制藥工程原理與設備傳熱

1、第第 四四 章章 傳傳 熱熱4.1 4.1 概概 述述 4.1.1 4.1.1 傳熱過程在化工生產(chǎn)中的應用傳熱過程在化工生產(chǎn)中的應用傳熱：由于溫度差而引起的熱量傳遞過程。（熱傳遞）傳熱：由于溫度差而引起的熱量傳遞過程。（熱傳遞）在化工生產(chǎn)中作用：加熱、冷卻、保溫在化工生產(chǎn)中作用：加熱、冷卻、保溫推動力：溫度差。溫度差越大，傳遞的熱量也越多。推動力：溫度差。溫度差越大，傳遞的熱量也越多。熱流方向：高溫熱流方向：高溫 低溫低溫化工生產(chǎn)中所涉及的傳熱過程有以下兩類：化工生產(chǎn)中所涉及的傳熱過程有以下兩類：（1 1）強化傳熱過程：加熱或冷卻物料，要求傳遞速率越高越好。）強化傳熱過程：加熱或冷卻物料，要求

2、傳遞速率越高越好。（2 2）削弱傳熱過程削弱傳熱過程：設備及管道的保溫，要求傳遞速率越低越好。：設備及管道的保溫，要求傳遞速率越低越好。學習傳熱的目的：學習傳熱的目的： （1 1）分析影響傳熱速率的因素。）分析影響傳熱速率的因素。 （2 2）掌握控制傳熱速率的一般規(guī)律。）掌握控制傳熱速率的一般規(guī)律。 （3 3）根據(jù)生產(chǎn)要求選擇適宜的換熱器）根據(jù)生產(chǎn)要求選擇適宜的換熱器4.1.24.1.2傳熱的基本方式傳熱的基本方式 根據(jù)傳熱機理不同，傳熱的基本方式有三種：根據(jù)傳熱機理不同，傳熱的基本方式有三種： 熱傳導、熱對流和熱輻射。熱傳導、熱對流和熱輻射。 1 1熱傳導熱傳導 熱傳導熱傳導（導熱）：（導熱

3、）：物體各部分之間不發(fā)生相對位移，依靠原子、物體各部分之間不發(fā)生相對位移，依靠原子、 分子、自由電子等微觀粒子的熱流運動而引分子、自由電子等微觀粒子的熱流運動而引 起的熱量傳遞。起的熱量傳遞。熱傳導的條件：當物體內(nèi)部或兩個直接接觸的物體之間存在著溫度差。熱傳導的條件：當物體內(nèi)部或兩個直接接觸的物體之間存在著溫度差。 熱能從物體的溫度較高部分傳到溫度較低部分。熱能從物體的溫度較高部分傳到溫度較低部分。金屬固體：依靠自由電子的運動。不良導體的固體和大部分液體：依靠原子、分子碰金屬固體：依靠自由電子的運動。不良導體的固體和大部分液體：依靠原子、分子碰撞傳遞熱量。氣體：分子的不規(guī)則運動而引起的。撞傳遞

4、熱量。氣體：分子的不規(guī)則運動而引起的。2 2熱對流熱對流 熱對流：由于流體質(zhì)點的位移和混合，將熱能由一處傳至另一處的熱對流：由于流體質(zhì)點的位移和混合，將熱能由一處傳至另一處的 傳遞熱量的方式。傳遞熱量的方式。熱對流過程中往往伴有熱傳導。熱對流過程中往往伴有熱傳導。對流類型：強制對流對流類型：強制對流：流體的運動是由于受到外力的作用：流體的運動是由于受到外力的作用 ( (如風機、水泵或其它外界壓力等如風機、水泵或其它外界壓力等) )所引起；所引起； 自然對流：自然對流：流體的運動是由于流體內(nèi)部冷、熱部分的流體的運動是由于流體內(nèi)部冷、熱部分的 密度不同而引起密度不同而引起工程中通常將流體和固體壁面

5、之間的傳熱稱為對流傳熱。工程中通常將流體和固體壁面之間的傳熱稱為對流傳熱。 3 3熱輻射熱輻射熱輻射：因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。熱輻射：因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。輻射傳熱：物體間相互輻射和吸收能量的總結(jié)果。輻射傳熱：物體間相互輻射和吸收能量的總結(jié)果。方向：高溫方向：高溫 低溫低溫熱輻射的電磁波波長范圍熱輻射的電磁波波長范圍0.380.38100m100m，可見光和紅外線范圍。，可見光和紅外線范圍。特點：兩物體不相接觸，也不需任何介質(zhì)。特點：兩物體不相接觸，也不需任何介質(zhì)。實際上上述三種傳熱方式往往是同時出現(xiàn)的。實際上上述三種傳熱方式往往是同時出現(xiàn)的。4.1.3 4.1.

6、3 間壁換熱過程的剖析間壁換熱過程的剖析 1 1間壁式換熱器間壁式換熱器 換熱器：進行換熱的設備。換熱器：進行換熱的設備。 間壁式換熱器：冷、熱兩種流體用固體間壁式換熱器：冷、熱兩種流體用固體壁面隔開，冷、熱流體在間壁兩側(cè)流動。壁面隔開，冷、熱流體在間壁兩側(cè)流動。 套管式換熱器套管式換熱器2 2傳熱速率與熱流密度傳熱速率與熱流密度傳熱速率傳熱速率（熱流量）（熱流量）Q Q：單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量。單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量。表表示換熱器傳熱的快慢。示換熱器傳熱的快慢。熱流密度熱流密度（熱通量）（熱通量）q q：是指單位時間內(nèi)通過單位傳熱面積是指單位時間內(nèi)通過單位傳熱面積的熱量。的熱量。單位

7、傳熱面積的傳熱速率，單位為單位傳熱面積的傳熱速率，單位為W/mW/m2 2。 QqA熱阻（阻力）傳熱溫差傳熱速率 3. 3. 穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱：在傳熱過程中物系各點溫度不隨時間變化。穩(wěn)態(tài)傳熱：在傳熱過程中物系各點溫度不隨時間變化。 連續(xù)的化工生產(chǎn)過程大都屬于穩(wěn)態(tài)傳熱。連續(xù)的化工生產(chǎn)過程大都屬于穩(wěn)態(tài)傳熱。非穩(wěn)態(tài)傳熱：在傳熱過程中物系各點溫度隨時間變化。非穩(wěn)態(tài)傳熱：在傳熱過程中物系各點溫度隨時間變化。 間歇操作傳熱過程和開、停車或改變操作參數(shù)時的傳熱過程屬于非穩(wěn)間歇操作傳熱過程和開、停車或改變操作參數(shù)時的傳熱過程屬于非穩(wěn)態(tài)傳熱。態(tài)傳熱。4. 4. 兩流體通過間壁的換

8、熱過程兩流體通過間壁的換熱過程 兩流體通過間壁傳熱由對流、導熱、對流三個過程串聯(lián)組成。兩流體通過間壁傳熱由對流、導熱、對流三個過程串聯(lián)組成。 (1)(1)熱流體以對流方式將熱量傳遞到熱流體以對流方式將熱量傳遞到 間壁的左側(cè)間壁的左側(cè)Q Q1 1 (2) (2)熱量從間壁的左側(cè)以熱傳導的方式熱量從間壁的左側(cè)以熱傳導的方式 傳遞到右側(cè)傳遞到右側(cè)Q Q2 2 (3) (3)以對流方式將熱量從右側(cè)壁面?zhèn)鬟f以對流方式將熱量從右側(cè)壁面?zhèn)鬟f 給冷流體給冷流體Q Q3 3穩(wěn)態(tài)傳熱：穩(wěn)態(tài)傳熱：Q Q1 1=Q=Q2 2=Q=Q3 35. 5. 傳熱速率方程式傳熱速率方程式 Q=KAtQ=KAtm m K K比例

9、系數(shù)，稱為總傳熱系數(shù)，比例系數(shù)，稱為總傳熱系數(shù)，W/W/（m m2 2KK）；）； QQ傳熱速率，傳熱速率，J/s(J/s(或或W)W)； AA傳熱面積，傳熱面積， m m2 2； ttm m兩流體的平均溫度差，兩流體的平均溫度差，K(K(或或) )。4.2 熱熱 傳傳 導導 4.2.1 傅立葉定律傅立葉定律傅立葉定律是熱傳導的基本定律傅立葉定律是熱傳導的基本定律，它表示熱傳導的速率與溫度梯度和垂直于熱流方，它表示熱傳導的速率與溫度梯度和垂直于熱流方向的導熱面積成正比。向的導熱面積成正比。 Q Q傳熱速率，傳熱速率，W W； 導熱系數(shù)，導熱系數(shù)，W/W/（m mK K） 或或W/W/（m m）

10、；）； A A導熱面積，垂直于熱流方向的截面積，導熱面積，垂直于熱流方向的截面積，m m2 2； 溫度梯度，溫度梯度，/m/m。 負號表示熱流方向與溫度梯度方向相反負號表示熱流方向與溫度梯度方向相反 dtQAdx dtdx4.2.2 導熱系數(shù)導熱系數(shù) 物理意義：導熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量。物理意義：導熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量。 ：表征物質(zhì)的導熱能力的大小，是物質(zhì)的物性參數(shù)：表征物質(zhì)的導熱能力的大小，是物質(zhì)的物性參數(shù)， W/W/（m mK K）或）或W/W/（m m）。）。 ，導熱能力，導熱能力。=f(=f(種類種類( (固、液、氣固、液、氣) )、組成、結(jié)構(gòu)、溫

11、度、壓力）、組成、結(jié)構(gòu)、溫度、壓力）：實驗測定。：實驗測定。 金屬金屬非非金屬金屬 液體液體 溶液溶液 氣體氣體(1) (1) 固體的固體的 金屬是最好的導熱體。金屬是最好的導熱體。 純金屬純金屬 合合金金 t t , , 非金屬：非金屬： t t , , (2) (2) 液體的液體的 金屬液體：金屬液體：t t , , 非金屬液體：非金屬液體：t t , , 。金屬液體金屬液體 非金屬液體非金屬液體 純液體純液體 溶液溶液 溶液的溶液的：經(jīng)驗公式，查手冊。：經(jīng)驗公式，查手冊。(4) (4) 氣體的導熱系數(shù)氣體的導熱系數(shù) =f(T=f(T），）， t t , , 氣體的導熱系數(shù)很小，故對導熱不

12、利，但對保溫有利。氣體的導熱系數(shù)很小，故對導熱不利，但對保溫有利。4.2.3 4.2.3 平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導1. 1. 單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導 1212tttttQAbbRA結(jié)論：結(jié)論： Q Q正比于正比于tt，反比于熱阻，反比于熱阻 R R R=b/A b R=b/A b，R; ,RR; ,R 例例4-1 4-1 現(xiàn)有一平壁厚度為現(xiàn)有一平壁厚度為400mm400mm，內(nèi)壁溫度為，內(nèi)壁溫度為500500，外壁溫度為，外壁溫度為100100。試求：（。試求：（1 1）通過平壁的導熱熱量，通過平壁的導熱熱量，W/mW/m2 2；（；（2 2）平壁內(nèi)距內(nèi)壁）平壁內(nèi)距內(nèi)

13、壁150mm150mm處的溫度。已知該溫度范圍內(nèi)磚處的溫度。已知該溫度范圍內(nèi)磚壁的平均導熱系數(shù)壁的平均導熱系數(shù)=0.6W/=0.6W/（m m）。）。 解解 （1 1） （2 2） 212500 100600/0.40.6ttQqW mbA16005000.153500.6qttb2.2.多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導 三層平壁，層與層之間接觸良好，相互接觸的表面上溫度相等三層平壁，層與層之間接觸良好，相互接觸的表面上溫度相等 厚度分別為厚度分別為b b1 1、b b2 2、b b3 3，導熱系數(shù)為，導熱系數(shù)為1 1、2 2、3 3， 對于穩(wěn)態(tài)熱傳導過程對于穩(wěn)態(tài)熱傳導過程123QQQ

14、Q12111111tttQAbbA2222tQbA3333tQbA123312123tttQbbbAAA 12314123123tttttQRRRRRR 4.3 對 流 傳 熱 4.3.1 對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式1. 影響對流傳熱系數(shù)的主要因素影響對流傳熱系數(shù)的主要因素 (1) 流體的種類和狀態(tài)流體的種類和狀態(tài) 液體、氣體、蒸汽、是否有相變化。液體、氣體、蒸汽、是否有相變化。相變相變無相變無相變 (2) 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì) 、Cp、等；等； (3) 流體的流動狀態(tài)流體的流動狀態(tài) 層流和湍流層流和湍流 Re，湍動程度，湍動程度， t ，。(4) 流體對流的狀況

15、流體對流的狀況 強制對流：強制對流： Re， 自然對流：密度不同所產(chǎn)生的浮升力引起的流動。自然對流：密度不同所產(chǎn)生的浮升力引起的流動。 (5) 傳熱表面的形狀、位置及大小傳熱表面的形狀、位置及大小 管、板、管束、管徑、管長、管子排列方式、垂直放置或水平放置管、板、管束、管徑、管長、管子排列方式、垂直放置或水平放置 4.3.2 流體無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式流體無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式 1 流體在流體在圓形直管內(nèi)強制湍流時的對流傳熱系數(shù)圓形直管內(nèi)強制湍流時的對流傳熱系數(shù) 低粘度的流體低粘度的流體 Nu=0.023Re0.8Prn 當流體當流體被被加熱時，式中加熱時，式中n=0.4n

16、=0.4；流體；流體被被冷卻時，冷卻時，n=0.3n=0.3 適用范圍：適用范圍：ReRe10104 4，0.70.7PrPr160160，管長與管徑之比，管長與管徑之比L/d50L/d50，2 21010-3-3PaPas s； 特性尺寸：管內(nèi)徑特性尺寸：管內(nèi)徑d di i； 定性溫度：定性溫度： t tm m= =（t t1 1+t+t2 2）/2/2；0.80.023npcdud （非常重要）（非常重要） 高粘度液體高粘度液體 適用范圍：適用范圍：ReRe10104 4，0.70.7PrPr1670016700，管長與管徑之比，管長與管徑之比L/d60L/d60； 特性尺寸：管內(nèi)徑特性尺

17、寸：管內(nèi)徑d di i； 定性溫度：除粘度定性溫度：除粘度w w取壁溫外，；取壁溫外，； t tm m= =（t t1 1+t+t2 2）/2/2 當液體被加熱時當液體被加熱時 當液體被冷卻時當液體被冷卻時 對于氣體，不管是加熱或冷卻，對于氣體，不管是加熱或冷卻， 皆取皆取1 1 0.80.330.140.027RePr()wNu0.14()1.05w0.14()0.95w0.14()w4.3.4 4.3.4 流體有相變時的對流傳熱流體有相變時的對流傳熱 蒸汽冷凝和液體沸騰蒸汽冷凝和液體沸騰 相變相變無相變無相變1 1蒸汽冷凝時的對流傳熱蒸汽冷凝時的對流傳熱蒸汽冷凝傳熱：當飽和蒸汽與低于飽和溫

18、度的壁面接觸時，將冷凝蒸汽冷凝傳熱：當飽和蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時，將冷凝 成液滴并釋放出氣化潛熱。成液滴并釋放出氣化潛熱。(1) 蒸汽冷凝的兩種方式蒸汽冷凝的兩種方式膜狀冷凝：膜狀冷凝：冷凝液能夠潤濕壁面，在壁面上形成一層完整冷凝液能夠潤濕壁面，在壁面上形成一層完整 的液膜。的液膜。滴狀冷凝滴狀冷凝：冷凝液不能夠潤濕：冷凝液不能夠潤濕壁面，在壁面上形成許多的小液滴。壁面，在壁面上形成許多的小液滴。 膜狀冷凝膜狀冷凝 小于小于 滴狀冷凝滴狀冷凝工業(yè)冷凝器的設計都按膜狀冷凝考慮。工業(yè)冷凝器的設計都按膜狀冷凝考慮。 2. 2. 液體沸騰時的對流傳熱液體沸騰時的對流傳熱液體沸騰：液體沸騰：液體

19、加熱時，在液體內(nèi)部伴有由液相變成氣相產(chǎn)生汽泡的過程。（主要液體加熱時，在液體內(nèi)部伴有由液相變成氣相產(chǎn)生汽泡的過程。（主要分為：大容器沸騰和管內(nèi)沸騰）分為：大容器沸騰和管內(nèi)沸騰）大容器沸騰大容器沸騰: : 大容器沸騰是指加熱面被沉浸在無強制對流的液體內(nèi)部而引起的沸大容器沸騰是指加熱面被沉浸在無強制對流的液體內(nèi)部而引起的沸騰傳熱過程。騰傳熱過程。 沸騰產(chǎn)生的條件沸騰產(chǎn)生的條件 t t1 1t ts s 過熱度指液體主體溫度過熱度指液體主體溫度t t1 1與液體飽和溫度之差與液體飽和溫度之差t ts s 。即。即 過熱度過熱度:t=t:t=t1 1-t-ts s。 汽化核心汽化核心：產(chǎn)生汽泡的點，粗

20、糙不平的小坑和劃痕：產(chǎn)生汽泡的點，粗糙不平的小坑和劃痕大容器飽和沸騰曲線大容器飽和沸騰曲線AB段，自然對流區(qū)段，自然對流區(qū) ，t 較小時，傳熱以自然對較小時，傳熱以自然對流為主流為主 。BCBC段，核狀沸騰區(qū)段，核狀沸騰區(qū) ，汽泡產(chǎn)生速度大，汽泡產(chǎn)生速度大，上升很上升很快?？臁DECDE段，膜狀沸騰區(qū)段，膜狀沸騰區(qū) ，當，當tt增大到一定程度，增大到一定程度，汽泡產(chǎn)生速度大于脫離的速度，氣體的導熱系數(shù)汽泡產(chǎn)生速度大于脫離的速度，氣體的導熱系數(shù)比液體小的多，使傳熱困難，對流傳熱系數(shù)比液體小的多，使傳熱困難，對流傳熱系數(shù)下下降降 。 工業(yè)一般控制在工業(yè)一般控制在核狀沸騰區(qū)核狀沸騰區(qū) 控制控制tt

21、c核狀沸騰也稱為泡狀沸騰核狀沸騰也稱為泡狀沸騰傳熱類型傳熱類型/ W/(m2K) 傳熱類型傳熱類型/ W/(m2K)空氣自然對流空氣自然對流525水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝500015000空氣強制對流空氣強制對流30300有機蒸汽冷凝有機蒸汽冷凝5003000水自然對流水自然對流2001000水沸騰水沸騰150030000水強制對流水強制對流10008000有機物沸騰有機物沸騰50015000有機液體強制對有機液體強制對流流5001500值的大致范圍值的大致范圍 4.4傳熱計算傳熱計算（本章重點）（本章重點）4.4.1 熱量衡算熱量衡算 熱負荷熱負荷:生產(chǎn)上要求流體溫度生產(chǎn)上要求流體溫度變化而吸收

22、或放出的熱量。變化而吸收或放出的熱量。Q熱負荷，熱負荷，W； qm ,h、qm,c熱、冷流體的質(zhì)量流量，熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s； cp,h、cp,c熱、冷流體的平均定壓比熱，熱、冷流體的平均定壓比熱，kJ/（kgK） th1、th2熱流體的進、出口溫度，熱流體的進、出口溫度，； tc1、tc2冷流體的進、出口溫度，冷流體的進、出口溫度，。,12,21m hp hhhm cp cccQqcttqctt4.4.2 4.4.2 傳熱平均溫度差的計算傳熱平均溫度差的計算 1.1.恒溫傳熱恒溫傳熱 恒溫傳熱恒溫傳熱: :熱交換時，冷熱流體在壁面兩側(cè)溫度不變化熱交換時，冷熱流體在壁面兩側(cè)溫度不變化

23、間壁的一側(cè)是飽和水蒸汽冷凝，另一側(cè)液體沸騰間壁的一側(cè)是飽和水蒸汽冷凝，另一側(cè)液體沸騰 ttm m=t=th h-t-tc c th-熱流體的溫度熱流體的溫度； tc -冷流體的溫度冷流體的溫度。 2.2.變溫傳熱變溫傳熱 流體變溫流體變溫thtc1tc2th1tcth2(a ) (b) 一側(cè)流體變溫時的溫差變化一側(cè)流體恒溫另一側(cè)流體變溫一側(cè)流體恒溫另一側(cè)流體變溫(1)(1)流動型式流動型式并流：換熱的兩種流體以相同的方向流動。并流：換熱的兩種流體以相同的方向流動。 逆流：換熱的兩種流體在以相對的方向流動。逆流：換熱的兩種流體在以相對的方向流動。 錯流：換熱的兩種流體呈垂直方向流動。錯流：換熱的

24、兩種流體呈垂直方向流動。 折流：即有逆流又有并流折流：即有逆流又有并流(2)(2)并流和逆流時的平均溫度差并流和逆流時的平均溫度差ttm m1212lnmttttt （非常重要）（非常重要）tm：對數(shù)平均溫度差，進、出口處兩種流體溫度差的對數(shù)平均值。對數(shù)平均溫度差，進、出口處兩種流體溫度差的對數(shù)平均值。 當當t1/t22： 算術(shù)平均值算術(shù)平均值 tm = (t1+t2)/2當一側(cè)變溫另一側(cè)流體恒溫：并流或逆流的平均溫度差相等；當一側(cè)變溫另一側(cè)流體恒溫：并流或逆流的平均溫度差相等；當兩側(cè)流體變溫傳熱：并流和逆流時的平均溫度差則不同。當兩側(cè)流體變溫傳熱：并流和逆流時的平均溫度差則不同。常取兩端溫度

25、差中大者作為常取兩端溫度差中大者作為t1，小者作為，小者作為t2，以使式中分子與分母都是正數(shù)。，以使式中分子與分母都是正數(shù)。 例例 現(xiàn)用一列管式換熱器加熱原油，原油在管外流動，進口溫度為現(xiàn)用一列管式換熱器加熱原油，原油在管外流動，進口溫度為100,100,出口溫度為出口溫度為160160；某反應物在管內(nèi)流動，進口溫度為；某反應物在管內(nèi)流動，進口溫度為250250，出口溫度為，出口溫度為180180。分別計算并流與。分別計算并流與逆流時的平均溫度差。逆流時的平均溫度差。 解解 并流：并流： 250180 250180 100160 100160 150 20 150 20 逆流：逆流： 2501

26、80250180 160100 160100 90 80 90 80逆流操作時，因逆流操作時，因tt1 1/t/t2 2=90/802=90/802，可以用算術(shù)平均值，可以用算術(shù)平均值， ttm m = (t = (t1 1+t+t2 2)/2=(90+80)/2=85 )/2=(90+80)/2=85 當兩種流體的進、出口溫度皆已確定時，逆流時的平均溫度差比并流時大。當兩種流體的進、出口溫度皆已確定時，逆流時的平均溫度差比并流時大。 1502065150ln201212lnmttttt 908084.790ln801212lnmttttt (3) 錯流或折流時的平均溫度差錯流或折流時的平均溫

27、度差 ttm m=ttttm m逆逆 t t =f(R=f(R，P)P) tt恒小于恒小于1 1，故錯流和折流時的平均溫度差總小于逆流。，故錯流和折流時的平均溫度差總小于逆流。管程管程: :管內(nèi)的流程管內(nèi)的流程, ,管程流體。管程流體。殼程殼程: :管外的流程管外的流程, ,殼程流體。殼程流體。12212111hhcccchcttttRPtttt 4.4.34.4.3總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù) K 獲取方法：獲取方法： 選取經(jīng)驗值選取經(jīng)驗值 實驗測定實驗測定K K值；值； Q A tQ A tm mKK 計算。計算。 1 1總傳熱系數(shù)的計算總傳熱系數(shù)的計算 兩流體通過管壁的傳熱包括以下過程：兩流體通

28、過管壁的傳熱包括以下過程： 熱流體以對流傳熱的方式將熱量傳給管壁一側(cè)；熱流體以對流傳熱的方式將熱量傳給管壁一側(cè)； 通過管壁的熱傳導；通過管壁的熱傳導； 由管壁另一側(cè)以對流傳熱的方式將熱量傳給冷流體。由管壁另一側(cè)以對流傳熱的方式將熱量傳給冷流體。 污垢熱阻：污垢積存，對傳熱形成附加的熱阻，污垢熱阻：污垢積存，對傳熱形成附加的熱阻，Rs,i、Rs,o 平壁與薄壁管平壁與薄壁管 當傳熱面為平壁或薄壁管時，當傳熱面為平壁或薄壁管時，AoAiAmA當管壁熱阻當管壁熱阻b/較較1/ao、1/ai小得多時，則小得多時，則b/可忽略，同時忽略污垢熱阻，可忽略，同時忽略污垢熱阻，結(jié)論：結(jié)論：K值必然趨近且小于值

29、必然趨近且小于ao、ai中較小的一個；中較小的一個； 當當aiao時，時，Kai。,111s os ioibRRKaa111oiKaaiisiimsddRddddbRK0,000,00111（非常重要）（非常重要）K值總是接近熱阻大的一側(cè)流體的值總是接近熱阻大的一側(cè)流體的a值（值（a小?。?，總熱阻由熱阻較大一側(cè)流體控制，），總熱阻由熱阻較大一側(cè)流體控制，如果要提高如果要提高K，首先要提高，首先要提高a小小。ai、ao相差不太大時，兩者必須同時提高。相差不太大時，兩者必須同時提高。例例 某一套管換熱器，內(nèi)管為某一套管換熱器，內(nèi)管為 鋼管，外管鋼管，外管為為 的鋼管。用冷卻水冷卻某有機物，冷卻水在

30、管內(nèi)流動，進口溫度為的鋼管。用冷卻水冷卻某有機物，冷卻水在管內(nèi)流動，進口溫度為1515，出口溫度為，出口溫度為3030。有機物在環(huán)隙中流動，進口溫度為。有機物在環(huán)隙中流動，進口溫度為100100，出口溫度為，出口溫度為4040，流量，流量為為 ，平均比熱為，平均比熱為 。兩流體逆流流動，若已知的水側(cè)和有。兩流體逆流流動，若已知的水側(cè)和有機物側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為機物側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為12001200和和500 500 ，忽略污垢熱阻及管壁熱阻。試求換熱器的傳熱面積。，忽略污垢熱阻及管壁熱阻。試求換熱器的傳熱面積。mm5 . 225mm5 . 238hkg /40001.9/()kJkg K

31、2/()WmK2/()WmK4.5 4.5 熱輻射熱輻射4.5.1 4.5.1 基本概念基本概念熱輻射熱輻射：物體由于熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間物體由于熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。的傳遞。輻射傳熱輻射傳熱：是物體間相互輻射和吸收能量的總結(jié)果是物體間相互輻射和吸收能量的總結(jié)果。輻射傳熱輻射傳熱的特點：的特點：以電磁波形式傳播，不需要任何以電磁波形式傳播，不需要任何介質(zhì)進行傳遞。介質(zhì)進行傳遞。判斷判斷：熱輻射可穿越真空，但對流、熱傳導不能。熱輻射可穿越真空，但對流、熱傳導不能。輻射傳熱的規(guī)律：服從光的反射、折射定律。輻射傳熱的規(guī)律：服從光的反射、折射定律。吸收率吸收率 反射率反射率 透射

32、率透射率QQAAQQRRQQDDDRAQQQQ因為：1DRA所以：黑體黑體：能全部吸收輻射能的物體能全部吸收輻射能的物體 A=1。 白體：能全部反射輻射能的物體白體：能全部反射輻射能的物體 R=1。（鏡體）。（鏡體）透熱體：能全部透過輻射能的物體透熱體：能全部透過輻射能的物體 D=1?；殷w灰體：能以相同的吸收率能以相同的吸收率A，吸收全部波長輻射能的，吸收全部波長輻射能的物體。（物體。（工業(yè)上，多數(shù)物體都可近似視為灰體）工業(yè)上，多數(shù)物體都可近似視為灰體）4.5.2 物體的輻射能力物體的輻射能力和有關(guān)的和有關(guān)的定律定律 輻射能力：物體在一定溫度下，單位面積、單位時輻射能力：物體在一定溫度下，單位面積、單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部波長的總能量，稱為該物體在該間內(nèi)所發(fā)射的全部波長的總能量，稱為該物體在該溫度下的輻射能力，以溫度下的輻射能力，以E E表示，單位為表示，單位為W/mW/m2 2。單色發(fā)射能力單色發(fā)射能力 E：W/m2指指： 一定溫度下，單位時間，單位面積上，一定溫度下，單位時間，單位面積上，物體發(fā)射的某一波長的總