第五章 傳熱(修改稿)

1、化工原理化工原理電子教案電子教案/目錄目錄 1 目錄目錄 第五章第五章 傳熱及設(shè)備傳熱及設(shè)備 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 熱傳導(dǎo) 一、傅里葉定律一、傅里葉定律 二、熱導(dǎo)率二、熱導(dǎo)率 三、一維平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)三、一維平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 四、一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)四、一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 化工原理化工原理電子教案電子教案/目錄目錄 2 目錄目錄 第三節(jié)第三節(jié)對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 一、實(shí)驗(yàn)法求一、實(shí)驗(yàn)法求 二、各種情形下的二、各種情形下的 經(jīng)驗(yàn)式經(jīng)驗(yàn)式 （一）無(wú)相變 1、管內(nèi)層流 2、管內(nèi)湍流 3、管外強(qiáng)制對(duì)流 4、自然對(duì)流 （二）有相變 1、冷凝 2、沸騰 對(duì)流傳熱系數(shù)小結(jié)對(duì)流傳熱系數(shù)小結(jié) 的數(shù)量級(jí)的數(shù)量級(jí) 化工原

2、理化工原理電子教案電子教案/目錄目錄 3 目錄目錄 第四節(jié)第四節(jié) 間壁式換熱器的傳熱間壁式換熱器的傳熱 一、換熱器簡(jiǎn)介一、換熱器簡(jiǎn)介 二、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程分析二、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程分析 三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算 1、總傳熱速率方程 2、Q的計(jì)算 3、 K的計(jì)算 4、tm的計(jì)算 5、傳熱單元數(shù)法 習(xí)題課習(xí)題課 6、壁溫的計(jì)算 操作型操作型 設(shè)計(jì)型設(shè)計(jì)型 化工原理化工原理電子教案電子教案/目錄目錄 4 目錄目錄 第五節(jié)第五節(jié) 間壁式換熱器介紹（教材第六章）間壁式換熱器介紹（教材第六章） 一、一、列管式換熱器（管殼式換熱器）列管式換熱器（管殼式換熱器）

3、二、二、其它類型的換熱器其它類型的換熱器 三、三、傳熱過(guò)程的強(qiáng)化傳熱過(guò)程的強(qiáng)化 化工原理化工原理電子教案電子教案/目錄目錄 5 目錄目錄 第六節(jié)第六節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱 一、一、基本概念基本概念 二、二、物體的輻射能力物體的輻射能力 三、三、兩灰體組成的封閉體系的輻射傳熱速率兩灰體組成的封閉體系的輻射傳熱速率 四、氣體熱輻射的特點(diǎn)四、氣體熱輻射的特點(diǎn) 五、輻射、對(duì)流的聯(lián)合傳熱五、輻射、對(duì)流的聯(lián)合傳熱 第三版第18次印刷的教材更正 第五章小結(jié)第五章小結(jié) 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 6/14 1 第五章第五章 傳熱及設(shè)備傳熱及設(shè)備 第一節(jié)第一節(jié)概述概述 21 ttAQ 牛頓

4、冷卻定律：牛頓冷卻定律： 電熱爐燒水 靠靠電電磁磁波波傳傳熱熱 v熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) （導(dǎo)熱）（導(dǎo)熱） 強(qiáng)強(qiáng)制制對(duì)對(duì)流流 自自然然對(duì)對(duì)流流 v對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 v輻射傳熱輻射傳熱 傳熱有三種方式：傳熱有三種方式：( (舉例電熱爐燒水舉例電熱爐燒水) ) 機(jī)理：機(jī)理： 有有宏宏觀觀位位移移流流體體 內(nèi)內(nèi)部部流流體體發(fā)發(fā)生生在在 相互接觸的物質(zhì)之間相互接觸的物質(zhì)之間 靜止的物質(zhì)內(nèi)部靜止的物質(zhì)內(nèi)部 層流流動(dòng)的物質(zhì)內(nèi)部層流流動(dòng)的物質(zhì)內(nèi)部 發(fā)生在發(fā)生在 管內(nèi)層流管內(nèi)層流 熱量入熱量入 對(duì)流傳熱系數(shù)或給對(duì)流傳熱系數(shù)或給 熱系數(shù)，熱系數(shù)，W/m2 K 氣體氣體-靠分子或原子的無(wú)規(guī)則若運(yùn)動(dòng)；靠分子或原子的無(wú)規(guī)則若運(yùn)

5、動(dòng)； 固體固體-金屬靠自由電子，非金屬靠晶格的震動(dòng)金屬靠自由電子，非金屬靠晶格的震動(dòng) 液體液體-兩種觀點(diǎn)（見教材）兩種觀點(diǎn)（見教材） 導(dǎo)熱導(dǎo)熱 導(dǎo)熱導(dǎo)熱 自然自然 對(duì)流對(duì)流 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 7/14 1 第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 一、傅里葉定律一、傅里葉定律 Ad dQ q t+ t t n l 等溫面及溫度梯度 l t n t n t n 0 lim 1 1、基本概念、基本概念 單位時(shí)間傳遞的熱量，單位時(shí)間傳遞的熱量，J/s 單位傳熱面積上的傳熱速率，單位傳熱面積上的傳熱速率，J/m2s，矢量，方向?yàn)閭鳠?，矢量，方向?yàn)閭鳠?面的法線方向面的法線方向 q

6、溫度相同的點(diǎn)組成的面溫度相同的點(diǎn)組成的面 兩等溫面的溫差與兩等溫面間的任一兩等溫面的溫差與兩等溫面間的任一 距離之比距離之比 兩等溫面的溫差與兩等溫面間的法向距離兩等溫面的溫差與兩等溫面間的法向距離 （最短）之比（最短）之比 等溫面等溫面 等溫面等溫面 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 8/14 1 2 2、傅里葉定律、傅里葉定律 n t Ad dQ q 負(fù)號(hào)表示負(fù)號(hào)表示q q與溫度梯度方向相反與溫度梯度方向相反 稱為熱導(dǎo)率稱為熱導(dǎo)率, , 單位為單位為W/(mK) t+ t t n l 等溫面及溫度梯度 q 對(duì)照對(duì)照：牛頓黏性定律，形式上很相似牛頓黏性定律，形式上很相似 d

7、y du 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 9/14 1 物理含義：物理含義：代表單位溫度梯度下的熱通量大小，代表單位溫度梯度下的熱通量大小， 故物質(zhì)的故物質(zhì)的 越大，導(dǎo)熱性能越好。越大，導(dǎo)熱性能越好。 一般地一般地， 導(dǎo)電固體 導(dǎo)電固體 非導(dǎo)電固體非導(dǎo)電固體， ， 液體 液體 氣體氣體（見圖 （見圖5-4） 二、熱導(dǎo)率二、熱導(dǎo)率 n t Ad dQ q 屬物性屬物性 影響因素：影響因素：與物質(zhì)種類、與物質(zhì)種類、T、濃度有關(guān)，一般與濃度有關(guān)，一般與 P P 無(wú)關(guān)無(wú)關(guān) T ， 氣體 氣體 水 水 ， ， 甘油 甘油 ， ，其它液體的其它液體的 金屬 金屬 ， ， 非 非金屬金屬

8、 。 。 獲取方法：獲取方法：查相關(guān)物性數(shù)據(jù)手冊(cè)，如附錄二四。查相關(guān)物性數(shù)據(jù)手冊(cè)，如附錄二四。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 10/1 41 三、一維平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)三、一維平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) t t1 t2 0 b x QQ dx dt A n t AqAQ b tt dx dt 21 常數(shù)常數(shù) Ab tt 21 qAQ 1. 無(wú)限大無(wú)限大單層平壁單層平壁（無(wú)內(nèi)熱源）（無(wú)內(nèi)熱源）穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 -可見溫度分布為直線可見溫度分布為直線 若若 為常數(shù)，則：為常數(shù)，則：b 無(wú)限厚無(wú)限厚 無(wú)限長(zhǎng)無(wú)限長(zhǎng) n t Ad dQ q 特點(diǎn)：特點(diǎn)：屬一維導(dǎo)熱，屬一維導(dǎo)熱，A為常數(shù)，為常數(shù)，

9、Q為常數(shù)為常數(shù) 常數(shù)常數(shù) dx 熱熱阻阻 推推動(dòng)動(dòng)力力 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 11/1 41 2、無(wú)限大、無(wú)限大多層平壁多層平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源） 三、一維平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)三、一維平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) t t2 t3 t4 t1 0 x b 熱熱阻阻 推推動(dòng)動(dòng)力力 qAQ 總總熱熱阻阻 總總推推動(dòng)動(dòng)力力 和和比比定定理理 Ab tt Ab tt Ab tt Ab tt Q ii i 3 1 41 33 43 22 32 11 21 特點(diǎn)：特點(diǎn)：同單層平壁同單層平壁 此外，通過(guò)每一層的此外，通過(guò)每一層的Q（或（或 q）都相同）都相同 對(duì)每一層均

10、有：對(duì)每一層均有： Q 作業(yè)：作業(yè)： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 12/1 41 三、一維平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)三、一維平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 總總熱熱阻阻 總總推推動(dòng)動(dòng)力力 A Ab tt A tt Ab tt Q ii i ii i 1 1 3 1 01 04 3 1 41 04 ttAQ 牛牛頓頓冷冷卻卻定定律律： 思考思考1：若上述平壁的右側(cè)與環(huán)境進(jìn)行對(duì)流傳熱，設(shè)環(huán)境溫若上述平壁的右側(cè)與環(huán)境進(jìn)行對(duì)流傳熱，設(shè)環(huán)境溫 度為度為t0、對(duì)流傳熱系數(shù)為對(duì)流傳熱系數(shù)為 ，則傳熱量如何計(jì)算，則傳熱量如何計(jì)算？ 0 t t1 t4 Q 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 13/

11、1 41 t t1 r1 t2 r2 0 r b QQ dr 1、無(wú)限、無(wú)限長(zhǎng)長(zhǎng)單層圓筒壁單層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源） 四、一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)四、一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：屬一維導(dǎo)熱，屬一維導(dǎo)熱，A 常數(shù)，常數(shù)， Q為常數(shù)，為常數(shù)， q 常數(shù)常數(shù) 常常數(shù)數(shù) dr dt AqAQ rLA 2 dr rL Q dt 2 L rr Qtt 2 ln 1 1 若若 為常數(shù)，則：為常數(shù)，則： -可見溫度分布可見溫度分布 為對(duì)數(shù)關(guān)系為對(duì)數(shù)關(guān)系 在在(t(t1 1，t)t)積分，得：積分，得： 在在(t(t1 1，t t2 2) )積分，得：積分，得： L rr tt

12、 Q 2 ln 12 21 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 14/1 41 1、無(wú)限、無(wú)限長(zhǎng)長(zhǎng)單層圓筒壁單層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源） 四、一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)四、一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 1212 12 21 ln2rrrrL rr tt 12 12 lnrr rr rm 令令 當(dāng)2 1 2 r r 時(shí)，可用算術(shù)平均代替 mm A b tt rL b tt Q 2121 2 于是于是 熱阻熱阻 推動(dòng)力推動(dòng)力 對(duì)照：平壁：對(duì)照：平壁： Ab tt Q 21 t t1 r1 t2 r2 0 r b L rr tt Q 2 ln 12 21 -對(duì)數(shù)平均半

13、徑對(duì)數(shù)平均半徑 三種平均的比較 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 15/1 41 對(duì)數(shù)平均、算術(shù)平均、幾何平均的比較對(duì)數(shù)平均、算術(shù)平均、幾何平均的比較： 紅線紅線-算術(shù)平均（最大）算術(shù)平均（最大） 黃線黃線-幾何平均（其次）幾何平均（其次） 綠線綠線-對(duì)數(shù)平均（最?。?duì)數(shù)平均（最?。?平 均 值 x=5時(shí) 對(duì)數(shù)平均對(duì)數(shù)平均 幾何平均幾何平均 算術(shù)平均算術(shù)平均 返回上頁(yè) 且且x與與y相差越大，相差越大， 對(duì)數(shù)平均值與對(duì)數(shù)平均值與x、y 中最小者越接近中最小者越接近 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 16/1 41 2、無(wú)限、無(wú)限長(zhǎng)長(zhǎng)多層圓筒壁多層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)

14、導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源） 四、一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)四、一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 熱熱阻阻 推推動(dòng)動(dòng)力力 qAQ t t1 t2 t3 t4 r1 r2 t2 0 r b1 b2 b3 總熱阻總熱阻 總推動(dòng)力總推動(dòng)力 miii i mmm Ab tt Q Ab tt Ab tt Ab tt Q 3 1 41 333 43 222 32 111 21 對(duì)每一層均有：對(duì)每一層均有： 教材更正：教材更正： P141例例5-4中每米管長(zhǎng)的熱損失計(jì)算式左邊應(yīng)中每米管長(zhǎng)的熱損失計(jì)算式左邊應(yīng) 為為Q，不應(yīng)為，不應(yīng)為Q/L，單位應(yīng)為，單位應(yīng)為W，不應(yīng)為，不應(yīng)為W/m。 化工原理化工原理電子教案電子教

15、案/ /第五章第五章 17/1 41 四、一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)四、一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 思考思考2 2： 氣溫下降，應(yīng)添加衣服，應(yīng)把保暖性好的衣服穿在里面好，還是穿氣溫下降，應(yīng)添加衣服，應(yīng)把保暖性好的衣服穿在里面好，還是穿 在外面好？在外面好？ bb 1 2 QQ 21 bb 2 1 作業(yè)：作業(yè)： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 18/1 41 影響因素影響因素： 接觸面的粗糙程度，接觸面的粗糙程度， 接觸面的壓緊力，接觸面的壓緊力， 接觸面接觸面空隙內(nèi)的流體性質(zhì)?？障秲?nèi)的流體性質(zhì)。 接觸熱阻：接觸熱阻：兩固體之間由于未緊密接觸而導(dǎo)致的兩固體之間由于未緊密接觸而導(dǎo)致的 接觸

16、熱阻一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定或憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)接觸熱阻一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定或憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì) 返回目錄返回目錄 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 19/1 41 第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 回憶：回憶：什么是對(duì)流傳熱？什么是對(duì)流傳熱？ 1 t 2 t Q Q 電熱爐燒水 強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流-湍流流動(dòng)的流體與外界的傳熱湍流流動(dòng)的流體與外界的傳熱 自然對(duì)流自然對(duì)流-靜止靜止 流體、層流流動(dòng)流流體、層流流動(dòng)流 體與外界的傳熱體與外界的傳熱 對(duì)流傳熱系數(shù)，W/m2K 邊界層是對(duì)流傳熱邊界層是對(duì)流傳熱 的主要熱阻所在。的主要熱阻所在。 t tw Q 牛頓冷卻定律：牛頓冷卻定律： w ttAQ 流向流向 近壁

17、面近壁面 傳熱放傳熱放 大圖大圖 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 20/1 41 第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 獲得的主要方法：獲得的主要方法： u理論分析法理論分析法 解析求解、數(shù)值求解解析求解、數(shù)值求解 u實(shí)驗(yàn)法：實(shí)驗(yàn)法： 半理論半經(jīng)驗(yàn)方法，是目前的主要方法。半理論半經(jīng)驗(yàn)方法，是目前的主要方法。 牛頓冷卻定律：牛頓冷卻定律： w ttAQ 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 21/1 41 一、實(shí)驗(yàn)法求一、實(shí)驗(yàn)法求 743無(wú)量綱數(shù)群個(gè)數(shù)變量數(shù)基本量綱數(shù)個(gè) 影響影響 的因素主要有：的因素主要有： 1.引起流動(dòng)的原因引起流動(dòng)的原因：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流：自然

18、對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流 2.流動(dòng)型態(tài)流動(dòng)型態(tài)：層流或湍流：層流或湍流 3.流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)： 、 、cp、 等等 4.傳熱面的形狀、大小、位置傳熱面的形狀、大小、位置：如圓管與平板、垂直與水平、：如圓管與平板、垂直與水平、 管內(nèi)與管外等管內(nèi)與管外等 5.有相變與無(wú)相變有相變與無(wú)相變： cp或汽化潛熱或汽化潛熱r tgulrcf p 或或，或或， 量綱分析法：量綱分析法：回憶第一章有關(guān)內(nèi)容回憶第一章有關(guān)內(nèi)容 用量綱分析法、用量綱分析法、 再結(jié)合實(shí)驗(yàn)，建立再結(jié)合實(shí)驗(yàn)，建立 經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。 定理定理： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 22/1 41 一、實(shí)驗(yàn)法求一、實(shí)驗(yàn)法求

19、 l Nu p c Pr 2 23 Re tgl Gr ul 或或 -格垃曉夫數(shù)格垃曉夫數(shù)Gr是雷諾數(shù)的一種是雷諾數(shù)的一種 變形，相當(dāng)于自然對(duì)流時(shí)的變形，相當(dāng)于自然對(duì)流時(shí)的“雷諾數(shù)雷諾數(shù) ” 無(wú)量綱數(shù)群：無(wú)量綱數(shù)群： -努塞爾數(shù)，表示導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流熱阻之比努塞爾數(shù)，表示導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流熱阻之比 -普朗特?cái)?shù)，反映物性的影響。普朗特?cái)?shù)，反映物性的影響。 一般地，氣體的一般地，氣體的Pr1 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 23/1 41 一、實(shí)驗(yàn)法求一、實(shí)驗(yàn)法求 PrRe，或或GrfNu 故故 定性溫度：確定物性的溫度，有兩種定性溫度：確定物性的溫度，有兩種 2 出出進(jìn)進(jìn) tt t

20、m 2 主體主體壁壁 tt tm 主體平均溫度主體平均溫度 膜溫膜溫 l Nu p c Pr 2 23 Re tgl Gr ul 或或 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 24/1 41 二、各種情形下的二、各種情形下的 經(jīng)驗(yàn)式經(jīng)驗(yàn)式 （一）（一） 無(wú)相變時(shí)無(wú)相變時(shí) 1015. 018 . 0 3 1 Grf 當(dāng)當(dāng)Gr25000，需考慮自然對(duì)流對(duì)傳熱的影響，式需考慮自然對(duì)流對(duì)傳熱的影響，式（5-5- 6565）乘上一個(gè)大于乘上一個(gè)大于1的校正系數(shù)：的校正系數(shù)： 1、管內(nèi)層流、管內(nèi)層流 時(shí)時(shí) 0.6Pr6700， Gr25000（自然對(duì)流影響可以忽略），自然對(duì)流影響可以忽略），

21、溫差（壁溫與流體主體溫度之差）不大。溫差（壁溫與流體主體溫度之差）不大。 使用范圍為：使用范圍為： 管子的進(jìn)口段，管子的進(jìn)口段， 恒壁溫、恒壁溫、 Re2300、 思考：思考：為什么需為什么需乘上一乘上一 個(gè)大于個(gè)大于1 1的校正系數(shù)？的校正系數(shù)？ 見教材見教材P166頁(yè)式（頁(yè)式（5-65） -傳熱主要以導(dǎo)熱方式為主（有時(shí)有自然對(duì)流）傳熱主要以導(dǎo)熱方式為主（有時(shí)有自然對(duì)流） 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 25/1 41 二、各種情形下的二、各種情形下的 經(jīng)驗(yàn)式經(jīng)驗(yàn)式 2 2、管內(nèi)湍流、管內(nèi)湍流 （教材式（教材式5-63） 被被冷冷卻卻 被被加加熱熱 3 . 0 4 . 0

22、 PrRe023. 0 8 . 0 n n Nu n 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 26/1 41 二、各種情形下的二、各種情形下的 經(jīng)驗(yàn)式經(jīng)驗(yàn)式 2 2、管內(nèi)湍流、管內(nèi)湍流 （教材式（教材式5-63） 被被冷冷卻卻 被被加加熱熱 3 . 0 4 . 0 PrRe023. 0 8 . 0 n n Nu n 20 80 . . d u d Nu p c Pr 思考思考1 1： 與與u、d有何比例關(guān)系？有何比例關(guān)系？ 思考思考2：為什么加熱時(shí)為什么加熱時(shí)n取取0.4，冷卻時(shí)取，冷卻時(shí)取0.3？ 氣體的氣體的Pr1 等溫等溫 液體被加熱液體被加熱 或氣體被冷卻或氣體被冷卻 液體

23、被冷卻液體被冷卻 或氣體被加熱或氣體被加熱 速度分布速度分布 時(shí)，時(shí)， 變大變大 時(shí)，時(shí)， 變小變小 作業(yè)：作業(yè)： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 27/1 41 Why？ Why？ 因?yàn)椋汗軆?nèi)未充因?yàn)椋汗軆?nèi)未充 分發(fā)展，層流底分發(fā)展，層流底 層較薄，熱阻較層較薄，熱阻較 小。小。 若不滿足適用范圍時(shí)，需修正：若不滿足適用范圍時(shí)，需修正： （1）對(duì)于短管，）對(duì)于短管，L/d100即可達(dá)到湍流。式（即可達(dá)到湍流。式（5-72） 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 29/1 41 二、各種情形下的二、各種情形下的 經(jīng)驗(yàn)式經(jīng)驗(yàn)式 4 4、自然對(duì)流、自然對(duì)流 （大空

24、間）（大空間） n GrCNu，Pr C、n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。 式（式（5-75） 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 30/1 41 二、各種情形下的二、各種情形下的 經(jīng)驗(yàn)式經(jīng)驗(yàn)式 （二）有相變（二）有相變 滴狀冷凝滴狀冷凝 膜狀冷凝膜狀冷凝 熱流方向 蒸汽 ts 熱流方向 蒸汽 ts 膜膜滴滴 豎直壁面：豎直壁面：先層流，后湍流先層流，后湍流 層流：式（層流：式（5-79）、式（）、式（5-79 b ） 湍流：式（湍流：式（5-82） 1 1、冷凝傳熱、冷凝傳熱 沸騰沸騰 冷凝冷凝 膜狀冷凝：膜狀冷凝： 液膜是主要熱阻液膜是主要熱阻 水平圓管外：水平圓管外： 層流：式

25、（層流：式（5-80） 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 31/1 41 why？ 水平管束：水平管束： 膜狀冷凝傳熱的強(qiáng)化膜狀冷凝傳熱的強(qiáng)化： v 減薄冷凝液液膜厚度減薄冷凝液液膜厚度； v選擇正確的蒸汽流動(dòng)方向；選擇正確的蒸汽流動(dòng)方向； v在傳熱面上垂直方向上刻槽或安裝若干條金屬絲等；在傳熱面上垂直方向上刻槽或安裝若干條金屬絲等； v用過(guò)熱蒸汽；用過(guò)熱蒸汽； v及時(shí)排放不凝性氣體。及時(shí)排放不凝性氣體。 第一排的第一排的 與單管相似，與單管相似， 第二排的第二排的 比第一排小，比第一排小， 第三排的第三排的 比第二排小，比第二排小， 若干排后，若干排后， 基本上不變?；旧?/p>

26、不變。 平均平均 比單排的?。ㄊ奖葐闻诺男。ㄊ?-80與與5-80a對(duì)比）對(duì)比） 。 膜狀冷凝：膜狀冷凝： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 32/1 41 二、各種情形下的二、各種情形下的 經(jīng)驗(yàn)式經(jīng)驗(yàn)式 2 2、沸騰傳熱（大容積）、沸騰傳熱（大容積） （1）產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象的必要條件：）產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象的必要條件： 液體過(guò)熱、液體過(guò)熱、 有汽化核心有汽化核心 （2 2）沸騰傳熱機(jī)理：）沸騰傳熱機(jī)理：氣泡的不斷形成、長(zhǎng)大、脫離壁面，氣泡的不斷形成、長(zhǎng)大、脫離壁面， 熱量隨氣泡被帶入液體內(nèi)部；同時(shí)引起液體的攪動(dòng)。熱量隨氣泡被帶入液體內(nèi)部；同時(shí)引起液體的攪動(dòng)。 化工原理化工原理電子教案電

27、子教案/ /第五章第五章 33/1 41 二、各種情形下的二、各種情形下的 經(jīng)驗(yàn)式經(jīng)驗(yàn)式 （3 3）大容積沸騰傳熱的沸騰曲線）大容積沸騰傳熱的沸騰曲線 加加熱熱 tw ts 氣 泡 產(chǎn)生 和 脫 離頻 率很快 大量氣泡 在加熱面 上匯合， 形成蒸汽 膜 沸沸 騰騰 曲曲 線線 log 過(guò)熱度（tw-ts） 過(guò)熱度不大，過(guò)熱度不大， 氣泡沒有；氣泡沒有； 輻射影 響加強(qiáng) 膜狀沸騰膜狀沸騰 自然對(duì)流自然對(duì)流核狀沸騰核狀沸騰 工業(yè)上常用工業(yè)上常用 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 34/1 41 二、各種情形下的二、各種情形下的 經(jīng)驗(yàn)式經(jīng)驗(yàn)式 （4）核狀沸騰傳熱系數(shù)的主要影響因素：

28、）核狀沸騰傳熱系數(shù)的主要影響因素： 表面粗糙度：表面粗糙度：粗糙表面粗糙表面 大，但粗糙度達(dá)到一定極限后，大，但粗糙度達(dá)到一定極限后， 就基本上沒影響了。就基本上沒影響了。 過(guò)熱度：過(guò)熱度： 與與 t t的的2 23 3次方成正比。次方成正比。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 35/1 41 二、各種情形下的二、各種情形下的 經(jīng)驗(yàn)式經(jīng)驗(yàn)式 對(duì)流傳熱系數(shù)小結(jié)對(duì)流傳熱系數(shù)小結(jié) 有相變有相變 無(wú)相變無(wú)相變 自然對(duì)流自然對(duì)流 管束外管束外 水平圓管外水平圓管外 外壁外壁 湍流湍流 層流層流 管內(nèi)管內(nèi) 沸騰傳熱沸騰傳熱 冷凝傳熱冷凝傳熱 注意經(jīng)驗(yàn)式的適用范圍、定性溫度、定性尺寸注意經(jīng)

29、驗(yàn)式的適用范圍、定性溫度、定性尺寸 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 36/1 41 的數(shù)量級(jí)的數(shù)量級(jí) KmW KmW 2 2 /30030 /255 強(qiáng)強(qiáng)制制對(duì)對(duì)流流： 自自然然對(duì)對(duì)流流： KmW KmW KmW KmW 2 2 2 2 /300001500 /150005000 /80001000 /1000200 水沸騰：水沸騰： 蒸汽冷凝：蒸汽冷凝： 強(qiáng)制對(duì)流：強(qiáng)制對(duì)流： 自然對(duì)流：自然對(duì)流： 空氣中空氣中 水中水中 無(wú)無(wú)相相變變有有相相變變 自自然然強(qiáng)強(qiáng)制制 gl 總之：總之： KmW KmW 2 2 /3000500 /1500500 蒸蒸汽汽冷冷凝凝： 強(qiáng)強(qiáng)制制

30、對(duì)對(duì)流流： 油類中油類中 返回目錄返回目錄 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 37/1 41 第四節(jié)第四節(jié) 間壁式換熱器的傳熱間壁式換熱器的傳熱 換熱器是導(dǎo)熱方式、對(duì)流傳熱方式在工業(yè)換熱器是導(dǎo)熱方式、對(duì)流傳熱方式在工業(yè) 應(yīng)用中的典型代表。故在介紹完導(dǎo)熱和對(duì)流傳應(yīng)用中的典型代表。故在介紹完導(dǎo)熱和對(duì)流傳 熱之后，我們接著介紹換熱器的傳熱過(guò)程及計(jì)熱之后，我們接著介紹換熱器的傳熱過(guò)程及計(jì) 算（教材第三節(jié)）。算（教材第三節(jié)）。 首先，需簡(jiǎn)單了解一下?lián)Q熱器的結(jié)構(gòu)（教首先，需簡(jiǎn)單了解一下?lián)Q熱器的結(jié)構(gòu)（教 材第六章），以便正確地進(jìn)行換熱器的計(jì)算。材第六章），以便正確地進(jìn)行換熱器的計(jì)算。 化工

31、原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 38/1 41 第四節(jié)第四節(jié) 間壁式換熱器的傳熱間壁式換熱器的傳熱 一、換熱器簡(jiǎn)介一、換熱器簡(jiǎn)介 T t 間壁式 熱流體 蓄熱式 t T 直接接觸式 冷流體 蓄熱式蓄熱式 間壁式間壁式 直接接觸式直接接觸式 分類分類 換熱器在我國(guó)石油化工、煉油、換熱器在我國(guó)石油化工、煉油、 冶金、輕工、制藥、食品等行業(yè)冶金、輕工、制藥、食品等行業(yè) 應(yīng)用極為普遍，占全部工藝設(shè)備應(yīng)用極為普遍，占全部工藝設(shè)備 投資的投資的2040。 冷熱流體直接接觸，傳熱冷熱流體直接接觸，傳熱 直接、效率高、熱阻小直接、效率高、熱阻小 冷熱流體隔一固體壁面冷熱流體隔一固體壁面 ，傳熱

32、效率不如直接接，傳熱效率不如直接接 觸式。工業(yè)應(yīng)用最廣。觸式。工業(yè)應(yīng)用最廣。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 39/1 41 間壁式換熱器：間壁式換熱器： 管式：管式：套管式套管式*、列管式、列管式* 、 蛇管式、噴淋式蛇管式、噴淋式 板式：螺旋板、板式、板式：螺旋板、板式、 板翅式、翅片管式板翅式、翅片管式 熱管：熱管： 夾套式：夾套式： 請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 以后再介紹以后再介紹 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 40/1 41 t1 T2 T1 t2 雙管程、雙殼程 t1 T1 T2 t2 單管程、單殼程 t1 T2 T1 t2 雙管程列管式

33、 列管式換熱器：列管式換熱器： 管程數(shù)：?jiǎn)喂艹獭㈦p管程、多管程管程數(shù)：?jiǎn)喂艹?、雙管程、多管程 殼程數(shù)：?jiǎn)螝こ?、雙殼程、多殼程殼程數(shù)：?jiǎn)螝こ?、雙殼程、多殼程 四管程請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 冷、熱流體一冷、熱流體一 次經(jīng)過(guò)換熱器次經(jīng)過(guò)換熱器 管程流體兩次管程流體兩次 經(jīng)過(guò)換熱器經(jīng)過(guò)換熱器 管程、殼程流體管程、殼程流體 兩次經(jīng)過(guò)換熱器兩次經(jīng)過(guò)換熱器 管程流體四次管程流體四次 經(jīng)過(guò)換熱器經(jīng)過(guò)換熱器 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 41/1 41 二、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程分析二、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程分析 2 1 T1 T2 三個(gè)串聯(lián)傳熱環(huán)節(jié)：三個(gè)串聯(lián)傳熱環(huán)節(jié)： u熱流體側(cè)的

34、對(duì)流傳熱熱流體側(cè)的對(duì)流傳熱 u間壁的導(dǎo)熱間壁的導(dǎo)熱 u冷流體側(cè)的對(duì)流傳熱冷流體側(cè)的對(duì)流傳熱 傳傳 熱熱 邊界層是傳熱的邊界層是傳熱的 主要熱阻所在。主要熱阻所在。 間間 壁壁 熱熱 流流 體體 冷冷 流流 體體 流向流向 流向流向 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 42/1 41 三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算 2211 11 dA tt dA b tT dA TT dQ x w m ww x w mmx tKAdAtKtdAKQ 出出 進(jìn)進(jìn) 出出 進(jìn)進(jìn) 1、 總傳熱速率方程總傳熱速率方程 （總）傳熱系數(shù)，單位（總）傳熱系數(shù)，單位W/m2K T

35、Tw tw t T1 T2 2211 111 dAdA b dAdAK xmxx 式中：式中： 牛頓冷卻定律：牛頓冷卻定律： ttAQ w 熱流體側(cè)的熱流體側(cè)的 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 dQ 間壁的間壁的 導(dǎo)熱導(dǎo)熱 總總熱熱阻阻 總總推推動(dòng)動(dòng)力力 2211 11 dAdA b dA tT xmx dAK tT x 1 其中其中dA可取可取dA1、dAm、dA2等。等。 -總傳熱速率方程總傳熱速率方程 冷流體側(cè)的冷流體側(cè)的 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 43/1 41 三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算 m tKAQ 1222 2111

36、 ttcm TTcmQ ps ps rmQ s -總傳熱熱阻總傳熱熱阻 KA 1 T Tw tw t T1 T2 t2 Q 2、Q的計(jì)算的計(jì)算 無(wú)相變時(shí)：無(wú)相變時(shí)： 有相變時(shí)：有相變時(shí)： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 44/1 41 三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算 （1）查經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：表）查經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：表5-6 （2）實(shí)驗(yàn)測(cè)定）實(shí)驗(yàn)測(cè)定 （3）分析計(jì)算）分析計(jì)算 2211 111 dAdA b dAdAK xmxx 2211 111 AA b AKA m 若若 取取平均，微元面積可以用有限傳熱面積替代，則平均，微元面積可以用有限傳熱面積替代，則

37、（其中（其中A可取可取A1、Am、A2均可）均可） 3、 K的計(jì)算的計(jì)算 分析計(jì)算公式：分析計(jì)算公式： 前面已推得：前面已推得： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 45/1 41 三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算 T Tw tw t T1 T2 t2 Q 222 2 1 1 11 1 A A A A R A Ab A A R A A K s m s 考慮到實(shí)際傳熱時(shí)，間壁兩側(cè)還有污垢熱阻，則上式變?yōu)椋嚎紤]到實(shí)際傳熱時(shí)，間壁兩側(cè)還有污垢熱阻，則上式變?yōu)椋?（其中（其中A可取可取A1、Am、A2均可）均可） 總總 熱熱 阻阻 對(duì)流對(duì)流 熱阻熱阻 污垢污

38、垢 熱阻熱阻 導(dǎo)熱導(dǎo)熱 熱阻熱阻 污垢污垢 熱阻熱阻 對(duì)流對(duì)流 熱阻熱阻 若等號(hào)右邊五項(xiàng)熱阻中有一項(xiàng)特別大，若等號(hào)右邊五項(xiàng)熱阻中有一項(xiàng)特別大， 則總熱阻則總熱阻1/K的數(shù)值主要取決于這一最大者，的數(shù)值主要取決于這一最大者， 這一最大熱阻稱為這一最大熱阻稱為控制熱阻控制熱阻。 設(shè)法減小控制熱阻的值，可以顯著地改善設(shè)法減小控制熱阻的值，可以顯著地改善 換熱器的傳熱效果。換熱器的傳熱效果。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 46/1 41 作業(yè)：作業(yè)： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 47/1 41 三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算三、間壁式換熱器的傳熱過(guò)程計(jì)算

39、4、 tm的計(jì)算的計(jì)算 T t t 0 A tTt m （1）恒溫差傳熱）恒溫差傳熱 T Tw tw t mx tKAtdAKQ 出出 進(jìn)進(jìn) T Tt t Q - t 恒定不變，故恒定不變，故 冷冷 凝凝 沸沸 騰騰 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 48/1 41 T t t2 t1 0 A T1 T2 t t 0 A T1 并流 T2 t t2 t1 0 A T1 t2 逆流 T2 t t1 0 A （2）變溫差傳熱）變溫差傳熱 T Tw tw t T1 T2 mx tKAtdAKQ 出出 進(jìn)進(jìn) - t 處處不等處處不等 冷凝冷凝 沸騰沸騰 無(wú)相變無(wú)相變 無(wú)相變無(wú)相變 無(wú)

40、相變無(wú)相變 無(wú)相變無(wú)相變 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 49/1 41 （2）變溫差傳熱）變溫差傳熱 tdAKdQ 11 22 mp mp dQq c dT dQq c dt 11 22 1 1 mp mp dT dQq c dt dQq c 2211 11 mpmp d T t B dQq cq c B td dQ tdAK B td 2 1 1 0 t t Q td B dQ T1 t2 逆流 T2 t t1 0 dA A KA t t B 2 1 ln 1 以冷、熱流體均無(wú)相變、逆流流動(dòng)為例：以冷、熱流體均無(wú)相變、逆流流動(dòng)為例： B tt Q 21 前面已推得：前面

41、已推得： 2 1 ln 1 t t KA B t2 t1 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 50/1 41 T1 t1 t2 逆流 T2 t t2 t1 0 A 2 1 21 ln t t tt KAQ 2 1 21 ln t t tt tm -對(duì)數(shù)平均溫差 （逆、并流適用）（逆、并流適用） m tKAQ 對(duì)照對(duì)照得：得： 作業(yè)：作業(yè)： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 51/1 41 錯(cuò)流 折流 逆逆,mm tt 若流動(dòng)非逆、并流，如錯(cuò)流、折流，則若流動(dòng)非逆、并流，如錯(cuò)流、折流，則 tm需采用相應(yīng)需采用相應(yīng) 的計(jì)算式，如式的計(jì)算式，如式5-25。 工程上，

42、為了簡(jiǎn)便計(jì)算，工程上，為了簡(jiǎn)便計(jì)算， tm常用下述方法：常用下述方法： PRf, 12 21 tt TT R 11 12 tT tt P 其中：其中： t1 T1 T2 t2 列管式 根據(jù)根據(jù)R、P查圖查圖 思考思考1：證明，相同進(jìn)證明，相同進(jìn) 出口溫度下，出口溫度下， tm,逆 逆總 總 是大于是大于 tm,并 并。 。 思考思考2：為什么為什么 總是總是 小于小于1？ 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 52/1 41 小結(jié)小結(jié) 222 2 1 1 11 1 A A A A R A Ab A A R A A K s m s LMTD法法-對(duì)數(shù)平均溫差法對(duì)數(shù)平均溫差法 Log

43、arithmic Mean Temperature Diffrence 1 2 12 ln t t tt tm （逆、并流）（逆、并流） （其他流動(dòng)情況）其他流動(dòng)情況） m tKAQ 2111 TTcmQ ps 1222 ttcmQ ps 逆逆,mm tt 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 53/1 41 5、傳熱單元數(shù)法（、傳熱單元數(shù)法（ -NTU） 22 11 1 ps ps R cm cm C 11 22 2 ps ps R cm cm C 11 12 2 tT tt 11 21 1 tT TT 1 2 1 T T tT dT NTU 11 0 11ps A ps x

44、cm KA cm dAK 2 1 2 t t tT dt NTU 22 0 22ps A ps x cm KA cm dAK tTdAKdtcmdTcmdQ xpsps 2211 回回憶憶： 引入引入3個(gè)無(wú)量綱數(shù)群個(gè)無(wú)量綱數(shù)群： 熱容流量之比熱容流量之比CR： 傳熱效率傳熱效率 ： 傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù)NTU： 傳熱單元數(shù)法公式推導(dǎo)：傳熱單元數(shù)法公式推導(dǎo)： 熱熱 流流 體體 冷冷 流流 體體 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 54/1 41 5、傳熱單元數(shù)法（、傳熱單元數(shù)法（ -NTU） T1 t2 T2 t t1 0 A BKA t t 1 2 ln 1122 11 psp

45、s cmcm B 11 12 12 12 11 21 1211 2111 1121 1112 21 12 1 2 1 1 tT tt tt tt tT TT tttT TTtT tttT TTtT tT tT t t 2 22 11 12 11 12 11 22 1 1 1 1 R ps ps C tT tt tT tt cm cm 以逆流為例：以逆流為例： () 前面已推得：前面已推得： 22 2 ps cm KA NTU 11 22 2 ps ps R cm cm C 11 12 2 tT tt 2 2211 22 22 1 1 1 1 R psps ps ps C cmcm cm cm

46、化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 55/1 41 5、傳熱單元數(shù)法（、傳熱單元數(shù)法（ -NTU） 222 222 22 11 1 1 ln RR ps R CNTUC cm KAC 代入式代入式（ ）中得：中得： 222 22 2 1exp1 1exp1 NTUCC NTUC RR R （逆流總傳熱速率方程） RR R CC C NTUor 1 1 1ln 1 1 （逆流總傳熱速率方程） 類似地，有類似地，有 111 11 1 1exp1 1exp1 NTUCC NTUC RR R 故可統(tǒng)一寫成：故可統(tǒng)一寫成： NTUCC NTUC RR R 1exp1 1exp1 （逆流總

47、傳熱速率方程） 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 56/1 41 5、傳熱單元數(shù)法（、傳熱單元數(shù)法（ -NTU） , R CfNTU 可可見見 R R C NTUC 1 1exp1 （并流總傳熱速率方程） 參見圖參見圖5-2022 類似推導(dǎo)可得并流時(shí)：類似推導(dǎo)可得并流時(shí)： u已知已知CR、 、NTU三者中任意兩項(xiàng)，查圖或用公式可以三者中任意兩項(xiàng)，查圖或用公式可以 很方便地求出另外一項(xiàng)。很方便地求出另外一項(xiàng)。 u圖圖5-2022的規(guī)律：的規(guī)律：（比公式直觀?。ū裙街庇^！） CR一定時(shí)，一定時(shí)，NTU ，則，則； NTU一定時(shí)，一定時(shí)， CR ，則，則。 化工原理化工原理電子

48、教案電子教案/ /第五章第五章 57/1 41 1 1 1 NTU RR R CC C NTU 1 1 1ln 1 1 （逆流總傳熱速率方程） 表示為相變過(guò)程。表示為相變過(guò)程。 22 11 1 ps ps R cm cm C 11 22 2 ps ps R cm cm C 思考思考1：使用式（使用式（5-44）、（）、（5-45）時(shí)，是否有必要先判斷哪）時(shí)，是否有必要先判斷哪 種流體的熱容流量較??？種流體的熱容流量較??？ 思考思考2：逆流時(shí)，若逆流時(shí)，若CR=1，則，則NTU=？ 思考思考3： CR=0代表什么含義？代表什么含義？ 不必不必 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章

49、58/1 41 為什么稱為什么稱 為為“傳熱效率傳熱效率”？ 最最大大可可能能傳傳熱熱速速率率 率率冷冷流流體體實(shí)實(shí)際際吸吸收收熱熱量量速速 max Q Q 最最大大可可能能傳傳熱熱速速率率 率率熱熱流流體體實(shí)實(shí)際際放放出出熱熱量量速速 max Q Q 12222111 ttcmTTcmQ psps 11 min max tTmcQ p max Q Q 最大可能傳熱速率最大可能傳熱速率 實(shí)際傳熱速率實(shí)際傳熱速率 實(shí)際傳熱速率：實(shí)際傳熱速率： 最大可能傳熱速率：最大可能傳熱速率： 當(dāng)熱流體的熱容流量當(dāng)熱流體的熱容流量ms1cp1最小時(shí)最小時(shí) 當(dāng)冷流體的熱容流量當(dāng)冷流體的熱容流量ms2cp2最小時(shí)

50、：最小時(shí)： 11 12 2 tT tt 11 21 1 tT TT 的物理意義：的物理意義： -傳熱效率傳熱效率 -傳熱效率傳熱效率 1 11 21 tT TT 2 11 12 tT tt -傳熱效率傳熱效率 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 59/1 41 為什么稱為什么稱NTU為為“傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù)”？ T1 t2 T2 t1 0 A T(3) T(4) T(1) t(2) t(3) t(1) t(4) T(2) 溫溫升升（或或溫溫降降）平平均均傳傳熱熱推推動(dòng)動(dòng)力力 傳熱單元 什么是什么是“傳熱單元傳熱單元”？ 什么是什么是“傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù)”？ 傳熱單元的個(gè)數(shù)傳

51、熱單元的個(gè)數(shù)-傳熱傳熱 單元數(shù)。單元數(shù)。 如圖，傳熱單元數(shù)為如圖，傳熱單元數(shù)為5。 km t . ) 1()( ) 1()( kk kk ttor TT 以逆流為例，將整個(gè)傳熱面分成若干段，以逆流為例，將整個(gè)傳熱面分成若干段，每一段均滿足：每一段均滿足： 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 60/1 41 為什么稱為什么稱NTU為為“傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù)”？ T1 t2 T2 t1 0 A T(3) T(4) T(1) t(2) t(3) t(1) t(4) T(2) 傳熱單元 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 1 NTU 1 )1

52、( )( )1( )2( )1( )1( 2 T T T T T T T T N k k t dT 1 2 T T tT dT Nm N km kk t TT t TT . )1(1 . )1()( 2 . )1()2( 1 . 2)1( mm t TT t TT 個(gè)（傳熱單元）個(gè)（傳熱單元）N 111 1 2 1 T T tT dT NTU 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 61/1 41 傳熱單元數(shù)的幾何意義：傳熱單元數(shù)的幾何意義： tT 1 T2 T1 T 1 2 1 T T tT dT NTU 11ps cm KA 思考思考1 1：傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù) 大好還是小好？

53、大好還是小好？ NTU就是圖中陰影部分面積就是圖中陰影部分面積 如圖，如圖，NTU小就意味著達(dá)小就意味著達(dá) 到相同的出口溫度（到相同的出口溫度（T2或或 t2）時(shí)，所需的）時(shí)，所需的A小。小。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 62/1 41 小結(jié)小結(jié) -NTU法法 , R CfNTU 其其余余情情況況： （逆流時(shí)） R R C NTUC 1 1exp1 （并流時(shí)） NTUCC NTUC RR R 1exp1 1exp1 或查圖或查圖5-205-20 或查圖或查圖5-215-21 查圖查圖 22 11 1 ps ps R cm cm C 11 22 2 ps ps R cm

54、cm C 11 12 2 tT tt 11 21 1 tT TT 11 1 ps cm KA NTU 22 2 ps cm KA NTU 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 63/1 41 LMTD法與法與 -NTU法比較法比較 v兩種方法本質(zhì)相同，至少應(yīng)熟練掌握其中一種方法；兩種方法本質(zhì)相同，至少應(yīng)熟練掌握其中一種方法； v使用時(shí)方便程度各有優(yōu)劣。詳見下面的習(xí)題課內(nèi)容。使用時(shí)方便程度各有優(yōu)劣。詳見下面的習(xí)題課內(nèi)容。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 64/1 41 習(xí)題課習(xí)題課 操作型操作型 設(shè)計(jì)型設(shè)計(jì)型 -根據(jù)換熱任務(wù)，求取換熱器面積。根據(jù)換熱任務(wù)，求取換

55、熱器面積。 -操作條件改變后，對(duì)已有的換熱器換熱操作條件改變后，對(duì)已有的換熱器換熱 能力或出口溫度進(jìn)行核算。能力或出口溫度進(jìn)行核算。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 65/1 41 習(xí)題課習(xí)題課-設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例 水 t2 2=3.5kW/m2K cp2=4.187 kJ/kgK 216kg/h 油 216kg/h T2=80? T1=150? cp1=2.0 kJ/kgK， t1=20? 1=1.5 kW/m2K 【例例1】在套管式油冷卻器里，熱油在在套管式油冷卻器里，熱油在 25 2.5mm的金屬管的金屬管 內(nèi)流動(dòng)，冷卻水在套管環(huán)隙內(nèi)流動(dòng)，油和水的質(zhì)量流量皆

56、內(nèi)流動(dòng)，冷卻水在套管環(huán)隙內(nèi)流動(dòng)，油和水的質(zhì)量流量皆 為為216kg/h，油的進(jìn)、出口溫度分別為油的進(jìn)、出口溫度分別為150和和80，水的進(jìn)，水的進(jìn) 口溫度為口溫度為20。油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為。油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為1.5kW/m2K，水側(cè)的對(duì)水側(cè)的對(duì) 流傳熱系數(shù)為流傳熱系數(shù)為3.5kW/m2K ，油的比熱為油的比熱為2.0kJ/kgK 。 試分別計(jì)算逆流和并流操作所需要的管長(zhǎng)。試分別計(jì)算逆流和并流操作所需要的管長(zhǎng)。 忽略污垢熱阻及管壁導(dǎo)熱熱阻。忽略污垢熱阻及管壁導(dǎo)熱熱阻。 25 2.5mm 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 66/1 41 20187. 4801500 . 2 2

57、t Ct 4 .53 2 12 21 1221 ln tT tT tTtT tm ，逆逆 skJ TTcmQ ps 4 . 8 801500 . 2 3600 216 2111 【解法一解法一】 ： LMTD 法法 5 . 3 1 02. 05 . 1 025. 0111 2121 內(nèi)內(nèi) 外外 內(nèi)內(nèi) 外外 d d A A K KmkWK 2 894. 0 逆逆外外逆逆 LdtKQ m mL56. 1 逆逆 逆流時(shí)：逆流時(shí)： (以外表面為基準(zhǔn)以外表面為基準(zhǔn)) 水 t2 2=3.5kW/m2K cp2=4.187 kJ/kgK 216kg/h 油 216kg/h T2=80 T1=150 cp1=

58、2.0 kJ/kgK， t1=20 1=1.5 kW/m2K 25 2.5mm 222 2 1 1 11 1 A A A A R A Ab A A R A A K s m s 1 2 12 ln t t tt tm m tKAQ 2111 TTcmQ ps 1222 ttcmQ ps C 9 .76 2080 4 .53150 ln 20804 .53150 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 67/1 41 222 2 1 1 11 1 A A A A R A Ab A A R A A K s m s 1 2 12 ln t t tt tm m tKAQ 2111 TTcmQ

59、 ps 1222 ttcmQ ps C tT tT tTtT t t tt tm 1 .65 lnln 22 11 2211 1 2 12 ，并并 并并外外 并并 m tdK Q L 水 t1=20 2=3.5kW/m2K cp2=4.187 kJ/kgK 216kg/h 油 216kg/h T2=80 T1=150 cp1=2.0 kJ/kgK， t2 1=1.5 kW/m2K 25 2.5mm Ct 4 .53 2 Q、t2、K與逆流時(shí)相同與逆流時(shí)相同 skJQ4 . 8 KmkWK 2 894. 0 (以外表面為基準(zhǔn)以外表面為基準(zhǔn)) 并流時(shí)：并流時(shí)： m83. 1 化工原理化工原理電子教

60、案電子教案/ /第五章第五章 68/1 41 T1 T2 t2 t2 t1 t1 0 A 并并逆逆,mm tt 結(jié)論：在相同條件下，結(jié)論：在相同條件下， 并并逆逆 AA 逆流逆流 并流并流 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第五章第五章 69/1 41 逆流時(shí)：逆流時(shí)： 22 11 1 ps ps R cm cm C 11 21 1 tT TT 910. 0 1 NTU 按冷、熱流體當(dāng)中的任按冷、熱流體當(dāng)中的任 一計(jì)算均可。以下以熱流密一計(jì)算均可。以下以熱流密 度最小的熱流體為基準(zhǔn)計(jì)算。度最小的熱流體為基準(zhǔn)計(jì)算。 代入式（代入式（1）得：）得： 478. 0 187. 4 0 . 2 2