亩耘乐锡臆身写陈饶擞统要郎邵史丁怔柒颖洼钮要札欣冠搀俭嚎款四第四章传热四第四章传热7/25/202494（1）空气自然对流，）空气自然对流，tW5m/s 平壁保温层外平壁保温层外空气速度空气速度u 50 时时，需考虑，需考虑温度热温度热补偿补偿

46、。根据热补偿方式不同，列管式换热器分为：。根据热补偿方式不同，列管式换热器分为：挪铭悟敲四燎烙厉国德启态遵雪搀个无封厅国各掖起阎躬污您呸旅竹拔豁四第四章传热四第四章传热7/25/20241022. 浮头式浮头式特点：可完全消除热应力特点：可完全消除热应力,便于清洗和检修便于清洗和检修, 结构复杂结构复杂堆砷戒腹滩掇把暖郴饮醋款涤沽芭珍圈宝甫感友岳象生许湘壤特搭伸民箍四第四章传热四第四章传热7/25/20241033. U型管式型管式特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。菏丙孟眨猜操师备院糯炔郴臼张廊哎贺陈燕吕溢撕邯榨掀缘饯抬界去耪溶四第四章传热四第四章传热

47、7/25/2024104三、列管换热器的选用三、列管换热器的选用1. 根据工艺任务，计算热负荷根据工艺任务，计算热负荷2. 计算计算 tm3. 依据经验选取依据经验选取K，估算，估算A4. 确定冷热流体流经管程或壳程，选定确定冷热流体流经管程或壳程，选定u 先按单壳程多管程计算，如果先按单壳程多管程计算，如果 0.8，应增，应增加壳程数；加壳程数； 由由u和和qm估算单管程的管子根数，由管子根数估算单管程的管子根数，由管子根数和估算的和估算的A，估算管子长度，再由系列标准选适，估算管子长度，再由系列标准选适当型号的换热器。当型号的换热器。舰建总蓝谐今妙案聂洽撵潭尧癌采辖郸崭像铂纵拉舔蒲吐呸仲匆

48、吉耕示赌四第四章传热四第四章传热7/25/20241055. 核算核算K 分别计算管程和壳程的分别计算管程和壳程的 ，确定垢阻，求出，确定垢阻，求出K，并与估算的，并与估算的K进行比较。如果相差较多，进行比较。如果相差较多，应重新估算。应重新估算。6. 计算计算A 根据计算的根据计算的K和和 tm，计算，计算A，并与选定的换，并与选定的换热器热器A相比，应有相比，应有10%25%的裕量。的裕量。溃淌予罗型憋孔摹料俱迎接掌锗瑟锣膜袜淡牲芋严腔靛浅陌炙煤瞬奈徐颁四第四章传热四第四章传热7/25/2024106(1) 流体流程选择流体流程选择管程：管程：不清洁或易结垢、腐蚀性、压力高的流体不清洁或易

49、结垢、腐蚀性、压力高的流体壳程：壳程：饱和蒸汽、需要冷却、粘度大或流量小的流体饱和蒸汽、需要冷却、粘度大或流量小的流体原则：传热效果好，结构简单，清洗方便原则：传热效果好，结构简单，清洗方便(2) 流体流速的选择流体流速的选择u选择是经济权衡，要避免层流流动选择是经济权衡，要避免层流流动 u K ，在同，在同Q、 tm下下A ，节省设备，节省设备费费uHf ，操作费用增加，操作费用增加奥悸佯揖遗孝火洲旱乘羌抬扑做犬定耀枚株渝酱恢商纂柜纲陶典晒掀阴隋四第四章传热四第四章传热7/25/2024107(3) 换热器中管子的规格和排列方式换热器中管子的规格和排列方式管子的规格：管子的规格： 192mm

50、和和 252.5mm 管长：管长：1.5m、2.0m、3.0m、6.0m排列方式：排列方式：正三角形正三角形正方形直列正方形直列正方形错列正方形错列规挡惧宋侥茨爱俩炉烷哉烤珠氢滋疑闹紧茧孪舵嚎凌涛秀糟而羞撅纲叠灭四第四章传热四第四章传热7/25/2024108圆缺形圆缺形圆盘形圆盘形多管程：多管程：管内流体管内流体u 加挡板：加挡板：增大壳程流体的湍动增大壳程流体的湍动壳程壳程 尼疑性相朔缺沪掖勃踊漂鹤梧磐球景喝戌曰嘶苑兵架窘帧钮创宦阑尸敖踌四第四章传热四第四章传热7/25/2024109四、传热过程的强化途径四、传热过程的强化途径1. 增大增大 tm 加热剂加热剂T1 或冷却剂或冷却剂t1

51、两侧变温，尽量采用逆流两侧变温，尽量采用逆流强化传热，可强化传热，可 tm 、A/V 、K 2. 增大增大A/V 直接接触传热，可增大直接接触传热，可增大A 和湍动程度和湍动程度铀泽宫奸蕾究蠢含挤淖骄饱堤桔日黑刀彬滔柴碎梢漾供坝虚醒弥荔烷厢恶四第四章传热四第四章传热7/25/20241103. 增大增大K减小壁、污垢及两侧流体热阻中的主要热阻减小壁、污垢及两侧流体热阻中的主要热阻提高提高 较较小一侧有效小一侧有效 提高提高 的方法的方法( (无相变无相变) )： 增大流速增大流速多管程多管程 加扰流元件加扰流元件壳程加挡板壳程加挡板 改变传热面形状和增加粗糙度改变传热面形状和增加粗糙度界孵黄李

52、忿诱搜覆狗权托熊屯嘛位并乳珐狭雄叠钳肾郁收旁敞搭赵淀罩掺四第四章传热四第四章传热7/25/2024111五、新型的换热器五、新型的换热器（一）平板式换热器（一）平板式换热器球主将吏笼甄赞纂侵冻脱找擅抖服嗽浙畦贮圃颠椽的曰凭孤莉锭丈蝴植耸四第四章传热四第四章传热7/25/2024112增加刚性；提高湍动程度；增加增加刚性；提高湍动程度；增加A；易于液体均匀分布；易于液体均匀分布黄写撤屹佰抱款亢硫鼠慰鼎葡幸藤躯粥墟其房鳞疥楔双炳莫捻墅硅寿懒忧四第四章传热四第四章传热7/25/2024113优点：优点： 结构紧凑结构紧凑 操作灵活操作灵活 K大大缺点：缺点： 耐温、耐压差耐温、耐压差, 易漏易漏 处

53、理量小处理量小报翠稗体肆廉茁雇秀勉澄怜梆秒藏元往玩做磁魂腊坑最挪箱巡荚声贪恩施四第四章传热四第四章传热7/25/2024114（二）螺旋板式换热器（二）螺旋板式换热器晾坤上民泉谰不瓮役呼胁河刹搐郭姑蠢胎代工锁寸牺昧斗挥赎还丑朗克冗四第四章传热四第四章传热7/25/2024115优点：优点： 结构紧凑结构紧凑 不易结垢不易结垢,堵塞堵塞 K大大 保持逆流保持逆流, tm大大缺点：缺点： 压力压力,温度不能太高温度不能太高 难以维修难以维修应峰棋诀慷敷残诬惕尧舍塘蔡址烹史妓毅戌纤幽渡瞧分撮蛙秦辈今湿维孔四第四章传热四第四章传热7/25/2024116（三）板翅式换热器（三）板翅式换热器优点：优点：流体湍动程度高，流体湍动程度高，K大；大；结构紧凑，单位结构紧凑，单位体积的体积的A较大；较大；缺点：缺点： 易堵塞，清洗困难；易堵塞，清洗困难； 构造复杂构造复杂弃欺搔漾智倒呕芜黄甸玻慑泪菌翅髓白臆颜榨针时妈失场新字脑硷跟腆液四第四章传热四第四章传热7/25/2024117（四）翅片管换热器（四）翅片管换热器增加增加A，增强管外流体的湍动来提高，增强管外流体的湍动来提高 棠葫垃彦漏押咎恨凹咬恿纹簿件君涧耘篓匿牲珐吁细佛圃涨半滥闰营蓄课四第四章传热四第四章传热7/25/2024118