大连理工大学《化工原理》课件-第六章 传热

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课程：《化工原理》第六章传热第六章、传热第一节、概述一、传热过程在化工生产中的应用1、需要进行热量传递的，要求设备传热效率高。2、需要保温隔热的二、热量传递的基本型式1、热传导：物体内部或两个直接接触的物体之间的传热。2、热对流：在流体中，冷、热不同部位的流体质点做宏观移动将热量从高温处传到低温处的现象。3、热辐射：物体因自身温度的原因激发产生电磁波，向空中传播的现象。波长0.38~100μm，属可见光、红外线。实际传热中，三种传热方式或单独或同时存在。三、流体通过间壁换热与传热速率方程1、间壁式换热器：冷、热流体的热交换。2、传热速率与热流密度传热速率（热流量）：指单位时间内通过传热面的热量用Q表示，单位w或J/s。第六章、传热热流密度（热通量）:

指单位时间内通过单位面积的传热量用q表示，单位w/m2。二者关系：q=Q/A3、稳态传热与非稳态传热第六章、传热4、两流体通过间壁的传热过程对流—导热—对流，三个串联过程。第六章、传热5、传热速率方程传热推动力—温度Δtm稳态：=推动力/热阻K：比例系数，总传热系数，w/m2.k第六章、传热第二节、热传导一、傅立叶定律1、温度场与温度梯度温度场：某瞬时物体内各点的温度分布。等温面、等温线第六章、传热温度梯度：等温面法线方向上的温度变化率（最大）。+指温度增加-指温度减小+-2、傅立叶定律Q：热流量（w）q：热通量(w/m2)第六章、传热3、导热系数λw/m.0C温度梯度为10C/m，单位时间通过单位面积的热量，表示物体导热能力的大小。第六章、传热一般规律（大小排序）:纯金属—合金—建筑材料—液体—绝热材料—气体金属—非金属固态—液态—气态固体（银427）；液态（水0.6）；气态（氢0.6）

——最大第六章、传热第六章、传热二、平壁稳态传热1、单层平壁稳态传热

=传热推动力/热阻传热推动力：t1-t2

热阻:b/λA

热通量（热流密度）:q=Q/A=第六章、传热2、多层平壁稳态传热（举例）传热特点：Q=Q1=Q2=Q3=Δt=Δt1+Δt2+Δt3=t1-t4R=R1+R2+R3第六章、传热三、圆筒壁的稳态传热（t只沿r变化）1、单层热流量计算式：热通量：

Q与r无关；q与r有关。

工程上习惯用单位长度的热流量：

第六章、传热公式推导：第六章、传热对照4-84-9得：圆筒壁内温度分布是一对数曲线。Q也可改写成单层平壁热传导形式：4-11式第六章、传热第六章、传热2、多层（三层为例）（举例）Q=Q1=Q2=Q34-12第六章、传热第六章、传热第三节、对流传热一、对流传热方程与对流传热系数1、传热过程层流底层：热传导，热阻较大过渡区：热传导+对流紊流区：热对流第六章、传热2、传热推动力：热流体：湍流主体最高温、壁面温度Tw；冷流体：壁面温度tw，湍流主体最低温。3、对流传热的膜理论模型：p122

假设把过渡区和湍流主体热阻全部叠加到层流底层，构成一厚度为的流体膜（有效膜）,膜内为层流、膜外为湍流，所有热阻集中在有效膜内。这一传热模型称为…..。第六章、传热4、对流传热方程

α：对流传热系数第六章、传热二、影响对流传热系数的因素1、流体的物理性质：密度、比热容、导热系数、粘度、膨胀系数2、流体对流起因：强制对流、自然对流3、流体流动状态：层流、湍流4、流体的相态变化：沸腾、冷凝5、传热面的形状：特性尺寸第六章、传热三、量纲分析与相似准数1、准数的符号及意义2、准数使用的条件第六章、传热——无相变、对流传热准数关联式一般形式第六章、传热四、流体无相变时对流传热系数的经验关联式1、流体在管内强制对流传热（举例）圆形直管强制湍流时的对流传热系数a、低粘度流体：4-184-19第六章、传热b、高粘度流体：c、短管（l/d<60）第六章、传热d、弯管圆形直管内过渡流时的对流传热系数（举例）：4-21第六章、传热圆形直管内强制层流时的对流传热系数（举例）：4-22第六章、传热流体在非圆管内强制对流时的对流传热系数2、流体在管外强制对流传热第六章、传热第六章、传热3、大空间自然对流传热第六章、传热4、选用对流传热系数关联式的注意事项：P134五、流体有相变时的对流传热（略）第六章、传热第五节、传热计算一、热量衡算1、原理：单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。第六章、传热2、计算公式:：

4—344-35第六章、传热二、传热平均温度差1、恒温传热：蒸汽冷凝、液体沸腾冷凝、沸腾温度恒定2、变温传热（列管式换热器）一侧变温传热、两侧变温传热第六章、传热换热器中流体流动的方式：逆流、并流、错流、折流第六章、传热3、平均温度差Δtm（举例）为什么提出平均温度差：a、找出传热推动力。b、便于将热量计算式写成传热基本方程的形式

Q=KAΔtm第六章、传热平均温度差的推导第六章、传热第六章、传热第六章、传热第六章、传热对数平均温度差的计算：

通常Δt1为较大者；Δt2为较小者3、折流、错流平均温度差的校核：4-40第六章、传热第六章、传热第六章、传热第六章、传热三、总传热系数（举例)1、总传热系数计算式的推导(a)(b)(c)第六章、传热4-41第六章、传热4-41a4-41b第六章、传热4-41c第六章、传热注意：4-41a式：对应传热面积为A14-41b式：对应传热面积为A24-41c式：对应传热面积为Am2、污垢热阻4-423、平壁与薄壁管传热系数：4-43式4-44式4、换热器总传热系数的经验值第六章、传热第六章、传热四、壁温计算1、思路：热量从热流体通过间壁传给冷流体，两侧流体对壁面对流传热及间壁的导热速率，在稳态条件下必相等。2、计算式：4-45式4-46考虑壁面污垢第六章、传热五、传热计算示例1、计算式Q=传热推动力/热阻传热基本方程：Q=KAΔtm平均温度差（间壁传热推动力）：总传热系数：（A1为基准面）第六章、传热热量衡算：热传导方程：

对流传热方程：对流传热系数的计算：4-18（4-19）4-202、举例第六章、传热第五节、热辐射一、基本概念1、热辐射：由物体温度所引起的热射线的传播过程。2、吸收率：A=QA/Q3、反射率：R=QR/Q4、透射率：D=QD/Q注意：QA+QR+QD=QQA/Q+QR/Q+QD/Q=15、黑体、白体、灰体黑体：QA=1白体：QR=1灰体：对各种波长辐射具有相同吸收率的理想化物体。第六章、传热二、物体的辐射能力、斯蒂芬-波尔兹曼定律1、辐射能力：物体在一定温度下单位时间、单位面积所发射的全部波长的总能量。E表示，w/m22、斯蒂芬-波尔兹曼定律（黑体）3、实际物体的辐射能力（黑度）

灰体：对各种波长辐射能具有相同吸收率的理想化物体。大多数工程材料对波长0.76~20微米的辐射能吸收率相同。第六章、传热C：灰体的辐射系数三、克希霍夫定律四、两固体间的相互辐射1、高温物体1传给低温物体2的热量2、工业上常遇见的几种辐射情况：p151五、设备热损失的计算（略）第六章、传热第六节、换热器一、换热器的分类1、按用途分类：加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器2、按传递方式分类：间壁式换热器直接接触式换热器蓄热式换热器第六章、传热二、间壁式换热器1、夹套式换热器第六章、传热2、套管式换热器第六章、传热3、蛇管式换热器第六章、传热4、板式换热器第六章、传热5、板翘式换热器第六章、传热6、螺旋板式换热器

第六章、传热7、空冷式换热器第六章、传热8、热管第六章、传热9、列管式换热器第六章、传热第六章、传热第六章、传热三、列管式换热器选用计算问题1、流体流经管程、壳程的选择原则：P160第六章、传热2、流体流速的选择：P160第六章、传热3、换热管规格和排列方式：P1614、折流挡板及对流换热系数的计算：P162第六章、传热四、系列标准换热器的选用步骤1、了解传热任务、掌握工艺特点与基本数据冷、热流体的流量，进、出