[工学]化工原理第三章 传热学习要点

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1、 教学要求教学要求(1) 重点掌握重点掌握对流传热过程的基本原理及对流传热对流传热过程的基本原理及对流传热过程的计算方法；过程的计算方法；(2) 掌握掌握使用数学软件求解传热计算中复杂数学模使用数学软件求解传热计算中复杂数学模型的方法；型的方法；(3) 掌握掌握对流传热系数的计算公式及影响对流传热对流传热系数的计算公式及影响对流传热过程的主要因素；过程的主要因素；(4) 掌握掌握热传导、热辐射的基本原理及计算方法；热传导、热辐射的基本原理及计算方法； (5) 了解常用换热器。了解常用换热器。 3.1.13.1.1传热的基本形式传热的基本形式 ( Three kinds of heat tran

2、sferkinds of heat transfer )热传导热传导热传导热传导 ( (Heat conductionHeat conduction) )：由于物体内部微观粒子热运动而由于物体内部微观粒子热运动而由于物体内部微观粒子热运动而由于物体内部微观粒子热运动而引起的热量传递现象。（固体或静止流体中）引起的热量传递现象。（固体或静止流体中）引起的热量传递现象。（固体或静止流体中）引起的热量传递现象。（固体或静止流体中）热对流热对流热对流热对流 ( (Heat convectionHeat convection) )：由于温度不同的流体之间发生相由于温度不同的流体之间发生相由于温度不同的流

3、体之间发生相由于温度不同的流体之间发生相对位移而引起的热量传递现象。（流体流动中）对位移而引起的热量传递现象。（流体流动中）对位移而引起的热量传递现象。（流体流动中）对位移而引起的热量传递现象。（流体流动中）热辐射热辐射热辐射热辐射 ( (Heat radiationHeat radiation) ) ：温度不同的物体之间发射与吸收温度不同的物体之间发射与吸收温度不同的物体之间发射与吸收温度不同的物体之间发射与吸收电磁波的能量不同，从而引起热量传递现象。（任电磁波的能量不同，从而引起热量传递现象。（任电磁波的能量不同，从而引起热量传递现象。（任电磁波的能量不同，从而引起热量传递现象。（任何物体

4、中，高温条件下显著）何物体中，高温条件下显著）何物体中，高温条件下显著）何物体中，高温条件下显著）传热传热传热传热( (Heat transferHeat transfer) )是指由于温度差而引起的能量传递过程。是指由于温度差而引起的能量传递过程。是指由于温度差而引起的能量传递过程。是指由于温度差而引起的能量传递过程。自然对流：自然对流：自然对流：自然对流：温差导致密度差导致流体流动温差导致密度差导致流体流动温差导致密度差导致流体流动温差导致密度差导致流体流动强制对流：强制对流：强制对流：强制对流：外力强制流体流动外力强制流体流动外力强制流体流动外力强制流体流动3.1 概述概述 Genera

5、lization实际传热过程中，往往是多种传热形式的组合。实际传热过程中，往往是多种传热形式的组合。实际传热过程中，往往是多种传热形式的组合。实际传热过程中，往往是多种传热形式的组合。 需要提供热量：吸热过程，加热介质需要提供热量：吸热过程，加热介质需要提供热量：吸热过程，加热介质需要提供热量：吸热过程，加热介质需要撤出热量：放热过程，冷却介质（需要撤出热量：放热过程，冷却介质（需要撤出热量：放热过程，冷却介质（需要撤出热量：放热过程，冷却介质（P110 P110 表表表表3-13-1）物料温度变化：低温物料温度变化：低温物料温度变化：低温物料温度变化：低温高温高温高温高温物料相态变化：固态物

6、料相态变化：固态物料相态变化：固态物料相态变化：固态液态液态液态液态气态气态气态气态物料组成物理变化：溶解、混合物料组成物理变化：溶解、混合物料组成物理变化：溶解、混合物料组成物理变化：溶解、混合物料组成发生化学变化：吸热反应、放热反应物料组成发生化学变化：吸热反应、放热反应物料组成发生化学变化：吸热反应、放热反应物料组成发生化学变化：吸热反应、放热反应化工单元操作：精馏、吸收、干燥化工单元操作：精馏、吸收、干燥化工单元操作：精馏、吸收、干燥化工单元操作：精馏、吸收、干燥需要强化传热：加快传热速率，保证生产需求。需要强化传热：加快传热速率，保证生产需求。需要强化传热：加快传热速率，保证生产需求

7、。需要强化传热：加快传热速率，保证生产需求。需要消弱传热：减慢传热速率，减少能量损失，安全生产。需要消弱传热：减慢传热速率，减少能量损失，安全生产。需要消弱传热：减慢传热速率，减少能量损失，安全生产。需要消弱传热：减慢传热速率，减少能量损失，安全生产。3.1 概述概述 Generalization3.1.2 3.1.2 传热的用途传热的用途 ( Three kinds of heat transferkinds of heat transfer ) 3.1.3 3.1.3 传热速率传热速率（Rate of Heat FlowRate of Heat Flow ）1 1、传热速率（热流量）传热速

8、率（热流量）传热速率（热流量）传热速率（热流量）QQ 单位时间内通过传热面的热量，单位时间内通过传热面的热量，单位时间内通过传热面的热量，单位时间内通过传热面的热量，W(J/s)W(J/s)2 2、热通量（传热速度）热通量（传热速度）热通量（传热速度）热通量（传热速度）q q 单位传热面积的传热速率，单位传热面积的传热速率，单位传热面积的传热速率，单位传热面积的传热速率，W/mW/m2 2q = Q/Aq = Q/A3.1 概述概述 Generalization3 3、定态传热：定态传热：定态传热：定态传热：工艺参数只随位置变化不随时间变化的工艺参数只随位置变化不随时间变化的传传传传热热热热过

9、程。过程。 非定态传热：非定态传热：非定态传热：非定态传热：工艺参数不仅随位置变化也随时间变化工艺参数不仅随位置变化也随时间变化的的传热传热传热传热过程。过程。 关于导热系数关于导热系数关于导热系数关于导热系数 的说明：的说明：的说明：的说明：(1) (1) 导热系数是物质的物理性质，表征了物质导热能力，导热系数是物质的物理性质，表征了物质导热能力，导热系数是物质的物理性质，表征了物质导热能力，导热系数是物质的物理性质，表征了物质导热能力，即导热系数越大，物体导热性能越好；即导热系数越大，物体导热性能越好；即导热系数越大，物体导热性能越好；即导热系数越大，物体导热性能越好；(2) (2) 导热

10、系数与物质的种类、组成、结构、密度、温度、导热系数与物质的种类、组成、结构、密度、温度、导热系数与物质的种类、组成、结构、密度、温度、导热系数与物质的种类、组成、结构、密度、温度、 压力等因素有关；压力等因素有关；压力等因素有关；压力等因素有关；Page112-114Page112-114中图、表中图、表中图、表中图、表(3) (3) 一般来说物质导热系数大小顺序如下：一般来说物质导热系数大小顺序如下：一般来说物质导热系数大小顺序如下：一般来说物质导热系数大小顺序如下： 金属金属金属金属 非金属固体非金属固体非金属固体非金属固体 液体液体液体液体 绝热材料绝热材料绝热材料绝热材料 气体气体气体

11、气体3.2 热传导热传导 Heat Conduction 3.2.1 3.2.1 傅立叶定律傅立叶定律（Fouriers LawFouriers Law ） 3.2.2 3.2.2 单层平壁单层平壁 ( ( Heat conduction through slabsHeat conduction through slabs ) )1. 1. tt大大大大 or or R R小小小小 QQ大大大大 Q Q 一定：一定：一定：一定：R R大大大大 tt大大大大 tt一定：一定：一定：一定：R R大大大大 QQ小小小小 小小小小 or bor b大大大大 R R大大大大2. 2. 强化传热措施强化传

12、热措施强化传热措施强化传热措施(Q(Q ) ) (1) (1) 选择选择选择选择 较大的材料较大的材料较大的材料较大的材料 (2) (2) 降低固体壁厚降低固体壁厚降低固体壁厚降低固体壁厚 (3) (3) 增大传热面积增大传热面积增大传热面积增大传热面积 (4) (4) 增大温差增大温差增大温差增大温差3. 3.削弱传热措施削弱传热措施削弱传热措施削弱传热措施(Q(Q ) ) (1) (1) 选择选择选择选择 较小的材料较小的材料较小的材料较小的材料 (2) (2) 增加固体壁厚增加固体壁厚增加固体壁厚增加固体壁厚 (3) (3) 减少传热面积减少传热面积减少传热面积减少传热面积 (4) (4

13、) 降低温差降低温差降低温差降低温差 (5) (5)计算热损失或保温层的厚度计算热损失或保温层的厚度计算热损失或保温层的厚度计算热损失或保温层的厚度3.2 热传导热传导 Heat Conduction 3.2.3 3.2.3 多层平壁多层平壁 ( (Through multi-plane slabsThrough multi-plane slabs ) )2. 2. 总热阻为各层热阻之和，总温差为各层温差之和总热阻为各层热阻之和，总温差为各层温差之和总热阻为各层热阻之和，总温差为各层温差之和总热阻为各层热阻之和，总温差为各层温差之和3. 3. 传热速率一定：传热速率一定：传热速率一定：传热速率

14、一定：R Ri i大的壁层，大的壁层，大的壁层，大的壁层，tti i大大大大4. 4. 传热速率一定，各层壁厚相等：传热速率一定，各层壁厚相等：传热速率一定，各层壁厚相等：传热速率一定，各层壁厚相等： i i小的壁层，小的壁层，小的壁层，小的壁层， R Ri i大，大，大，大，tti i大大大大5. 5. 保温层的作用：降低能量损失，符合安全生产保温层的作用：降低能量损失，符合安全生产保温层的作用：降低能量损失，符合安全生产保温层的作用：降低能量损失，符合安全生产3.2 热传导热传导 Heat Conduction 1. 1. 3.3.1 3.3.1 对流传热过程的分析对流传热过程的分析 (

15、( Analysis for Convection heat transferAnalysis for Convection heat transfer ) )3.3 对流传热对流传热 Convection Heat Transfer对流传热对流传热对流传热对流传热 ( ( Convection Heat Transfer Convection Heat Transfer ) )指流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。指流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。指流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。指流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。 冷、热流体在固体壁面两侧流动过程中进行热量传递冷

16、、热流体在固体壁面两侧流动过程中进行热量传递冷、热流体在固体壁面两侧流动过程中进行热量传递冷、热流体在固体壁面两侧流动过程中进行热量传递* * 热量由热流体主流区传热至冷流体主流区的综合过程：热量由热流体主流区传热至冷流体主流区的综合过程：热量由热流体主流区传热至冷流体主流区的综合过程：热量由热流体主流区传热至冷流体主流区的综合过程：* * 两流体对壁面均为对流传热，固体壁面内为热传导两流体对壁面均为对流传热，固体壁面内为热传导两流体对壁面均为对流传热，固体壁面内为热传导两流体对壁面均为对流传热，固体壁面内为热传导* * 分别研究解决分别研究解决分别研究解决分别研究解决 3.3.2 3.3.2

17、 牛顿冷却定律牛顿冷却定律 ( ( Newton LawNewton Law ) )对流传热系数：对流传热系数： 对流传热系数在数值上等于单位温度差、单位传热面对流传热系数在数值上等于单位温度差、单位传热面对流传热系数在数值上等于单位温度差、单位传热面对流传热系数在数值上等于单位温度差、单位传热面积的对流传热速率，反映了对流传热的快慢。积的对流传热速率，反映了对流传热的快慢。积的对流传热速率，反映了对流传热的快慢。积的对流传热速率，反映了对流传热的快慢。 越大，表示对流传热速率越快。越大，表示对流传热速率越快。越大，表示对流传热速率越快。越大，表示对流传热速率越快。表表表表3 3-6 -6 值

18、的范围（值的范围（值的范围（值的范围（Page133Page133）换热方式换热方式空气自空气自然对流然对流空气强空气强制对流制对流水自然水自然对流对流水强制水强制对流对流有机蒸有机蒸气冷凝气冷凝水蒸气水蒸气冷凝冷凝水沸腾水沸腾 W/(m2K)525 30300200103250104300300050001.510415003104 自自自自 强强强强 气气气气 液液液液 无相变无相变无相变无相变 有机有机有机有机 冷凝液膜两侧的温度差：冷凝液膜两侧的温度差：冷凝液膜两侧的温度差：冷凝液膜两侧的温度差： = = f f ( ( t t-1/4-1/4) Q =) Q = A A tt 蒸气中

19、不凝气体（设置放气口，定期排不凝气体）蒸气中不凝气体（设置放气口，定期排不凝气体）蒸气中不凝气体（设置放气口，定期排不凝气体）蒸气中不凝气体（设置放气口，定期排不凝气体） 蒸气的流速和流向（降低液膜厚度或破坏液膜）蒸气的流速和流向（降低液膜厚度或破坏液膜）蒸气的流速和流向（降低液膜厚度或破坏液膜）蒸气的流速和流向（降低液膜厚度或破坏液膜） 饱和蒸气冷凝，上进下出饱和蒸气冷凝，上进下出饱和蒸气冷凝，上进下出饱和蒸气冷凝，上进下出 冷凝壁面的状态（破坏液膜）冷凝壁面的状态（破坏液膜）冷凝壁面的状态（破坏液膜）冷凝壁面的状态（破坏液膜） 过冷沸腾过冷沸腾过冷沸腾过冷沸腾：液体主体温度低于饱和温度。：

20、液体主体温度低于饱和温度。：液体主体温度低于饱和温度。：液体主体温度低于饱和温度。饱和沸腾饱和沸腾饱和沸腾饱和沸腾：液体主体温度略高于饱和温度，过热是产生：液体主体温度略高于饱和温度，过热是产生：液体主体温度略高于饱和温度，过热是产生：液体主体温度略高于饱和温度，过热是产生大量气泡的必要条件。（核状沸腾）大量气泡的必要条件。（核状沸腾）大量气泡的必要条件。（核状沸腾）大量气泡的必要条件。（核状沸腾）影响沸腾传热的因素影响沸腾传热的因素影响沸腾传热的因素影响沸腾传热的因素 液体的性质：液体的性质：液体的性质：液体的性质： , , , , 操作温度：控制在核状沸腾区操作温度：控制在核状沸腾区操作温

21、度：控制在核状沸腾区操作温度：控制在核状沸腾区 操作压强：操作压强：操作压强：操作压强：p p t ts s 加热壁面：壁面粗糙，有更多的汽化核心加热壁面：壁面粗糙，有更多的汽化核心加热壁面：壁面粗糙，有更多的汽化核心加热壁面：壁面粗糙，有更多的汽化核心 核状沸腾核状沸腾核状沸腾核状沸腾 最大，过冷沸腾和膜状沸腾最大，过冷沸腾和膜状沸腾最大，过冷沸腾和膜状沸腾最大，过冷沸腾和膜状沸腾 很小。很小。很小。很小。3.3.3 3.3.3 对流传热系数对流传热系数 ( (Convective heat transfer coefficientConvective heat transfer coeff

22、icient ) )3.3.3.5 3.3.3.5 液体沸腾液体沸腾液体沸腾液体沸腾3.3 对流传热对流传热 Convection Heat Transfer 3.4.1 3.4.1 热量衡算热量衡算 ( (HeatHeat balance balance ) )Q Qc c, , Q Qh h冷、热流体传热速率，冷、热流体传热速率，冷、热流体传热速率，冷、热流体传热速率，kWkWq qmcmc, , q qmhmh 冷、热流体质量流率，冷、热流体质量流率，冷、热流体质量流率，冷、热流体质量流率，kg/skg/sC Cpcpc, , C Cmhmh冷、热流体平均比热容，冷、热流体平均比热容，冷

23、、热流体平均比热容，冷、热流体平均比热容，kJ/(kgkJ/(kg) )T T1 1, ,T T2 2 热流体进、出口温度，热流体进、出口温度，热流体进、出口温度，热流体进、出口温度， t t1 1, , t t2 2 冷流体进、出口温度，冷流体进、出口温度，冷流体进、出口温度，冷流体进、出口温度，* * 注意各物理量单位的一致性注意各物理量单位的一致性注意各物理量单位的一致性注意各物理量单位的一致性(1) (1) 无相变无相变无相变无相变热流体：热流体：热流体：热流体：Q Qh h= = q qmhmhCCphph ( ( T T1 1 - T- T2 2 ) )3.4 传热过程的计算 Ca

24、lculation of heat TransitionCalculation of heat Transition冷流体：冷流体：冷流体：冷流体：Q Qc c= = q qmcmc C Cpcpc ( ( t t2 2 - t- t1 1 ) ) (2) (2) 有相变（饱和蒸气冷凝、饱和液体气化）有相变（饱和蒸气冷凝、饱和液体气化）有相变（饱和蒸气冷凝、饱和液体气化）有相变（饱和蒸气冷凝、饱和液体气化） (3) (3) 相变与非相变同时发生相变与非相变同时发生相变与非相变同时发生相变与非相变同时发生Q Qh hq qmhmhr rh h Q Qc cq qmcmcr rc c r r相变（

25、气化相变（气化相变（气化相变（气化 or or 冷凝）热冷凝）热冷凝）热冷凝）热，kJ/kgkJ/kgQ QT TQ Q相变相变相变相变+ Q+ Q无相变无相变无相变无相变 3.4.1 3.4.1 热量衡算热量衡算 ( (HeatHeat balance balance ) )3.4 传热过程的计算 Calculation of heat TransitionCalculation of heat Transition* * 针对具体对象灵活计算针对具体对象灵活计算针对具体对象灵活计算针对具体对象灵活计算* * 定态传热：定态传热：定态传热：定态传热： Q Qh h = = Q Qc c =

26、= Q Q * * 热量平衡关系，还与换热器的传热速率有关热量平衡关系，还与换热器的传热速率有关热量平衡关系，还与换热器的传热速率有关热量平衡关系，还与换热器的传热速率有关 基于管平均面积：基于管平均面积：基于管平均面积：基于管平均面积：基于管外表面积：基于管外表面积：基于管外表面积：基于管外表面积：基于管内表面积：基于管内表面积：基于管内表面积：基于管内表面积：3.4 传热过程的计算 Calculation of heat TransitionCalculation of heat Transition3.4.2 3.4.2 总传热系数总传热系数 ( (Overall heat transf

27、er coefficient Overall heat transfer coefficient )考虑污垢热阻：考虑污垢热阻：考虑污垢热阻：考虑污垢热阻： 关于总传热系数关于总传热系数关于总传热系数关于总传热系数 K K ，W/(mW/(m2 2K)K)* * 若不特殊说明，若不特殊说明，若不特殊说明，若不特殊说明，KK为基于管外表面积的总传热系数为基于管外表面积的总传热系数为基于管外表面积的总传热系数为基于管外表面积的总传热系数* * K K 为总传热系数，其数值越大，传热速率越快为总传热系数，其数值越大，传热速率越快为总传热系数，其数值越大，传热速率越快为总传热系数，其数值越大，传热速率

28、越快* 1/K* 1/K为总热阻，各个热阻之和为总热阻，各个热阻之和为总热阻，各个热阻之和为总热阻，各个热阻之和* K* K的来源：实验测定；计算的来源：实验测定；计算的来源：实验测定；计算的来源：实验测定；计算 i i , , o o后计算；查设计手册后计算；查设计手册后计算；查设计手册后计算；查设计手册* * KK的大致范围的大致范围的大致范围的大致范围( ( KK o o，则，则，则，则 1/K1/K11/ / o o，KKo o 若若若若 i i t t2 2 Q=qQ=qmhmhC Cphph(T(T1 1-T-T2 2) ) 逆流操作逆流操作逆流操作逆流操作T T2 2可以更低，或

29、可以更低，或可以更低，或可以更低，或t t2 2可以更高。可以更高。可以更高。可以更高。Q=qQ=qmcmcC Cpcpc(t (t2 2-t -t1 1) ) Q Q相同的情况下可相同的情况下可相同的情况下可相同的情况下可以节省换热介质的用量。以节省换热介质的用量。以节省换热介质的用量。以节省换热介质的用量。 t tmm逆逆逆逆 t tmm折折折折 t tmm并并并并QQ和和和和KK一定时，一定时，一定时，一定时，A A逆逆逆逆AQQ并并并并 3.4.4 3.4.4 对数平均温度差对数平均温度差( (Log-mean temperature differenceLog-mean temper

30、ature difference) )3.4 传热过程的计算 Calculation of heat TransitionCalculation of heat Transition 某侧流体为相变传热，温度不变，此时逆流、并流操作某侧流体为相变传热，温度不变，此时逆流、并流操作某侧流体为相变传热，温度不变，此时逆流、并流操作某侧流体为相变传热，温度不变，此时逆流、并流操作 t tmm逆逆逆逆= = t tmm并并并并，效果一样。，效果一样。，效果一样。，效果一样。 并流操作可以保证并流操作可以保证并流操作可以保证并流操作可以保证T T2 2 t t2 2 ，对热敏流体加热有保护作用。，对热敏

31、流体加热有保护作用。，对热敏流体加热有保护作用。，对热敏流体加热有保护作用。 折流的目的是增加折流的目的是增加折流的目的是增加折流的目的是增加KK，强化传热效果，代价是，强化传热效果，代价是，强化传热效果，代价是，强化传热效果，代价是 t tmm降低，降低，降低，降低，且流动阻力增加，故需综合考虑。且流动阻力增加，故需综合考虑。且流动阻力增加，故需综合考虑。且流动阻力增加，故需综合考虑。 * * * * 壁温总是接近壁温总是接近壁温总是接近壁温总是接近值较大一侧流体的温度。值较大一侧流体的温度。值较大一侧流体的温度。值较大一侧流体的温度。假设金属壁导热系数很大，假设金属壁导热系数很大，假设金属

32、壁导热系数很大，假设金属壁导热系数很大，T Tw w t tw w ，忽略热阻，忽略热阻，忽略热阻，忽略热阻3.4.5 3.4.5 壁温的估算壁温的估算（Temperature at the wallTemperature at the wall）3.4 传热过程的计算 Calculation of heat TransitionCalculation of heat TransitionA Ai iAAo o 3.4.6 3.4.6 传热过程的计算方法传热过程的计算方法（Calculation methodsCalculation methods）设计型计算设计型计算设计型计算设计型计算（

33、设计换热器设计换热器设计换热器设计换热器）已知：生产任务已知：生产任务已知：生产任务已知：生产任务( (工艺流体流量工艺流体流量工艺流体流量工艺流体流量q qmhmh、进出口温度、进出口温度、进出口温度、进出口温度T T1 1、T T2 2 ) )设计：设计：设计：设计： 选择换热介质及其进出口温度选择换热介质及其进出口温度选择换热介质及其进出口温度选择换热介质及其进出口温度(t (t1 1、t t2 2) ) 确定定性温度，查流体性质确定定性温度，查流体性质确定定性温度，查流体性质确定定性温度，查流体性质( (表格、共线图表格、共线图表格、共线图表格、共线图) ) 计算传热速率、换热介质流量

34、计算传热速率、换热介质流量计算传热速率、换热介质流量计算传热速率、换热介质流量(Q(Q、q qmcmc) ) 确定流体流向，确定流体流向，确定流体流向，确定流体流向，计算对数平均温度差计算对数平均温度差计算对数平均温度差计算对数平均温度差( ( t tmm) ) 计算对流传热系数和总传热系数计算对流传热系数和总传热系数计算对流传热系数和总传热系数计算对流传热系数和总传热系数( ( i i 、 o o 、K)K) 计算换热面积计算换热面积计算换热面积计算换热面积(A)(A) 选择换热器的形式和型号，或设计换热器选择换热器的形式和型号，或设计换热器选择换热器的形式和型号，或设计换热器选择换热器的形

35、式和型号，或设计换热器3.4 传热过程的计算 Calculation of heat TransitionCalculation of heat Transitionq qmhmhC Cphph(T(T1 1-T-T2 2)=q)=qmcmcC Cpcpc(t (t2 2-t -t1 1)=)=KA tm传热速率：传热速率：传热速率：传热速率：QQh h=Q=Qc c=Q=Q 操作型计算（对已有换热器进行校核，操作型计算（对已有换热器进行校核，操作型计算（对已有换热器进行校核，操作型计算（对已有换热器进行校核，A A一定）一定）一定）一定）1. 1. 换换换换热器已有，计算操作参数（计算两流体

36、出口温度）；热器已有，计算操作参数（计算两流体出口温度）；热器已有，计算操作参数（计算两流体出口温度）；热器已有，计算操作参数（计算两流体出口温度）；2. 2. 已知老工况的操作参数，改变工艺流体流量等，计算新已知老工况的操作参数，改变工艺流体流量等，计算新已知老工况的操作参数，改变工艺流体流量等，计算新已知老工况的操作参数，改变工艺流体流量等，计算新工况下操作参数。工况下操作参数。工况下操作参数。工况下操作参数。 I I 计算两流体出口温度；计算两流体出口温度；计算两流体出口温度；计算两流体出口温度； II II 计算换热介质流量及出口温度计算换热介质流量及出口温度计算换热介质流量及出口温度

37、计算换热介质流量及出口温度( (q qmcmc、t t2 2) ) 采用比例法采用比例法采用比例法采用比例法3.4.6 3.4.6 传热过程的计算方法传热过程的计算方法（Calculation methodsCalculation methods）3.4 传热过程的计算 Calculation of heat TransitionCalculation of heat Transition 补充例题（操作型）补充例题（操作型）3.4.6 3.4.6 传热过程的计算方法传热过程的计算方法（Calculation methodsCalculation methods）3.4 传热过程的计算 Cal

38、culation of heat TransitionCalculation of heat Transition 在逆流操作的单程列管换热器中，热空气在壳程流动，在逆流操作的单程列管换热器中，热空气在壳程流动，在逆流操作的单程列管换热器中，热空气在壳程流动，在逆流操作的单程列管换热器中，热空气在壳程流动，将水从将水从将水从将水从2525加热到加热到加热到加热到8585，其温度由，其温度由，其温度由，其温度由200200降低到降低到降低到降低到9393。 i i为为为为 2000W/(m 2000W/(m2 2)， o o为为为为 50W/(m50W/(m2 2)。流量调节范围内，。流量调节范

39、围内，。流量调节范围内，。流量调节范围内， i i变化不大，变化不大，变化不大，变化不大， o o与空气流速的与空气流速的与空气流速的与空气流速的0.80.8方成比例。由于生产任务的方成比例。由于生产任务的方成比例。由于生产任务的方成比例。由于生产任务的变化，水流量需增加变化，水流量需增加变化，水流量需增加变化，水流量需增加50%50%，两流体进口温度不变，新工况下，两流体进口温度不变，新工况下，两流体进口温度不变，新工况下，两流体进口温度不变，新工况下的操作结果如何。的操作结果如何。的操作结果如何。的操作结果如何。(1)(1)热空气流量不变，计算两流体的出口温热空气流量不变，计算两流体的出口

40、温热空气流量不变，计算两流体的出口温热空气流量不变，计算两流体的出口温度；度；度；度；(2)(2)水的进、出口温度不变，计算新工况下热空气流量及水的进、出口温度不变，计算新工况下热空气流量及水的进、出口温度不变，计算新工况下热空气流量及水的进、出口温度不变，计算新工况下热空气流量及出口温度。出口温度。出口温度。出口温度。(3) (3) 对比讨论两种操作方式。对比讨论两种操作方式。对比讨论两种操作方式。对比讨论两种操作方式。 3.4.6 3.4.6 传热过程的计算方法传热过程的计算方法（Calculation methodsCalculation methods）3.4 传热过程的计算 Calc

41、ulation of heat TransitionCalculation of heat Transition (1) (1)新工况新工况新工况新工况I I：原工况：原工况：原工况：原工况：Q=Q=q qmhmhC Cphph(T(T1 1-T-T2 2) = q) = qmcmcC Cpcpc(t (t2 2-t -t1 1)=KA)=KA t tmm (2) (2)200938525Q=qQ=qmhmhC Cphph(T(T1 1-T-T2 2) = 1.5q) = 1.5qmcmcC Cpcpc(t (t2 2-t-t1 1)=KA)=KA t tmm 比例法比例法比例法比例法预测预测

42、预测预测 T T、t t 、QQ变化趋势变化趋势变化趋势变化趋势 3.4.6 3.4.6 传热过程的计算方法传热过程的计算方法（Calculation methodsCalculation methods）3.4 传热过程的计算 Calculation of heat TransitionCalculation of heat Transition结论：水流量增加结论：水流量增加结论：水流量增加结论：水流量增加50%50%，若不调整空气流量，则空气出口，若不调整空气流量，则空气出口，若不调整空气流量，则空气出口，若不调整空气流量，则空气出口温度降低至温度降低至温度降低至温度降低至87.9487

43、.94，水的温度降低至，水的温度降低至，水的温度降低至，水的温度降低至66.8966.89。Q/Q = 1.047Q/Q = 1.047 3.4.6 3.4.6 传热过程的计算方法传热过程的计算方法（Calculation methodsCalculation methods）3.4 传热过程的计算 Calculation of heat TransitionCalculation of heat Transition (1) (1)原工况：原工况：原工况：原工况：q qmhmhC Cphph(T(T1 1-T-T2 2) = q) = qmcmcC Cpcpc(t (t2 2-t -t1 1

44、)=KA)=KA t tmm (2) (2)20093 8525K=48.78W/(mK=48.78W/(m2 2.K).K)新工况新工况新工况新工况IIII： q qmhmhCCphph(T(T1 1-T-T2 2) = 1.5q) = 1.5qmcmcC Cpcpc(t (t2 2-t -t1 1)=KA)=KA t tmm b= b=q qmhmh/ / q qmhmh (3) (3) t tmm=89.45=89.45 3.4.6 3.4.6 传热过程的计算方法传热过程的计算方法（Calculation methodsCalculation methods）3.4 传热过程的计算 Ca

45、lculation of heat TransitionCalculation of heat Transition结论：水流量增加结论：水流量增加结论：水流量增加结论：水流量增加50%50%，若要保证水出口温度不变，则传，若要保证水出口温度不变，则传，若要保证水出口温度不变，则传，若要保证水出口温度不变，则传热速率增加热速率增加热速率增加热速率增加50%50%，相应空气流量应增加，相应空气流量应增加，相应空气流量应增加，相应空气流量应增加60%60%。 3.5.1 3.5.1 概述概述（GeneralGeneral）辐射辐射辐射辐射：物体以电磁波的形式传递能量的过程。：物体以电磁波的形式传递

46、能量的过程。：物体以电磁波的形式传递能量的过程。：物体以电磁波的形式传递能量的过程。辐射能辐射能辐射能辐射能：辐射过程中传递的能量。：辐射过程中传递的能量。：辐射过程中传递的能量。：辐射过程中传递的能量。热辐射热辐射热辐射热辐射：因热的原因（温度差）引起的电磁波辐射。：因热的原因（温度差）引起的电磁波辐射。：因热的原因（温度差）引起的电磁波辐射。：因热的原因（温度差）引起的电磁波辐射。辐射传热辐射传热辐射传热辐射传热：不同物体间相互吸收和辐射能量的综合过程。：不同物体间相互吸收和辐射能量的综合过程。：不同物体间相互吸收和辐射能量的综合过程。：不同物体间相互吸收和辐射能量的综合过程。 (1) (

47、1) 自然界中任何物质在任何温度下都会向外界热辐射；自然界中任何物质在任何温度下都会向外界热辐射；自然界中任何物质在任何温度下都会向外界热辐射；自然界中任何物质在任何温度下都会向外界热辐射； (2) (2) 辐辐辐辐射传热的结果：高温物体向低温物体传递能量；射传热的结果：高温物体向低温物体传递能量；射传热的结果：高温物体向低温物体传递能量；射传热的结果：高温物体向低温物体传递能量； (3) (3) 辐射传热的特点：无需任何传递介质，可在真空中传递；辐射传热的特点：无需任何传递介质，可在真空中传递；辐射传热的特点：无需任何传递介质，可在真空中传递；辐射传热的特点：无需任何传递介质，可在真空中传递

48、； 辐射传热非常快，瞬间完成。辐射传热非常快，瞬间完成。辐射传热非常快，瞬间完成。辐射传热非常快，瞬间完成。 (4) (4) 热辐射与光辐射本质相同，服从反射定律与折射定律。热辐射与光辐射本质相同，服从反射定律与折射定律。热辐射与光辐射本质相同，服从反射定律与折射定律。热辐射与光辐射本质相同，服从反射定律与折射定律。3.5 幅射传热 Heat Radiation 根据能量守恒定律，投射在某物体上的总辐射能为：根据能量守恒定律，投射在某物体上的总辐射能为：根据能量守恒定律，投射在某物体上的总辐射能为：根据能量守恒定律，投射在某物体上的总辐射能为： 吸收率吸收率吸收率吸收率 反射率反射率反射率反射

49、率 透过率透过率透过率透过率3.5.1 3.5.1 概述概述（GeneralGeneral）Q = QQ = QA A + Q + QR R + Q + QD D A + R + D = 13.5 幅射传热 Heat Radiation黑体：黑体：黑体：黑体：A=1A=1、白体：、白体：、白体：、白体：R=1R=1、透热体：、透热体：、透热体：、透热体：D=1D=1、灰体：、灰体：、灰体：、灰体：D=0D=0大多数液体和固体都是灰体；大多数液体和固体都是灰体；大多数液体和固体都是灰体；大多数液体和固体都是灰体；D=0D=0、A+R=1A+R=1大多数气体：大多数气体：大多数气体：大多数气体：R

50、=0R=0、A+D=1 or D=1A+D=1 or D=1 3.5.2 3.5.2 辐射定律辐射定律 ( ( Radiation law Radiation law ) ) 黑度黑度黑度黑度 =E=E0 0/E/EC C 灰体的辐射系数灰体的辐射系数灰体的辐射系数灰体的辐射系数, W/m, W/m2 2KK4 4 * * 黑度是灰体幅射能力与黑体辐射能力的比值，小于黑度是灰体幅射能力与黑体辐射能力的比值，小于黑度是灰体幅射能力与黑体辐射能力的比值，小于黑度是灰体幅射能力与黑体辐射能力的比值，小于1 1；* * 黑度属于物质性质之一；（黑度属于物质性质之一；（黑度属于物质性质之一；（黑度属于物

51、质性质之一；（Page147 Page147 表表表表4-74-7）* * 黑度越大，说明该物质辐射能力越大，越接近黑体；黑度越大，说明该物质辐射能力越大，越接近黑体；黑度越大，说明该物质辐射能力越大，越接近黑体；黑度越大，说明该物质辐射能力越大，越接近黑体；* * 定律中辐射能为温度的四次方，温度越高，辐射能越大。定律中辐射能为温度的四次方，温度越高，辐射能越大。定律中辐射能为温度的四次方，温度越高，辐射能越大。定律中辐射能为温度的四次方，温度越高，辐射能越大。灰体辐射能：灰体辐射能：灰体辐射能：灰体辐射能：3.5 幅射传热 Heat Radiation黑体辐射能：黑体辐射能：黑体辐射能：黑

52、体辐射能：C C0 0 黑体的辐射系数黑体的辐射系数黑体的辐射系数黑体的辐射系数, 5.67 W/m, 5.67 W/m2 2KK4 4 3.5.3 3.5.3 两固体间辐射传热的计算两固体间辐射传热的计算 几何因素（角系数）几何因素（角系数）几何因素（角系数）几何因素（角系数） C C1 1-2 -2 总辐射系数总辐射系数总辐射系数总辐射系数* * 表表表表3-10 Page1483-10 Page148，记住，记住，记住，记住1 1、3 3、4 4情况情况情况情况* * 温差越大，辐射传热越大；温差越大，辐射传热越大；温差越大，辐射传热越大；温差越大，辐射传热越大；* * 辐射传热速率为温

53、度四次方，相同温差条件下，高温时辐射传热速率为温度四次方，相同温差条件下，高温时辐射传热速率为温度四次方，相同温差条件下，高温时辐射传热速率为温度四次方，相同温差条件下，高温时为传热的主要形式；为传热的主要形式；为传热的主要形式；为传热的主要形式；* * 材料的材料的材料的材料的 大，辐射能力高，宜用于大，辐射能力高，宜用于大，辐射能力高，宜用于大，辐射能力高，宜用于做做做做散热散热散热散热材料材料材料材料 材料的材料的材料的材料的 小，辐射能力低，宜用于小，辐射能力低，宜用于小，辐射能力低，宜用于小，辐射能力低，宜用于做做做做保温保温保温保温材料材料材料材料3.5 幅射传热 Heat Rad

54、iation 3.6 换热器 Heat exchanger按物料接触方式分：直接接触式、间壁式、蓄热式按物料接触方式分：直接接触式、间壁式、蓄热式按物料接触方式分：直接接触式、间壁式、蓄热式按物料接触方式分：直接接触式、间壁式、蓄热式按换热器形状分：板式、管式、热管式按换热器形状分：板式、管式、热管式按换热器形状分：板式、管式、热管式按换热器形状分：板式、管式、热管式 板式：夹套式、平板式、板翅式、螺旋板式板式：夹套式、平板式、板翅式、螺旋板式板式：夹套式、平板式、板翅式、螺旋板式板式：夹套式、平板式、板翅式、螺旋板式 管式：套管式、蛇形管式、列管式管式：套管式、蛇形管式、列管式管式：套管式、蛇形管式、列管式管式：套管式、蛇形管式、列管式 列管式列管式列管式列管式( (管壳式管壳式管壳式管壳式) )：固定管板式、浮头式、：固定管板式、浮头式、：固定管板式、浮头式、：固定管板式、浮头式、U U形管式形管式形管式形管式 为强化壳程换热：折流挡板为强化壳程换热：折流挡板为强化壳程换热：折流挡板为强化壳程换热：折流挡板 为强化管程换热：多管程为强化管程换热：多管程为强化管程换热：多管程为强化管程换热：多管程换热器设计：换热器设计：换热器设计：换热器设计：P157(1)、 (3)、(5)