第四章5 传热

1、化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-141例：一列管换热器的管外为原油：例：一列管换热器的管外为原油：120160；管内机油：；管内机油：245 175 。计算。计算（1）并流与逆流时的平均温度差；（）并流与逆流时的平均温度差；（2）已知机油已知机油qm1=0.5kg/s,cP1=3kJ/kg.K,K=100W/m2.K,所需的传热所需的传热面积。面积。解： （ 1）并流 245 175 120160 Ctm5215125ln160175120245并 Ctm695585ln120175160245逆WskJttcqQPm105000/10517524535 . 0)(12

2、11逆流：245 175 160 120（2）22 .2052100105000 .mtKQAm并并22 .1569100105000 .mtKQAm逆逆若对同一换热器A不变，则Q逆Q并化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-142逆流与并流的比较：逆流与并流的比较：a、在冷热流体的进出口温度相同的条件下，、在冷热流体的进出口温度相同的条件下， tm逆逆 tm并并 若若 Q相同，则相同，则A逆逆Q并并t2逆max=T1, t2并maxT2， t2 并t 2逆b、逆流可以节省载热体的用量、逆流可以节省载热体的用量c.并流较易控制流体的出口温度并流较易控制流体的出口温度A并2t1t

3、2T1T逆2t1t化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-143传热过程的设计型计算传热过程的设计型计算计算换热器的热负荷；计算换热器的热负荷；选择合适的冷却剂或加热剂及相应的出口方式选择合适的冷却剂或加热剂及相应的出口方式和流动型式；和流动型式；计算传热平均温差计算传热平均温差tm；计算冷、热流体对管壁的对流传热系数及总传计算冷、热流体对管壁的对流传热系数及总传热系数热系数K；计算传热面积，选择换热器型号。计算传热面积，选择换热器型号。化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-144传热过程的操作型计算传热过程的操作型计算5121400 2200 1002.8

4、10/mhphQq cTTkJ h 例：例：有一单程列管换热器，传热面积为有一单程列管换热器，传热面积为4 m2，由，由25mm2.5 mm的的管子组成。用初温为管子组成。用初温为25 的水将机油由的水将机油由200 冷却至冷却至100 ，水走，水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1200kg/h和和1400 kg/h，其比热容分别为，其比热容分别为4.2 kJ/（kg ）和）和2.0 kJ/（kg ）；水侧）；水侧和油侧的对流传热系数分别为和油侧的对流传热系数分别为1800 W/(m2 )和和200 W/(m2 )。两流体呈逆流流动，忽

5、略管壁和污垢热阻，忽略热损失。（两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻，忽略热损失。（1）校核）校核该换热器是否合用？（该换热器是否合用？（2）如果不合用，采用什么措施可在原换热器）如果不合用，采用什么措施可在原换热器中完成上述传热任务？（假设传热系数及水的比热容不变）中完成上述传热任务？（假设传热系数及水的比热容不变）解：解：（1）机油放出的热量为机油放出的热量为冷却水的出口温度为冷却水的出口温度为5212.8 102580.61200 4.2mcpcQttq c化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021)95.5lnmTtTttTtTt11175.612

6、512001800 20oooiiKdd总传热系数为总传热系数为平均温度差为平均温度差为W/(m2 )所需要的传热面积为所需要的传热面积为224.644omQAmmKt该换热器不适用。该换热器不适用。（2）采取措施：采取措施：因机油冷却传出热量因机油冷却传出热量Q的任务一定，可调的任务一定，可调节冷却水的用量。节冷却水的用量。化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-146因因Q一定，一定，Ko不变，则用换热器面积操作时的平均温度差为不变，则用换热器面积操作时的平均温度差为110.7moQtK A12212()200(10025)110.722mTtTttt253.6t 假定平均

7、温度差可用算术平均值计算，则假定平均温度差可用算术平均值计算，则校核校核122tt冷却水用量冷却水用量212331/mcpcQqkg hctt 增大冷却水用量，使冷却水出口温度下降，平均温度差增大冷却水用量，使冷却水出口温度下降，平均温度差增加，故原换热器面积适用。增加，故原换热器面积适用。化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-147一、基本概念一、基本概念1. 辐射：辐射：物体通过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. 热辐射热辐射：物体由于：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 外发射能量的过程。外发射能量的过程。 特点：特点：

8、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 射射化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-148Q Q Q NQ能量守恒定律：能量守恒定律：QQQQ 吸收率吸收率 反射率反射率 穿透率穿透率 QQ QQ QQ 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 1化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-149 黑体：黑体：1 白体白体(镜体镜体)：1 透热体：透热体：1 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

9、能的物体固体、液体：固体、液体： =0 + =1 气体：气体： =0 + =1第五节第五节 热热 辐辐 射射化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-1410二、物体的辐射能力二、物体的辐射能力 物体在一定温度下，单位表面积、单位时间内物体在一定温度下，单位表面积、单位时间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4bET 斯蒂芬斯蒂芬-波尔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4()100b

10、TC Cb黑体辐射黑体辐射系数系数, 5.669W/(m2 .K4)化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-1411 （二）实际物体（二）实际物体黑度：黑度： bEE 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化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-1413 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（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

11、能力为最大的辐射能力为最大第五节第五节 热热 辐辐 射射化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-1414（一）辐射传热速率（一）辐射传热速率四、两固体间的相互辐射四、两固体间的相互辐射44121 21 2()() 100100TTQCA 1 212bCC 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1 212111bCC 1 1 化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-1415 一物体被另一物体包围一物体被另一物体包围1 1 2112211(1)bCCAA 若外围为黑体，若外围为黑体， 1=1 或或 A2 A1，则则

12、C1-2=C1=Cb 1第五节第五节 热热 辐辐 射射化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-1416 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化学化工学院化学化工学院化工原理化工原理2021-12-1417五、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： )(WWCCttAQ 辐射：辐射： 44WW21R)100()100(TTACQ 令令 =1 )()100()100(WWRWW44WW21RttAttttTTACQ 总