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*1 本章小结 summarysummary *2 本章基本要求本章基本要求 n了解热传导的基本原理，掌握傅立叶定律及平 壁、圆筒壁的热传导计算； n了解对流传热基本原理、牛顿冷却定律及影响 对流传热的因素，掌握求解对流给热膜系数经 验关联式的用法、使用条件； n了解辐射传热的基本概念和两固体间辐射传热 量的计算； n熟练掌握传热过程计算，了解强化传热过程的 途径； n了解工业生产中常用的换热器类型、结构、特 点。 *3 （一）基本概念（一）基本概念 1. 三种热量传递方式： 热传导、热对流、热辐射 2. 定常态热传导 3. 傅立叶定律 单位时间内传热量为定值的传热。 一维定常态热传导过程，单位时间单位面 积上的热流量与法向温度梯度成正比。 *4 5.对流传热机理 4.传热速率传热推动力传热阻力 层流层：热传导，温差较大； 过渡层：热传导与对流传热共存， 温差变化逐渐减小； 湍流层：以对流传热为主，温差极小。 6.牛顿冷却定律 *5 （1）流体种类 7.影响传热膜系数的主要因素 （2）流体性质 （3）流体流型 （5）传热壁面的形状、位置等 （4）对流种类 8.表示对流给热关系的准数 对流传热膜系数 流动类型 自然对流影响特征 物性影响 *6 9.有关热辐射概念 吸收率a、反射率r、透过率d 黑体：a=1 a+r+d=1 透热体：d=1 镜体或白体：r=1 灰体：能部分吸收所有波长范围辐射能 10. 斯蒂芬-玻尔曼定律 表示单位时间单位黑体表面向外界辐射的总能量。 *7 11. 热交换 热能从热流体经过间壁传向冷流体的过程。 变温：传热过程中一侧或两侧流体温度沿传 热壁面随时间，位置不同而不同。 12. 恒温传热与变温传热 恒温：冷热流体在换热过程中温度始终不变 13. 逆流、并流、错流、折流 14. 强化传热途径 为什么工业生产中尽量采用逆流操作? *8 （二）基本公式（二）基本公式 1.单层平面壁的定态热传导 2. 多层平面壁的定态热传导 *9 3.单层圆筒壁的定态热传导 4.多层圆筒壁的稳态热传导 *10 5.流体无相变时强制对流传热膜系数关联式 6. 实际物体辐射能的计算 适用条件：re10000 pr=0.7-160 流体被加热时n=0.4，流体冷却时n=0.3 确定物性数据的定性温度取流体进出口 温度的算术平均值 *11 8.热流量方程 v 对于平面壁： v 对于圆筒壁： 7. 换热器的热量衡算方程 （ 1 1 ）传热面积）传热面积 a a 若管壁厚度可忽略，则圆筒壁可按平壁处理。 *12 换热器间壁两端处冷热流体温度差的对数平均值。 v 平面壁： v 圆筒壁： （ 2 2 ）传热系数）传热系数 k k （ 3 3 ）平均传热温差）平均传热温差 *13 （三）常用变量（三）常用变量 编号 符号表达含义标准量纲 1热流密度 2导热系数 3壁厚 4热流速率 5传热膜系数 6黑体的辐射系数 7辐射能 8总传热系数 *14 【习题1】在并流的热交换器中用水冷 却油。水的进出口温度分别为15和 40，油的进出口温度分别为150和 100。现要求油的出口温度降为80 ，设油、水的流量，进口温度及物性 均不变，若原换热器的管长为1米，试 求将此换热器的管长增加至若干米后 才能满足要求？（换热器的热损失可 忽略） *15 【解】 并流换热，l1m时： l延长后，需求出水的出口温度to： 根据热衡： *16 所以此换热器的管长增加至1.85米才能满足要求。 【习题2】温度为20比热为2.1kj/(kg)的 溶剂以50000kg/h的流率流过套管换热器内管 ，被加热至64，环隙内为170饱和水蒸气 冷凝。换热器内管直径10810mm，总长 12m，材料为钢，计算传热系数。如果将内管 改为15210mm的钢管，其他条件不变，求 所需管长。 假设两种情况下蒸汽冷凝膜系数 均为1000w/(m2k),液体在管内均为湍流，不 考虑污垢热阻及热损失。 钢的导热系数m=45w/(m)。 （以外表面计） （2）内管改为 的钢管 原工况： 现工况： 【解】(1) 由原工况可得： 解得： 则现工况： （以外表面计） 【习题3】有一套管热交换器，用热水加热空气，内管 为342mm的铜管，管内走空气，其流量为 w1kg/h,比热为cp1，需要从20加热到50 ，热 水走管外，流量为w2kg/h，比热为cp2，逆流操作 ，测得温度由100降到70。假设流体在管内和 管外流动为湍流流动。问： （1）在下列方程式中，四个温差t1、 t2、 t3 和t4是否相等, 为什么？ （2）如果流动方向改为并流时，其平均温度差 各为多少？两种流动换热欲达到同样温度，哪一 种流动方式需要的管子长？ （3）在传热过程中，水对壁的对流传热系数为1， 壁对空气的对流传热系数为2，传热系数为k。 问： 1、2 、k的值是否相等，为什么？ 若管内空气改为冷水，此时是否相等？ （4）当空气流量增加到2w1时，要达到同样加热温度， 提出以下三种方案，你认为哪种可行？哪种较好？ 管长增大一倍； 管子直径减小一倍； 管子改为非圆形管。 【解】（1 1） 因要保持一定的加热温度，所