青岛科技大学化工原理CCh2-传热

1、v 根据根据传热机理传热机理的不同，传热可分为的不同，传热可分为三种三种基本方式：基本方式：热传导、热传导、 热对流及热辐射。热对流及热辐射。v 热传导发生的主要特点是：热传导发生的主要特点是：物体间无宏观上相对运动。物体间无宏观上相对运动。v 热对流按其产生机理可分为以下两种形式：热对流按其产生机理可分为以下两种形式： （1）自然对流（）自然对流（2）强制对流）强制对流v 物体因热的原因而产生的电磁波在空间的传递现象，称为热物体因热的原因而产生的电磁波在空间的传递现象，称为热辐射。辐射。v 辐射传热的特点：辐射传热的特点： 不仅有能量的传递，而且有能量形式的转换；不仅有能量的传递，而且有能量

2、形式的转换； 任何物体在绝对零度以上都有辐射能量；任何物体在绝对零度以上都有辐射能量； 物体温差较大时，辐射传热才能成为主要的传热方式物体温差较大时，辐射传热才能成为主要的传热方式tdQdSn 傅里叶定律傅里叶定律单层平壁稳态热传导单层平壁稳态热传导RtSbttQ21多层平壁稳态热传导多层平壁稳态热传导RtSbttQniii11n1一一. . 热传导热传导单层圆筒壁稳态热传导单层圆筒壁稳态热传导RtSbttrrttLQm211221ln2）（多层圆筒壁稳态热传导多层圆筒壁稳态热传导niiiinnimiiirrLttSbttQ111111n1ln21 接触热阻产生的具体原因：接触热阻产生的具体原

3、因：主要是由空穴造成的主要是由空穴造成的.2.在一在一603.5mm 的钢管外包有两层绝热材料，里的钢管外包有两层绝热材料，里层为层为40mm 的氧化镁粉，平均导热系数的氧化镁粉，平均导热系数 0.07W/m；外层为；外层为20mm 的石棉层，平均导热系的石棉层，平均导热系数数0.15W/m。现用热电偶测得管内壁温度为。现用热电偶测得管内壁温度为500，最外层表面温度为最外层表面温度为80。已知钢管的平均导热系数。已知钢管的平均导热系数45W/m，试求每米管长的热损失及两层保温层界，试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。面的温度。二. 对流传热牛顿冷却定律牛顿冷却定律iwiowodStt

4、dSTTdQ)()(iwiowoSttSTTQ)()(无相变流体在圆形直管内强制湍流无相变流体在圆形直管内强制湍流nNuPrRe023. 08 . 0nidPrRe023. 08 . 0当流体被加热时，当流体被加热时，n=0.4；当流体被冷却时，；当流体被冷却时，n=0.3应用范围：应用范围：Re104,0.7Pr 120，L/di 60;定性温度：定性温度：特征尺寸：管内径特征尺寸：管内径di221tttpPrC 在紧靠壁面处，由于层流内层的传热以在紧靠壁面处，由于层流内层的传热以热传导方式热传导方式进行，流体进行，流体层流内膜虽薄，但由于流体导热系数很小，所以热阻很大，层流内膜虽薄，但由于

5、流体导热系数很小，所以热阻很大，温温度降低也主要集中在这里度降低也主要集中在这里。减薄层流内层的厚度是强化对流传。减薄层流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。热的主要途径。3有一列管式换热器，由有一列管式换热器，由38 根根252.5mm 的无缝的无缝钢管组成，苯在管程流动，由钢管组成，苯在管程流动，由20加热到加热到80，苯，苯的流量为的流量为10.2 kg/s，饱和蒸汽在壳程冷凝。试求：，饱和蒸汽在壳程冷凝。试求：（1）管壁对苯的对流传热系数？（）管壁对苯的对流传热系数？（2）若苯的流量）若苯的流量提高一倍，对流传热系数将有何变化？提高一倍，对流传热系数将有何变化？10热气体在套管式换热器

6、中用冷却水冷却，内管热气体在套管式换热器中用冷却水冷却，内管为为252.5mm的钢管，冷水在管内湍流流动，对流的钢管，冷水在管内湍流流动，对流传热系数为传热系数为2000 W/(m2K)。热气在套管环隙湍流流。热气在套管环隙湍流流动，对流传热系数为动，对流传热系数为50 W/(m2K)。已知钢的导热系。已知钢的导热系数为数为45.4 W/(mK)。试计算：（。试计算：（1）管壁热阻占总阻）管壁热阻占总阻力的百分数；（力的百分数；（2）冷水流速提高一倍，则总传热系）冷水流速提高一倍，则总传热系数有何变化？（数有何变化？（3）气体流速提高一倍，则总传热系）气体流速提高一倍，则总传热系数有何变化？数

7、有何变化？三、间壁式换热器传热计算1221hhhcccQ W HHW HH热焓法：热焓法：比热法：比热法：1221hchpcpQW CTTW Ctt1 1、无相变化时热负荷计算、无相变化时热负荷计算 2 2、有相变化时热负荷计算、有相变化时热负荷计算 21hcpcQW rW Ctt（1 1）一侧流体发生相变化，且处于饱和状态）一侧流体发生相变化，且处于饱和状态（2 2）一侧流体发生相变后，进一步有显热变化）一侧流体发生相变后，进一步有显热变化221hphdcpcQWrCTTW Ctt3、总传热速率方程、总传热速率方程QKS tioiosimoosoddddRddbRK1111212-=lnmt

8、tttt12某套管式换热器用于机油和原油的换热。原油在套管环某套管式换热器用于机油和原油的换热。原油在套管环隙流动，进口温度为隙流动，进口温度为120，出口温度上升到，出口温度上升到160；机油在；机油在内管流动，进口温度为内管流动，进口温度为245，出口温度下降到，出口温度下降到175。（1）试分别计算并流和逆流时的平均温度差；）试分别计算并流和逆流时的平均温度差；（2）若已知机油质量流量为）若已知机油质量流量为0.5kg/s，比热为，比热为3kJ/（kg），并），并流和逆流时的总传热系数流和逆流时的总传热系数K 均为均为100 W/(m2K)，求单位时间，求单位时间内传过相同热量分别所需要

9、的传热面积。内传过相同热量分别所需要的传热面积。1919无相变相变四、流体有相变时的对流传热系数四、流体有相变时的对流传热系数特点：相变流体放出或吸收大量潜热，特点：相变流体放出或吸收大量潜热，T不变，不变，1蒸汽冷凝蒸汽冷凝 设饱和蒸汽温度为设饱和蒸汽温度为ts, ,固体壁面的温度为固体壁面的温度为tw, ,若若tw 膜膜 20201) 流体物性流体物性 冷凝液冷凝液 , ；冷凝液冷凝液 ,；潜热潜热r , 2) 温差温差 液膜层流流动时，液膜层流流动时， t=tstW ，,3)蒸汽流速与流向蒸汽流速与流向 （u10m/s ） 同向时，同向时， ；反向时，；反向时， ； u 4）不凝气体不凝

10、气体 不凝气体不凝气体存在，壁面附近形成气膜，导致存在，壁面附近形成气膜，导致 ，定期，定期排放。排放。 含含1%的空气，的空气， 下降下降60%以上以上（4）冷凝传热的影响因素和强化措施）冷凝传热的影响因素和强化措施2121 AB AB段为段为自然对流区自然对流区，BCBC段为段为泡状沸腾泡状沸腾或核状沸腾区或核状沸腾区，CDCD段为段为过渡区过渡区，DEDE段为段为膜状膜状沸腾区沸腾区。沸腾曲线沸腾曲线 由泡状沸腾向不稳定膜状沸腾过渡的转折点由泡状沸腾向不稳定膜状沸腾过渡的转折点C称为称为临界点临界点。 由于泡状沸腾时可获得较高的对由于泡状沸腾时可获得较高的对流传热系数和热通量，故流传热系

11、数和热通量，故工程上总是工程上总是设法控制在设法控制在泡状沸腾泡状沸腾下操作。下操作。2液体沸腾液体沸腾2222五、物体的辐射能力 物体物体在一定温度下，单位时间单位面积所发射的能在一定温度下，单位时间单位面积所发射的能量，量，称为该物体在该温度下的辐射能力，以称为该物体在该温度下的辐射能力，以E表示，单表示，单位为位为W/m2。辐射能力表征物体发射辐射能的本领。辐射能力表征物体发射辐射能的本领。1、斯蒂芬、斯蒂芬玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 黑体黑体的辐射能力的辐射能力E0与其表面温度（指绝对温度）的与其表面温度（指绝对温度）的四次方成正比四次方成正比400100TECC0黑体辐射系数，黑体辐射

12、系数，5.67W/(m2K4)四次方定律表明，四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感。热辐射对温度特别敏感。23232、灰体的辐射能力、灰体的辐射能力 许多工程材料的辐射特性近似于灰体，通常将实际许多工程材料的辐射特性近似于灰体，通常将实际物体视为灰体来计算其辐射能力物体视为灰体来计算其辐射能力E4100TECC灰体的辐射系数，灰体的辐射系数，W/(m2K4)C与物体的性质、表面状况、温度等有关。与物体的性质、表面状况、温度等有关。24243、黑度、黑度00=ECEC-黑度（或发射率）黑度（或发射率）4400100100TCTCEE 物体的黑度物体的黑度 ：与物体的种类、温度及表面粗糙：与物体的

13、种类、温度及表面粗糙度、表面氧化程度等因素有关。它度、表面氧化程度等因素有关。它是物体辐射能力接是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度。近黑体辐射能力的程度。 相同温度下，黑体的辐射能力最强，通常将灰相同温度下，黑体的辐射能力最强，通常将灰体辐射能力与同温度下黑体辐射能力之比定义为物体辐射能力与同温度下黑体辐射能力之比定义为物体的黑度体的黑度 。一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应，其保温效果应_，主要原因是因，主要原因是因_，受潮后，使保温层材料导热系数受潮后，使保温层材料导热系数_，保温效果降，保温效果降低。低。在包有两层相同

14、厚度保温材料的圆形管道上，应该在包有两层相同厚度保温材料的圆形管道上，应该将导热系数将导热系数_的材料包在的材料包在_层层，其原因是为了，其原因是为了_，降低壁面温度。，降低壁面温度。变差；水的导热系数比空气大；变大变差；水的导热系数比空气大；变大导热系数小导热系数小；内层内层；减少热损失减少热损失沸腾传热沸腾传热可分为三个区域，它们是可分为三个区域，它们是_、_、_，生，生产中的沸腾传热过程应维持在产中的沸腾传热过程应维持在_操作操作，在这一阶，在这一阶段，传热系数随着温度差的增加而段，传热系数随着温度差的增加而_.多层平壁传热时，每层的多层平壁传热时，每层的导热速率导热速率_ (相等、不等

15、相等、不等)、多层圆筒壁传热时，每层的、多层圆筒壁传热时，每层的导热速率导热速率_(相等、相等、不等不等)。相等相等；相等相等自然对流；泡状沸腾；膜状沸腾；泡状沸腾；增加自然对流；泡状沸腾；膜状沸腾；泡状沸腾；增加当温度升高一倍，黑体的辐射能力是原来的当温度升高一倍，黑体的辐射能力是原来的_倍倍导热通量导热通量平壁平壁相等相等；圆筒壁不；圆筒壁不相等相等滴状冷凝的滴状冷凝的对流对流系数系数_大于大于_膜状冷凝膜状冷凝对流传热对流传热系系数。数。无相变的对流传热过程中，无相变的对流传热过程中，热阻热阻主要集中在主要集中在_，减少热阻的最有效的措施是减少热阻的最有效的措施是_。传热边界层或滞流层内

16、传热边界层或滞流层内; ; 提高流体湍动程度提高流体湍动程度根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：_、_、_。 （1）某车间有一台换热面积）某车间有一台换热面积(以外表面积计以外表面积计)为为 2.5 m2的单程的单程列管换热器。用列管换热器。用180的热废气预热轻油的热废气预热轻油,轻油走管外轻油走管外,其流量其流量为为200kg/h,比热为比热为2kJ/kg, 温度由温度由30升至升至80。轻油与热。轻油与热气体作逆流流动。热废气出口温度为气体作逆流流动。热废气出口温度为70。求。求:A)换热器的热负荷和传热系数。换热器的热负荷和传热系数。B)

17、若由于长期运转若由于长期运转,轻油在管外结垢轻油在管外结垢,已知污垢热阻为总热阻的已知污垢热阻为总热阻的10%,试估算在其他条件基本不变的情况下试估算在其他条件基本不变的情况下,轻油处理量如何变轻油处理量如何变化化?解： （1）S=2.5m2 ，T1=180 ，T2=70 ， Wc=200kg/h， CPc=2KJ/Kg.， t1=30 ，t2=80 。换热器热负荷：WttCWQpcc3312106 . 5)3080(1023600200)(5 .65307080180ln)3070()80180(ln2121tttttm)/(9 .335 .655 . 2106 . 523mWtSQKm）（

18、2 由题意 tm ,1 ,2 不变KKKRKS11 . 011)2/(51.309 .339 . 09 . 0mWKK保持不变、得，由mtSKSQmtCCpcCpcCWWttCWttCWKKQQ)()(1212hKWC/g1809 . 0200（2）有一列管换热器，装有有一列管换热器，装有25mm2.5mm钢管钢管300根，管根，管长为长为2m。将管程的空气由。将管程的空气由20加热到加热到85，空气流量为，空气流量为8000kg/h。用。用108的饱和蒸汽在壳程作为介质，水蒸气的冷的饱和蒸汽在壳程作为介质，水蒸气的冷凝传热膜系数为凝传热膜系数为1104W/(m2K)。管壁及两侧污垢热阻可忽略

19、。管壁及两侧污垢热阻可忽略，热损失可忽略。已知管内空气的普兰特准数，热损失可忽略。已知管内空气的普兰特准数Pr为为0.7，雷诺，雷诺准数准数Re为为2.383104，空气导热系数为，空气导热系数为2.8510-2W/(mK)，比，比热容为热容为1kJ/(kgK)。试求：。试求：（1）空气在管内的对流传热系数；）空气在管内的对流传热系数；（2）换热器的总传热系数（以管外表面积为基础）；）换热器的总传热系数（以管外表面积为基础）；（3）通过计算说明该换热器能够满足要求。）通过计算说明该换热器能够满足要求。解：解：（1）6010002. 02/;1010383. 2Re44idL)/(2 .90PrRe023. 024 . 08 . 0CmWdi (2)(2)总传热系数总传热系数K K01396. 0111oioiddK)/(65.712CmWK (3)(3)核算能否满足要求核算能否满足要求213.47dnmLSo实Cttttm44.48lnt2121262.41mtKQSmkJttCWQpc44.144)(12cSS实故该换热器能满足要求故该换热器能满足要求（3 3）在一列管式蒸汽冷凝器中，）在一列管式蒸汽冷凝器中，110110的饱和水蒸气在壳程的饱和水蒸气在壳程冷凝为同温度的水，蒸汽