传热及换热器学习课程

1、7.1.2 7.1.2 传热的三种基本方式传热的三种基本方式 一、热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又称导热。 特点：没有物质的宏观位移气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果固体 导电体：自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格结构的振动来实现的液体 机理复杂第1页/共145页第一页，编辑于星期日：九点 三十八分。二、对流流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。 三、热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。 自然对流 强制对流 能量转移、能量形式的转化 不需要任何物质作媒介 第2页/共145页第二页，编辑于星期日：

2、九点 三十八分。7.1.3 7.1.3 冷热流体的接触方式冷热流体的接触方式 一、直接接触式板式塔板式塔第3页/共145页第三页，编辑于星期日：九点 三十八分。 二、蓄热式优点：结构较简单耐高温缺点：设备体积大有一定程度的混合低温流体高温流体第4页/共145页第四页，编辑于星期日：九点 三十八分。三、间壁式 传热面为内管壁的表面积 套管换热器冷流体t1t2热流体T1T2第5页/共145页第五页，编辑于星期日：九点 三十八分。列管换热器传热面为壳内所有管束壁的表面积 热流体T1T2冷流体t1t2第6页/共145页第六页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.1.4 7.1.4 热载体及其选择热载体及

3、其选择 加热剂：热水、饱和水蒸气 矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等 用电加热冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等 冷却温度 30 水 加热温度 180 饱和水蒸气第7页/共145页第七页，编辑于星期日：九点 三十八分。热负荷Q：工艺要求，同种流体需要温升或温降时，吸收或放出的热量，单位 J/s或W。传热速率Q：热流量，单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位 J/s或W。热流密度q：热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位 J/(s. m2)或W/m2。7.1.5 7.1.5 间壁式换热器的传热过程间壁式换热器的传热过程一、基本概念第8页/共145页第八页，编辑于星期日：九点

4、 三十八分。非稳态传热 ,zyxftqQ 二、稳态与非稳态传热 稳态传热 zyxftqQ, 0 tAQq 式中 A总传热面积，m2。第9页/共145页第九页，编辑于星期日：九点 三十八分。冷流体管壁外侧管壁外侧管壁内侧管壁内侧热流体对流热传导对流)()()(321)3()2() 1 (QQQ三、冷热流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体第10页/共145页第十页，编辑于星期日：九点 三十八分。式中 K总传热系数，W/(m2)或W/(m2K)； Q传热速率，W或J/s； A总传热面积，m2； tm两流体的平均温差，或K。 总热阻总传热推动力KAttKAQ/1mm总传热速

5、率方程：稳态传热：QQQQ321第11页/共145页第十一页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.2 7.2 热传导热传导7.2.1 7.2.1 有关热传导的基本概念有关热传导的基本概念7.2.2 7.2.2 傅立叶定律傅立叶定律7.2.3 7.2.3 导热系数导热系数7.2.4 7.2.4 通过平壁的稳定热传导通过平壁的稳定热传导7.2.5 7.2.5 通过圆筒壁的稳定热传导通过圆筒壁的稳定热传导第12页/共145页第十二页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.2.1 7.2.1 有关热传导的基本概念有关热传导的基本概念,zyxft 式中 t 某点的温度，； x,y,z 某点的坐标； 时间。温度

6、场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。 (1)(1)温度场和等温面第13页/共145页第十三页，编辑于星期日：九点 三十八分。不稳定温度场 ,zyxft 稳定温度场 zyxft, 等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。 不同温度的等温面不相交。t1t2t1t2等温面Q0t第14页/共145页第十四页，编辑于星期日：九点 三十八分。(2)(2)温度梯度 ntnttgradn0limt+tt-ttnQdA 温度梯度是一个点的概念。 温度梯度是一个向量。 方向垂直于该点所在等温面，以温度增加的方向为正 一维稳定热传导dxdt /n方向是等温线的法线方向，沿着该方向单位长度上温度变化最

7、显著。第15页/共145页第十五页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.2.2 7.2.2 傅立叶定律傅立叶定律 ntAQdd式中 dQ 热传导速率，W或J/s； dA 导热面积，m2； t/n 温度梯度，/m或K/m； 导热系数，W/(m)或W/(mK)。第16页/共145页第十六页，编辑于星期日：九点 三十八分。 负号表示传热方向与温度梯度方向相反qQAtn dd 表征材料导热性能的物性参数 越大，导热性能越好 用热通量来表示 对一维稳态热传导 dxdtAQdd第17页/共145页第十七页，编辑于星期日：九点 三十八分。(2) 是分子微观运动的宏观表现。7.2.3 7.2.3 导热系数导热系

8、数 qtn/(1) 在数值上等于单位温度梯度下的热通量。 = f(结构,组成,密度,温度,压力）(3) 各种物质的导热系数金属固体 非金属固体 液体 气体 第18页/共145页第十八页，编辑于星期日：九点 三十八分。)1 (0at在一定温度范围内：式中 0, 0, t时的导热系数，W/(mK)； 温度系数。 对大多数金属材料 0 ， t ， 1)固体 金属：纯金属 合金 非金属：同样温度下，越大， 越大。第19页/共145页第十九页，编辑于星期日：九点 三十八分。2)液体 金属液体较高，非金属液体低，水的最大。 t ， （除水和甘油）3)气体 一般来说，纯液体的大于溶液 t， 气体不利于导热，

9、但可用来保温或隔热。第20页/共145页第二十页，编辑于星期日：九点 三十八分。 7.2.4 7.2.4 通过平壁的稳定热传导通过平壁的稳定热传导 一、一、 通过单层平壁的稳定热传导通过单层平壁的稳定热传导 假设：(1) A大，b小；(2) 材料均匀；(3)温度仅沿x变化，且不随时间变化。t1t2btxdxQxQx+dx第21页/共145页第二十一页，编辑于星期日：九点 三十八分。取dx的薄层，作热量衡算： QQx Actxx dxpd对于稳定温度场 t 0constQQQdxxx傅立叶定律： xtAQdd边界条件为： xtt01时，2ttbx 时，第22页/共145页第二十二页，编辑于星期日

10、：九点 三十八分。得： QdxAdtbtt012 设不随t而变 AbttttAbQ2121)(式中Q 热流量或传热速率，W或J/s； A 平壁的面积，m2； b 平壁的厚度，m； 平壁的导热系数，W/(m)或W/(mK)； t1,t2 平壁两侧的温度，。第23页/共145页第二十三页，编辑于星期日：九点 三十八分。讨论： QtR推动力热阻ttt()12RbA2分析平壁内的温度分布QdxAdtbtt012 上限由2ttbx 时，xxtt时，AQxttttAxQ11)(1可表示为推动力：热阻：为第24页/共145页第二十四页，编辑于星期日：九点 三十八分。 不随t变化， tx成呈线形关系。)1 (

11、0at3当随t变化时() /122若随t变化关系为：则tx呈抛物线关系。 如：1t1，2t2第25页/共145页第二十五页，编辑于星期日：九点 三十八分。 二、二、 通过多层平壁的稳定热传导通过多层平壁的稳定热传导 假设：(1) A大，b小；(2) 材料均匀；(3) 温度仅沿x变化，且不随时间变化。(4) 各层接触良好，接触面两侧温度相同。t1t2b11txb2b323t2t4t3第26页/共145页第二十六页，编辑于星期日：九点 三十八分。AbttAbttAbttQ334322321121总热阻总推动力iiiiiiiRttAbttAbt413141推广至n层： QttbAttRniiinni

12、in111111第27页/共145页第二十七页，编辑于星期日：九点 三十八分。三、各层的温差 ttttttbAbAbARRR122334112233123: 思考： 厚度相同的三层平壁传热，温度分布如图所示，哪一层热阻最大，说明各层的大小排列。t1t2t3t4312第28页/共145页第二十八页，编辑于星期日：九点 三十八分。 7.2.5 7.2.5 通过圆筒壁的稳定热传导通过圆筒壁的稳定热传导 一、一、 通过单层圆筒壁的稳定热传导通过单层圆筒壁的稳定热传导 假定：(1) 稳定温度场；(2) 一维温度场。第29页/共145页第二十九页，编辑于星期日：九点 三十八分。取dr同心薄层圆筒，作热量衡

13、算：trldrQQdrrr2对于稳定温度场 t 0constQQQdrrr傅立叶定律 QAtr ddrtrlrtAQdd2dd第30页/共145页第三十页，编辑于星期日：九点 三十八分。边界条件 rrtt11时，rrtt22时，得：Qdrrldtrrtt12122 设不随t而变 Ql ttrrl ttrr22112211221 ()ln()ln式中Q 热流量或传热速率，W或J/s； 导热系数，W/(m)或W/(mK)； t1,t2 圆筒壁两侧的温度，； r1,r2 圆筒壁内外半径，m。第31页/共145页第三十一页，编辑于星期日：九点 三十八分。讨论：1上式可以为写 1212211212122

14、1ln)(ln)()(2AAbAAttrrrrrrttlQ热阻推动力RtAbttm)(21Arl2brr21AAAAAm2121ln/对数平均面积第32页/共145页第三十二页，编辑于星期日：九点 三十八分。2 rr212AAAm1223圆筒壁内的温度分布Ql ttrrttQlrr 221111 lnlnQdrrldtrrtt12122 上限从rrtt22时，改为rrtt时，tr成对数曲线变化(假设不随t变化)第33页/共145页第三十三页，编辑于星期日：九点 三十八分。4平壁：各处的Q和q均相等； 圆筒壁：不同半径r处Q相等，但q却不等。 二、通过多层圆筒壁的稳定热传导二、通过多层圆筒壁的稳

15、定热传导3111343323221211ln1)4(2ln1)4(2ln1)3(2ln1)2(2iiiirrttLrrttLrrttLrrttLQ第34页/共145页第三十四页，编辑于星期日：九点 三十八分。对于n层圆筒壁： niinniiiinniiiinRttAbttrrttLQ1111m111111ln1)(2332211222lqrlqrlqrQ332211qrqrqr式中 q1,q2,q3分别为半径r1,r2,r3处的热通量。第35页/共145页第三十五页，编辑于星期日：九点 三十八分。例题7.2.1 内径为15mm，外径为19mm的钢管，其1 为20 W/m ，其外包扎一层厚度为3

16、0mm，2为0.2 W/m 的保温材料，若钢管内表面温度为580,保温层外表面温度为80,试求:每米管长的热损失. 第36页/共145页第三十六页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.3 7.3 对流传热对流传热7.3.1 7.3.1 对流传热过程分析对流传热过程分析7.3.2 7.3.2 对流传热速率对流传热速率7.3.3 7.3.3 影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素7.3.4 7.3.4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立7.3.5 7.3.5 无相变时对流传热系数的经验关联式无相变时对流传热系数的经验关联式7.3.6 7.3.6 有相变时对流传热系数的经验

17、关联式有相变时对流传热系数的经验关联式第37页/共145页第三十七页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.3.1 7.3.1 对流传热过程分析对流传热过程分析dA t2G1，T1G2，t1 T2第38页/共145页第三十八页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.3.2 对流传热速率对流传热速率牛顿冷却定律牛顿冷却定律流体被冷却：)(wTTAQ式中 Q 对流传热速率，W； 对流传热系数，W/(m2)； Tw 壁温，； T 流体平均温度，； A 传热面积，m2。第39页/共145页第三十九页，编辑于星期日：九点 三十八分。1. 牛顿冷却定律是一种推论，假设Qt。 QA ttttAtRww()1tttw

18、RA12. 复杂问题简单化表示。 推动力：阻力：第40页/共145页第四十页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.3.3 7.3.3 影响对流传热系数影响对流传热系数 的因素的因素1.1.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。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。 强 自 2.2.流体的物性 ，cp 第41页/共145页第四十一页，编辑于星期日：九点 三十八分。5. 是否发生相变 蒸汽冷凝、液体沸腾 相变 无相变4. 传热面的形状，大小和位置形状：如管、板、管束等；大小：如管径和管长等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。3.

19、3.流动形态 层流、湍流 湍 层 第42页/共145页第四十二页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.3.4 7.3.4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立一、因次分析 式中 l特性尺寸； u特征流速。基本因次：长度L，时间T，质量M，温度变量总数：8个由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。f(u，l，cp，gt)gkaGrCNuPrRe第43页/共145页第四十三页，编辑于星期日：九点 三十八分。 lNu duRepcPr223tlgGrgkpatlgcduCl)()()(223Nusselt待定准数Reynolds，流动型态对对流传热的影响Prandtl，流体物性

20、对对流传热的影响Grashof，自然对流对对流传热的影响第44页/共145页第四十四页，编辑于星期日：九点 三十八分。二、实验安排及结果整理以强制湍流为例：NuCReaPrk1采用不同Pr的流体，固定Re lgNuklgPrlgCRea双对数坐标系得一直线，斜率为k2不同Pr的流体在不同的Re下 lgNu/PrkalgRelgC双对数坐标系中得一直线 斜率为a，截距为CPrNukReNu/PrkCa第45页/共145页第四十五页，编辑于星期日：九点 三十八分。定性温度的取法：三、定性温度、特性尺寸的确定2特性尺寸 取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。2) 1 (21tttm3准数关联式的适

21、用范围。1确定物性参数数值的温度称为定性温度。第46页/共145页第四十六页，编辑于星期日：九点 三十八分。一、流体在管内的强制对流kNuPrRe023. 08 . 0kpcdud)()(023. 08 . 0适用范围： Re10000，0.7Pr160，607.3.5 7.3.5 无相变时对流传热系数的经验关联式无相变时对流传热系数的经验关联式1圆形直管内的湍流第47页/共145页第四十七页，编辑于星期日：九点 三十八分。 特征尺寸为管内径di 流体被加热时，k0.4；被冷却时，k0.3。221tttm注意事项： 定性温度取第48页/共145页第四十八页，编辑于星期日：九点 三十八分。强化措

22、施： u, u0.8 d, 1/d0.2 流体物性的影响，选大的流体 8 . 018 . 02 . 08 . 08 . 0023. 0)()(023. 0kkpkpcducdud第49页/共145页第四十九页，编辑于星期日：九点 三十八分。以下是对上面的公式进行修正：(1)(1)高粘度高粘度 14. 0318 . 0)(PrRe027. 0wNu0 . 1)(95. 005. 1)(14. 0冷却或加热气体液体被冷却液体被加热wRe10000，0.7Pr60定性温度取tm；特征尺寸为di第50页/共145页第五十页，编辑于星期日：九点 三十八分。(2) l/d60(3) 过渡流（2000Re1

23、0000)1Re10618 . 15f117 . 0ldf系数应乘以管入口效应校正(4) 弯曲管内 177. 11Rdf弯管效应校正系数第51页/共145页第五十一页，编辑于星期日：九点 三十八分。(5) 非圆形管强制湍流1) 当量直径法2) 直接实验法套管环隙 : 水-空气系统318 . 05 . 012PrRe)(02. 0ddde适用范围： 12000Re膜 第65页/共145页第六十五页，编辑于星期日：九点 三十八分。2. 冷凝过程的热阻：液膜的厚度3. 蒸汽冷凝的1）水平管束外413/232725. 0tlngr式中 n水平管束在垂直列上的管子数； r汽化潜热（ts下），kJ/kg。

24、特性尺寸l：管外径do2Wsttt定性温度：膜温 ts：饱和温度tw：壁面温度第66页/共145页第六十六页，编辑于星期日：九点 三十八分。湍流2）竖壁或竖管上的冷凝层流413213. 1tlgr适用条件：Re1800特性尺寸l：管或板高H定性温度：膜温 4 . 031232Re0077. 0g第67页/共145页第六十七页，编辑于星期日：九点 三十八分。4冷凝传热的影响因素和强化措施1) 流体物性 冷凝液 , ；冷凝液,；潜热r , 2) 温差 液膜层流流动时，t=tstW，,3) 不凝气体 不凝气体存在，导致 ，定期排放。4）蒸汽流速与流向 （u10m/s ） 同向时， ；反向时， ； u

25、 第68页/共145页第六十八页，编辑于星期日：九点 三十八分。5) 冷凝面的形状和位置 目的：减少冷凝液膜的厚度（冷凝液膜为膜状冷凝传热的主要热阻） 垂直板或管：开纵向沟槽； 水平管束：可采用错列第69页/共145页第六十九页，编辑于星期日：九点 三十八分。沸腾种类 1）大容积沸腾 2）管内沸腾 1. 汽泡产生的条件问题：为什么汽泡只在加热面个别地方产生？过热度：t=tWts 汽化核心：一般为粗糙加热面的细小凹缝处汽化核心生成汽泡长大脱离壁面新汽泡形成搅动液层 二、 液体沸腾第70页/共145页第七十页，编辑于星期日：九点 三十八分。2. 沸腾曲线 1）自然对流阶段 t t5C工业上：核状沸

26、腾3）稳定膜状沸腾 250C t25C 优点：大，tW小第71页/共145页第七十一页，编辑于星期日：九点 三十八分。3、沸腾传热的影响因素及强化措施1）液体的性质 ,强化措施：加表面活性剂（乙醇、丙酮等）2）温差 在核状沸腾阶段温差提高， 3）操作压强stp第72页/共145页第七十二页，编辑于星期日：九点 三十八分。4）加热面 新的、洁净的、粗糙的加热面，大 强化措施：将表面腐蚀，烧结金属粒第73页/共145页第七十三页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.4 7.4 传热过程的计算传热过程的计算7.4.1 7.4.1 总传热系数和总传热速率总传热系数和总传热速率7.4.2 7.4.2 热量

27、衡算和传热速率方程间的关系热量衡算和传热速率方程间的关系7.4.3 7.4.3 传热平均温度差传热平均温度差7.4.4 7.4.4 壁温的计算壁温的计算7.4.5 7.4.5 传热效率传热单元数法传热效率传热单元数法7.4.6 7.4.6 传热计算示例传热计算示例第74页/共145页第七十四页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.4.1 7.4.1 总传热系数和总传热速率方程总传热系数和总传热速率方程dA t2G1，T1G2，t1 T2第75页/共145页第七十五页，编辑于星期日：九点 三十八分。热流体 固体壁面一侧固体壁面一侧 另一侧固体壁面另一侧 冷流体对流3Q热传导2Q对流1Q)(tTKd

28、AdQtwTw对流对流导热冷流体热流体tTQ第76页/共145页第七十六页，编辑于星期日：九点 三十八分。（3）管内对流)(111wTTdAdQ)(2wwmtTdAbdQ)(223ttdAdQw（1）管外对流（2）管壁热传导对于稳定传热 321dQdQdQdQ第77页/共145页第七十七页，编辑于星期日：九点 三十八分。221122111111dAdAbdAtTdAttdAbtTdATTdQmwmwww2211111dAdAbdAKdAm式中 K总传热系数，W/(m2K)。KdAtTdQ1第78页/共145页第七十八页，编辑于星期日：九点 三十八分。讨论：1当传热面为平面时，dA=dA1=dA

29、2=dAm21111bK2以外表面为基准(dA=dA1): 212111111dAdAdAdAbKm212111111ddddbKdlAm第79页/共145页第七十九页，编辑于星期日：九点 三十八分。式中 K1以换热管的外表面为基准的总传热系数； dm换热管的对数平均直径。2121ln/ )(dddddm以壁表面为基准：221212111mddbddK2211111ddbddKmmm以内表面为基准：221dd近似用平壁计算第80页/共145页第八十页，编辑于星期日：九点 三十八分。31/K值的物理意义 总热阻总推动力KdAtTtTKdAdQ1)()(内侧的热阻壁阻外侧的热阻总热阻2121111

30、11ddddbKm第81页/共145页第八十一页，编辑于星期日：九点 三十八分。 二、总传热速率方程)(tTKdAdQQAmdAtKdQ00mtKAQ式中 K平均总传热系数； tm平均温度差。 总传热速率方程（1）求K平均值。（2）热量衡算式与传热速率方程间的关系。（3）tm的求解。第82页/共145页第八十二页，编辑于星期日：九点 三十八分。三、污垢热阻 212212111111ddddRddbRKm式中 R1、R2传热面两侧的污垢热阻，m2K/W。第83页/共145页第八十三页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.4.2 7.4.2 热量衡算和传热速率方程间的关系热量衡算和传热速率方程间的关

31、系无热损失：放吸QQ热流体G1, T1,cp1,H1T2 H2冷流体G2, t2,cp2,h1t2 h2第84页/共145页第八十四页，编辑于星期日：九点 三十八分。无相变时 12221112222111hhGHHGQttcGTTcGQpp热量衡算：式中 Q 热冷流体放出或吸收的热量，J/s； G1,G2热冷流体的质量流量，kg/s； cp1,cp2 热冷流体的比热容， J/(s. ) ； h1,h2 冷流体的进出口焓，J/kg； H1,H2 热流体的进出口焓， J/kg 。第85页/共145页第八十五页，编辑于星期日：九点 三十八分。相变时 122221112221ttcGTTcrGQttc

32、GrGQpspp热量衡算：式中 r 热流体的汽化潜热，kJ/kg； TS 热流体的饱和温度，。)()(12222111ttcGTTcGtKAQppm传热计算的出发点和核心：第86页/共145页第八十六页，编辑于星期日：九点 三十八分。一、恒温传热一、恒温传热mttTt二、变温传热二、变温传热tm与流体流向有关7.4.3. 7.4.3. 传热平均温度差传热平均温度差逆流并流错流折流第87页/共145页第八十七页，编辑于星期日：九点 三十八分。1、逆流和并流时的、逆流和并流时的tmt2t1T1T2t1t2T1T2 t2tAt1T2T1 t2tAt1T2T1逆流并流第88页/共145页第八十八页，编

33、辑于星期日：九点 三十八分。以逆流为例推导mt假设：1）定态传热、定态流动，G1、 G2一定 2）cp1、cp2为常数，为进出口平均温度下的3）K沿管长不变化。4）热损失忽略不计。2121lntttttm211tTt122tTt第89页/共145页第八十九页，编辑于星期日：九点 三十八分。T2t1t2T1dTdtdAAtt2t1Tt第90页/共145页第九十页，编辑于星期日：九点 三十八分。1）也适用于并流 T2t1t2T1At2t1111tTt222tTt第91页/共145页第九十一页，编辑于星期日：九点 三十八分。2）较大温差记为t1，较小温差记为t2；3）当t1/t22，则可用算术平均值

34、代替2/ )(21tttm21tttm4）当t1t2第92页/共145页第九十二页，编辑于星期日：九点 三十八分。mmtt流型）,(RPf1221ttTTR冷流体温升热流体温降1112tTttP两流体初温差冷流体温升mt：逆流时的平均温度差：逆流时的平均温度差2、错流、折流时的、错流、折流时的mt第93页/共145页第九十三页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.4.4 7.4.4 壁温的计算壁温的计算稳态传热 221111AttAbtTATTtKAQwmWwWm11AQTTWmWWAbQTt22AQttW1大，即b/Am小，热阻小，tW=TW第94页/共145页第九十四页，编辑于星期日：九点

35、三十八分。21)()(tTTTWWTW接近于T，即大热阻小侧流体的温度。 3两侧有污垢 2221111)1(1)1(ARttAbtTARTTtKAQwmWwWm2当tW=TW，得 2211/1/1AAtTTTWW第95页/共145页第九十五页，编辑于星期日：九点 三十八分。一、传热效率一、传热效率maxQQ最大可能传热速率实际传热速率传热效率最大可能传热速率：换热器中可能发生最大温差 变化的传热速率。理论上最大的温差：11tT 7.4.5 7.4.5 传热效率传热单元数法传热效率传热单元数法第96页/共145页第九十六页，编辑于星期日：九点 三十八分。热容流量：mscp 由热量衡算得最小值流体

36、可获得较大的温度变化最小值流体： 热容流量最小的流体为最小值流体。)()(12222111ttcmTTcmQpspsmin1s1)(m pspcmc当1121111121111)()(tTTTtTcmTTcmpsps第97页/共145页第九十七页，编辑于星期日：九点 三十八分。min2s2)(m pspcmc当1112112212222)()(tTtttTcmttcmpsps二、传热单元数二、传热单元数dAtTKdtcmdTcmdQpsps)(2211第98页/共145页第九十八页，编辑于星期日：九点 三十八分。ApsTTcmKdAtTdT01121传热单元数：11211psmcmKAtTTN

37、TU传热单元数的意义：热流体温度的变化相当于 平均温度差的倍数。22122psmcmKAtttNTU同理：第99页/共145页第九十九页，编辑于星期日：九点 三十八分。三、传热效率与传热单元数的关系根据热量衡算和传热速率方程导出：min1s1)(m pspcmc2211R1Cpspscmcm111pscmKANTU 11211tTTT逆流：并流：)1 (exp)1 (exp1111111RRRCNTUCCNTU11111)1 (exp1RRCCNTU第100页/共145页第一百页，编辑于星期日：九点 三十八分。逆流：并流：)1 (exp)1 (exp1222222RRRCNTUCCNTU222

38、21)1 (exp1RRCCNTUmin2s2)(m pspcmc1122R2Cpspscmcm222pscmKANTU11122tTtt绘图),(RiiiCNTUf第101页/共145页第一百零一页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.4.6 7.4.6 传热计算示例传热计算示例例题：用120C的饱和水蒸汽将流量为36m3/h的某稀溶液在双管程列管换热器中从温度为80C上升到95C，每程有直径为252.5mm管子30根，且以管外表面积为基准K=2800 W/m2.C，蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计。求： （1）换热器所需的管长； （2）操作一年后，由于污垢积累，溶液侧的污垢系数增加了0.0

39、0009m2.C/W，若维持溶液原流量及进口温度，其出口温度为多少？若又保证溶液原出口温度，可采取什么措施？（定性说明） 溶液的=1000kg/m3；cp=4.2kJ/kg. C。第102页/共145页第一百零二页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.5 7.5 热辐射热辐射7.5.1 7.5.1 基本概念基本概念7.5.2 7.5.2 物体的辐射能力物体的辐射能力7.5.3 7.5.3 两固体间的相互辐射两固体间的相互辐射7.5.4 7.5.4 高温高温设备及管道的热损失设备及管道的热损失第103页/共145页第一百零三页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.5.1 7.5.1 基本概念基本概念

40、1. 辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。 2. 热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向 外发射能量的过程。 特点： 能量传递的同时还伴随着能量形式的转换； 不需要任何介质。第104页/共145页第一百零四页，编辑于星期日：九点 三十八分。QRQDQANQ能量守恒定律：DRAQQQQ式中 吸收率； 反射率； 穿透率。 AQQARQQRDQQD1DRA 3. 热辐射对物体的作用总能量Q；被物体吸收QA ；被反射QR ；穿过物体QD 第105页/共145页第一百零五页，编辑于星期日：九点 三十八分。 黑体：1A白体（镜体）：1R透热体：1DA,R,D = f(物体性质、温度、表面、辐射波长）灰

41、体：指能以相同的吸收率吸收所有波长 的辐射能的物体。固体、液体： D=0 R+A=1气体： R=0 A+D=1第106页/共145页第一百零六页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.5.2 7.5.2 物体的辐射能力物体的辐射能力 物体在一定温度下，单位表面积，单位时间内所发射的全部辐射能（波长从0到 ）E，W/m2。 物体的单色辐射能力：物体在一定温度下，发射某某种波长种波长的能力；以E表示，单位W/m3。辐射能与单色辐射能的关系：dEE01/512TcbecE普朗克定律黑体的单色辐射能力第107页/共145页第一百零七页，编辑于星期日：九点 三十八分。Km104387. 1mW10743.

42、3222161cc其中式中 0黑体辐射常数，=5.67 10-8W/(m2 .K4)； C0黑体辐射系数，=5.67W/(m2 .K4)斯蒂芬-波尔茨曼定律一、黑体440()100bbbbTEE dTC四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感。第108页/共145页第一百零八页，编辑于星期日：九点 三十八分。 二、 实际物体物体的黑度： bEE T2A1 A2=1对灰体:bEAEQ11热交换达到平衡时 T1=T2,Q=0bEAE11bEAE11任意物体:bEAEE1Eb（1-A1）EbA1Eb 灰体 黑体 克希霍夫定律第110页/共145页第一百一十页，编辑于星期日：九点 三十八分。结论：（1）任

43、何物体的发射能力与吸收率的比值均相同，且等于同温度下绝对黑体的发射能力。物体的发射能力越强，其吸收率越大。（2）A= 即同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等。（3），b，即在任何温度下，各种物体中以绝对黑体的发射能力为最大。第111页/共145页第一百一十一页，编辑于星期日：九点 三十八分。一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射7.5.3 7.5.3 两固体间的相互辐射两固体间的相互辐射第112页/共145页第一百一十二页，编辑于星期日：九点 三十八分。2121EEq2121211221AAAAEAEAq设 T1 T2E1、E21、2面在温度T1 、T2下

44、的发射能力；E1、E21、2面发射的总能量。12222111)1 ()1 (EAEEEAEE两平面间单位面积的辐射热量：第113页/共145页第一百一十三页，编辑于星期日：九点 三十八分。)100()100(11142412121TTCqbbbCCCCC1111111212121令：将221142224111)100()100(AATCETCEbb代入：总发射系数第114页/共145页第一百一十四页，编辑于星期日：九点 三十八分。)100()100(4241211221TTACQ式中 A平面的传热面积； 1-2角系数(物体1发射辐射能被2拦截分率)。两平面的面积有限时：)100()100(42

45、412121TTACQ第115页/共145页第一百一十五页，编辑于星期日：九点 三十八分。二、一物体被另一物体包围时的辐射二、一物体被另一物体包围时的辐射1)11(11) 11(12211221121bbCCAACAACC第116页/共145页第一百一十六页，编辑于星期日：九点 三十八分。讨论：1）很大的物体2包住物体1：bCC121 2）物体2恰好包住物体1：1112121bCC3）情况1和2间的情况：) 11(1221121AACCbA=A1A=A1A=A1第117页/共145页第一百一十七页，编辑于星期日：九点 三十八分。三、影响辐射传热的因素三、影响辐射传热的因素1. 温度的影响 T4

46、 ， 低温时可忽略，高温时可能成为主要方式2. 几何位置的影响3. 表面黑度的影响 ，可通过改变黑度的大小强化或减小辐射传热。4. 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（黑度较小的热屏）。第118页/共145页第一百一十八页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.5.4 7.5.4 高温高温设备及管道的热损失设备及管道的热损失对流散热： )(ttAQWWCC辐射散热： 4421)100()100(TTACQWWR令=1 )()100()100(4421ttAttttTTACQWWRWWWWR总热损失： )()()(ttAttAQQQWWTWWRCRC式中T对流-辐射联合传热系数，

47、W/(m2.K)。 第119页/共145页第一百一十九页，编辑于星期日：九点 三十八分。(1) 空气自然对流，当tW5m/s时 第120页/共145页第一百二十页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.6 7.6 换热器换热器7.6.1 7.6.1 换热器的分类换热器的分类7.6.2 7.6.2 间壁式换热器的类型间壁式换热器的类型7.6.3 7.6.3 列管换热器的选用列管换热器的选用7.6.4 7.6.4 传热的强化措施传热的强化措施7.6.5 7.6.5 新型的换热设备新型的换热设备第121页/共145页第一百二十一页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.6.1 7.6.1 换热器的分类换热器

48、的分类 按用途分类： 加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器 按冷热流体热量交换方式分类：混合式、蓄热式和间壁式 主要内容：1. 根据工艺要求，选择适当的换热器类型；2. 通过计算选择合适的换热器规格。第122页/共145页第一百二十二页，编辑于星期日：九点 三十八分。7.6.2 7.6.2 间壁式换热器的类型间壁式换热器的类型一、夹套换热器一、夹套换热器第123页/共145页第一百二十三页，编辑于星期日：九点 三十八分。二、蛇管换热器二、蛇管换热器1. 沉浸式强化措施：可减少管外空间；容器内加搅拌器。第124页/共145页第一百二十四页，编辑于星期日：九点 三十八分。2. 喷淋式第125页/共145页第一百二十五页，编辑于星期日：九点 三十八分。 优点：结构简单；耐腐蚀；管内能耐高压；管外 比沉浸式大。 缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果；只能安装在室外，占地面积大。第126页/共145页第一百二十六页，编辑于星期日：九点 三十八分。三、套管换热器三、套管换热器第127页/共145页第一百二十七页，编辑于星期日：九点 三十八分。四、列管换热器四、列管换热器第128页/共145页第一百二十八页，编辑于星期日：九点 三十八分。圆缺形圆盘形多管程：增大管内流体u，提高管内的加挡板：增大壳程流