化工原理傳熱

第四章傳熱第一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第1頁(yè)，共173頁(yè)。4.1概述傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.傳熱的三類應(yīng)用實(shí)例（1）強(qiáng)化傳熱過(guò)程：流體的升溫或冷卻，產(chǎn)品的分離(蒸發(fā)，蒸餾和干燥等)。（2）削弱傳熱過(guò)程：管道，設(shè)備的保溫或保冷。（3）熱能回收利用：廢熱回收2.伴隨傳熱的流體作用過(guò)程：(1)化學(xué)過(guò)程：吸放熱反應(yīng)；(2)物理過(guò)程：耗能，干燥，蒸發(fā)等3.傳熱在化工生產(chǎn)中的重要性：石化產(chǎn)業(yè)：傳熱設(shè)備重量占總設(shè)備規(guī)模的30-40%；傳熱設(shè)備投資占總設(shè)備投資的10-20%第二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第2頁(yè)，共173頁(yè)。4.1.1傳熱的基本方式1.熱力學(xué)第二定律：當(dāng)無(wú)外加功時(shí)，系統(tǒng)中熱量總是自發(fā)地從溫度較高的物體（部分）傳遞到溫度較低的物體（部分）可見(jiàn)：熱傳遞產(chǎn)生的原因是由于物體內(nèi)部或物體之間溫度差的存在

注：有外加功時(shí)，可以相反，如制冷機(jī)工作原理，

本章主要討論的自發(fā)過(guò)程。

2.傳熱的基本方式（1）傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）：物體內(nèi)部分子通過(guò)碰撞或振動(dòng)將熱量以分子動(dòng)能形式傳遞給相鄰分子，但分子本身不產(chǎn)生宏觀位移的一種傳熱方式。①固體的傳熱②穿過(guò)流體層流內(nèi)層的傳熱（熱邊界層）現(xiàn)象①氣體，流體：分子布朗運(yùn)動(dòng)時(shí)碰撞傳熱②導(dǎo)電固體：自由電子在晶格中運(yùn)動(dòng)傳熱③非導(dǎo)電固體（流體）：晶格中原子，分子在其平衡位置的振動(dòng)傳熱機(jī)理第三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第3頁(yè)，共173頁(yè)。（2）對(duì)流：流體中質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）產(chǎn)生相對(duì)位移引起的熱傳遞。①對(duì)流傳熱只發(fā)生在流體中②對(duì)流傳熱的強(qiáng)弱與流體流動(dòng)狀況密切相關(guān)特點(diǎn)①自然對(duì)流：流體中各點(diǎn)溫度不同引起流體密度差異，使輕者上浮，重者下沉。②強(qiáng)制對(duì)流：流體因機(jī)械攪拌等外加功加入引起的對(duì)流對(duì)流傳熱的形式注意點(diǎn)①自然對(duì)流與強(qiáng)制對(duì)流常在流體中同時(shí)發(fā)生②化工生產(chǎn)中，強(qiáng)制對(duì)流的應(yīng)用比自然對(duì)流更普遍和重要關(guān)于對(duì)流傳熱的計(jì)算：——牛頓冷卻定律：

Q=α·A（T高-t低）

α——對(duì)流傳熱膜系數(shù)（w/oC?m2）第四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第4頁(yè)，共173頁(yè)。(3)輻射：熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ㄔ诳臻g的傳遞①熱輻射不需任何介質(zhì)②熱輻射是熱能與電磁能的互相轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移③理論上，只要物體溫度T>0K，均可產(chǎn)生輻射實(shí)際上，只有當(dāng)物體之間溫差較大時(shí)，輻射傳熱現(xiàn)象才較突出，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)物體的溫度超過(guò)500K時(shí)，輻射熱能才予以考慮。特點(diǎn)第五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第5頁(yè)，共173頁(yè)。1、直接接觸式換熱和混合式換熱器4.1.2傳熱中冷、熱流體熱交換的方式第六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第6頁(yè)，共173頁(yè)。2、蓄熱式換熱器和蓄熱器第七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第7頁(yè)，共173頁(yè)。3、間壁式換熱和間壁式換熱器第八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第8頁(yè)，共173頁(yè)。4.1.3典型間壁式換熱器冷流體t1t2熱流體T1T2（一）間壁式換熱器夾套式換熱器第九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第9頁(yè)，共173頁(yè)。圖4-5單程管殼式換熱器1-外殼2-管束3、4-接管5-封頭6-管板

7-擋板8-泄水池第十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第10頁(yè)，共173頁(yè)。圖4-6雙程管殼式換熱器1—?dú)んw2—管束3—擋板4—隔板第十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第11頁(yè)，共173頁(yè)。傳熱速率Q（熱流量）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)換熱器的整個(gè)傳熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位J/s或W。熱流密度q（熱通量）

：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位傳熱面積傳遞的熱量，單位J/(s.m2)或W/m2。4.1.4傳熱速率與熱通量第十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第12頁(yè)，共173頁(yè)。非穩(wěn)態(tài)傳熱4.1.5穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱第十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第13頁(yè)，共173頁(yè)。

在化工生產(chǎn)中，物料在換熱器內(nèi)被加熱或冷卻時(shí)，通常需要用另一種流體供給或取走熱量，此種流體稱為載熱體，其中起加熱作用的載熱體稱為加熱劑(或加熱介質(zhì));起冷卻(或冷凝)作用的載熱體稱為冷卻劑(或冷卻介質(zhì))。4.1.6載熱體第十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第14頁(yè)，共173頁(yè)。①載熱體的溫度易調(diào)節(jié)控制；②載熱體的飽和蒸氣壓較低，加熱時(shí)不易分解；③載熱體的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蝕設(shè)備；④價(jià)格便宜，來(lái)源容易。工業(yè)上常用的加熱劑有熱水、飽和蒸汽、礦物油、聯(lián)苯混合物、熔鹽及煙道氣等。選擇載熱體的原則第十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第15頁(yè)，共173頁(yè)。4.2.1基本概念和傅立葉定律溫度場(chǎng)：某時(shí)刻，物體或空間各點(diǎn)的溫度分布。1.溫度場(chǎng)和等溫面非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)

等溫面：在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)中所有溫度相同的點(diǎn)組成的面。4.2熱傳導(dǎo)不同溫度的等溫面不相交。2.溫度梯度

方向：法線方向，以溫度增加的方向?yàn)檎nxt+ttxQ第十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第16頁(yè)，共173頁(yè)。3傅立葉定律式中dQ──熱傳導(dǎo)速率，W或J/s；

dS──導(dǎo)熱面積，m2；t/n──溫度梯度，℃/m或K/m；

──導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)或W/(m·K)。

負(fù)號(hào)表示傳熱方向與溫度梯度方向相反第十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第17頁(yè)，共173頁(yè)。4.2.2導(dǎo)熱系數(shù)

在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量=f(結(jié)構(gòu),組成,密度,溫度,壓力）金屬固體

>非金屬固體

>液體

>氣體

表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)第十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第18頁(yè)，共173頁(yè)。1.固體導(dǎo)熱系數(shù)金屬材料10～102W/(m?K)

建筑材料10-1～10W/(m?K)

絕熱材料10-2～10-1W/(m?K)在一定溫度范圍內(nèi)：對(duì)大多數(shù)金屬材料a<0，t

對(duì)大多數(shù)非金屬材料a>0

，

t

第十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第19頁(yè)，共173頁(yè)。2.液體熱導(dǎo)率金屬液體較高，非金屬液體低；非金屬液體水的最大；水和甘油：t

，其它液體：t

，0.09～0.6W/(m·K)式中：Xwi—i組分質(zhì)量分率

0.9—有機(jī)液體的水溶液混合物

1.0—純有機(jī)流體混合物混合流體導(dǎo)熱系數(shù)可按下式計(jì)算：第二十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第20頁(yè)，共173頁(yè)。3.氣體熱導(dǎo)率

t

，一般情況下，隨p的變化可忽略；氣體不利于導(dǎo)熱，有利于保溫或隔熱。溫度越高，壓強(qiáng)越大，氣體導(dǎo)熱系數(shù)越大分子動(dòng)能增大密度增大，分子碰撞頻率增加混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算：yi—?dú)怏w組分摩爾（體積）分率Mi—i組分氣體分子量各種情況及各種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)均可查閱手冊(cè)而得第二十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第21頁(yè)，共173頁(yè)。t1t2btxdxQ4.2.3平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)1單層平壁熱傳導(dǎo)假設(shè)：材料均勻，為常數(shù)；一維溫度場(chǎng)，t沿x變化；S/b很大，忽略端損失。積分：第二十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第22頁(yè)，共173頁(yè)。2多層平壁熱傳導(dǎo)假設(shè)：各層接觸良好，接觸面兩側(cè)溫度相同。t1t2b1txb2b3t2t4t3第二十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第23頁(yè)，共173頁(yè)。結(jié)論：多層平壁熱傳導(dǎo)，總推動(dòng)力為各層推動(dòng)力之和，總熱阻為各層熱阻之和；各層溫差與熱阻成正比。推廣至n層：各層的溫差第二十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第24頁(yè)，共173頁(yè)。接觸熱阻由于表面粗糙不平，不同材料構(gòu)成的界面之間可能出現(xiàn)明顯的溫度降低而產(chǎn)生接觸熱阻。因兩個(gè)接觸面間有空穴，而空穴內(nèi)又充滿空氣，因此，傳熱過(guò)程包括通過(guò)實(shí)際接觸面的熱傳導(dǎo)和通過(guò)空穴的熱傳導(dǎo)(高溫時(shí)還有輻射傳熱)。一般來(lái)說(shuō)，因氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，接觸熱阻主要由空穴造成。接觸熱阻與接觸面材料、表面粗糙度及接觸面上壓強(qiáng)等因素有關(guān)，主要依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)定。第二十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第25頁(yè)，共173頁(yè)。某燃燒爐的平壁是由一層耐火磚（其λ1=1.047W/(m·k)）與一層普通磚（其λ2=0.814W/(m·k)）砌成，兩層厚度均為100mm，操作達(dá)到穩(wěn)定后，測(cè)得爐壁的內(nèi)表面溫度是700℃，外表面溫度為130℃。為了減少熱量損失，在普通磚外表面上增加一層厚度為40mm的保溫材料（含85％的氧化鎂，λ3=1.047W/(m·k)）。待操作達(dá)到穩(wěn)定后，又測(cè)得壁的內(nèi)表面溫度為740℃，外表面（即保溫層表面）溫度為90℃。試計(jì)算加保溫層前后，每小時(shí)每平方米的壁面各損失熱量多少？第二十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第26頁(yè)，共173頁(yè)。多層平壁傳熱：λ1=1.047W/(m·k)，b1=100mm；λ2=0.814W/(m·k)，b2=100mm；λ3=0.07W/(m·k)，b3=40mm加保溫層前：t1=700℃，t3=130℃所以加保溫層后：t1=740℃，t4=90℃所以第二十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第27頁(yè)，共173頁(yè)。4.2.4圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)1單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)假定：（1）圓筒很長(zhǎng)（2）穩(wěn)定（3）各向同性，密度均勻，同平壁在半徑r處取dr同心薄層圓筒積分第二十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第28頁(yè)，共173頁(yè)。討論：—對(duì)數(shù)平均面積熱阻令—對(duì)數(shù)平均半徑一般時(shí)，當(dāng)r→∞時(shí)，計(jì)算公式類似于平壁公式。第二十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第29頁(yè)，共173頁(yè)。

2多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)三層：n層圓筒壁：第三十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第30頁(yè)，共173頁(yè)。注：（1）在多層平壁傳熱中：（2）在多層圓筒壁中：由于故對(duì)多層球罐壁導(dǎo)熱

球罐壁的傳導(dǎo)傳熱式中可證明第三十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第31頁(yè)，共173頁(yè)。例：有一過(guò)熱蒸汽輸送管，管外徑d0=320mm，壁溫tw0=510℃，外包兩層保溫層，內(nèi)層為粉煤灰及熟料泡沫混凝土，其λ1=0.097W/(m·k)，δ1=22mm；外層為石棉硅藻土，其λ2=（0.1622＋0.000169tm）W/(m·k)。若每米長(zhǎng)的管子熱損失為1395.6W/m，最外層壁溫為50℃。試求兩層保溫層交界處的壁溫和外層厚度。第三十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第32頁(yè)，共173頁(yè)。解：求兩層保溫層交界處的壁溫對(duì)通過(guò)多層圓筒壁的傳熱：其中，所以兩層保溫層交界處的壁溫tw1=215℃第三十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第33頁(yè)，共173頁(yè)。2）求外層厚度保溫層外層：所以由得：

r2=0.209m

所以外層壁厚δ2=r2-r1=0.027m=27mm第三十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第34頁(yè)，共173頁(yè)。4.3對(duì)流傳熱1.基本概念流體流過(guò)固體壁面(流體溫度與壁面溫度不同)時(shí)的傳熱過(guò)程稱為對(duì)流傳熱。它在化工傳熱過(guò)程(如間壁式換熱器)中占有重要的地位。流體無(wú)相變的對(duì)流傳熱①?gòu)?qiáng)制對(duì)流傳熱②自然對(duì)流傳熱流體有相變的對(duì)流傳熱①蒸氣冷凝②液體沸騰第三十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第35頁(yè)，共173頁(yè)。對(duì)流傳熱是一復(fù)雜的傳熱過(guò)程，影響對(duì)流傳熱速率的因素很多，而且不同的對(duì)流傳熱情況又有差別，因此對(duì)流傳熱的理論計(jì)算是很困難的，目前工程上仍按下述的半經(jīng)驗(yàn)方法處理。

對(duì)流傳熱速率=對(duì)流傳熱推動(dòng)力/對(duì)流傳熱阻力

=系數(shù)×推動(dòng)力對(duì)流傳熱速率可由牛頓冷卻定律描述第三十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第36頁(yè)，共173頁(yè)。換熱器的傳熱面積有不同的表示方法，可以是管內(nèi)側(cè)或管外側(cè)表面積。例如，若熱流體在換熱器的管內(nèi)流動(dòng)，冷流體在管間(環(huán)隙)流動(dòng)，則對(duì)流傳熱速率方程式可分別表示為第三十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第37頁(yè)，共173頁(yè)。牛頓冷卻定律也是對(duì)流傳熱系數(shù)的定義式，即對(duì)流傳熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度差下、單位傳熱面積的對(duì)流傳熱速率，其單位為W/(m2·℃)。它反映了對(duì)流傳熱的快慢，α愈大表示對(duì)流傳熱愈快。表4-5列出了幾種對(duì)流傳熱情況下α的數(shù)值范圍。第三十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第38頁(yè)，共173頁(yè)。o靠近壁面的存在溫度梯度的薄流體層定義為熱邊界層。在熱邊界層以外的區(qū)域，流體的溫度基本上相同，即溫度梯度可視為零。熱邊界層第三十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第39頁(yè)，共173頁(yè)。保溫層的臨界厚度1.問(wèn)題的提出：對(duì)于圓筒壁的傳熱存在著相互制約的一對(duì)矛盾：一方面，保溫層越厚,外層的溫度越接近于環(huán)境溫度，則根據(jù)牛頓冷卻定律，溫差小，熱量損失小。另一方面,保溫層越厚，S越大熱量損失Q越大

結(jié)論：必然存在一個(gè)最佳保溫層厚度δc，使得保溫效果最佳。2.假設(shè)：（1）空氣傳熱膜系數(shù)基本不變（2）傳熱達(dá)到穩(wěn)定則：又：第四十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第40頁(yè)，共173頁(yè)。即有：令：得：于是：（r0——中心至圓筒內(nèi)壁半徑）或應(yīng)用舉例：金屬電線的散熱問(wèn)題，解決方法是將其外層包扎一層塑料，這樣既可增強(qiáng)散熱效果，又可防止電線在環(huán)境中腐蝕和漏電，雙重作用對(duì)球罐壁的導(dǎo)熱及熱對(duì)流時(shí)臨界保溫層厚度，同理可得或第四十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第41頁(yè)，共173頁(yè)。如圖，設(shè)A流體溫度T>B流體溫度t（1）A流體在平壁上的流動(dòng)狀態(tài)主體湍流區(qū)→過(guò)渡流區(qū)→層流內(nèi)層區(qū)→平壁A側(cè)

B流體在平壁上的流動(dòng)狀態(tài)平壁B側(cè)→層流內(nèi)層區(qū)→過(guò)渡區(qū)→主體湍流區(qū)（2）傳熱及溫度情況傳熱方向：因T>t故熱量Q從A傳向B

溫度降低方向T→t換熱分析第四十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第42頁(yè)，共173頁(yè)。a.湍流區(qū)中的傳熱及溫度分布：湍流區(qū)中傳熱方式主要是強(qiáng)制對(duì)流（自然對(duì)流作用不顯著）且由于湍流時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)微團(tuán)充分混合，故湍流區(qū)溫度趨于均勻b.過(guò)渡流區(qū)的傳熱與溫度情況過(guò)渡流區(qū)中既有對(duì)流（強(qiáng)制和自然對(duì)流）傳熱，又有導(dǎo)熱，所占比重視具體情況變化。溫度沿與流動(dòng)相垂直方向的變化程度與過(guò)渡區(qū)厚度成正比c.層流內(nèi)層區(qū)中傳熱溫度情況在層流區(qū)中傳熱方式是導(dǎo)熱，流體質(zhì)點(diǎn)間無(wú)混合。液體（氣體）的導(dǎo)熱系數(shù)較小，故該層中的溫度變化較大，且與層流內(nèi)層厚度成正比d.平壁中的傳熱及溫度變化導(dǎo)熱，溫度基本呈直線變化第四十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第43頁(yè)，共173頁(yè)。（3）實(shí)際情況簡(jiǎn)化處理因過(guò)渡區(qū)及層流內(nèi)層區(qū)厚度無(wú)法測(cè)定故常將湍流區(qū)中為對(duì)流給熱，層流區(qū)及平壁中為傳導(dǎo)傳熱。過(guò)渡區(qū)合并在湍流區(qū)層流區(qū)合并在平壁區(qū)整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)化為：溫度湍流主體→過(guò)渡層→層流內(nèi)層→平壁→層流內(nèi)層→過(guò)渡層→湍流主體流體熱量A|c|BQ||Tat第四十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第44頁(yè)，共173頁(yè)。傳熱系數(shù)熱阻總熱阻對(duì)流給熱系數(shù)αA（湍流及過(guò)渡）導(dǎo)熱系數(shù)λc（層流及平壁）對(duì)流給熱系數(shù)αB（湍流及過(guò)渡流）K——總傳熱系數(shù)即：（平壁型總傳熱系數(shù)K計(jì)算公式）第四十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第45頁(yè)，共173頁(yè)。假設(shè)換熱器的熱損失可忽略，則單位時(shí)間內(nèi)熱流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱量。對(duì)于換熱器的微元面積dS，其熱量衡算式可表示為對(duì)于整個(gè)換熱器，其熱量衡算式為4.4傳熱過(guò)程計(jì)算4.4.1熱量恒算第四十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第46頁(yè)，共173頁(yè)。若換熱器中兩流體無(wú)相變化，且流體的比熱容不隨溫度而變或可取平均溫度下的比熱容時(shí)若換熱器中的熱流體有相變化，例如飽和蒸氣冷凝時(shí)當(dāng)冷凝液的溫度低于飽和溫度時(shí)第四十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第47頁(yè)，共173頁(yè)。通過(guò)換熱器中任一微元面積dS的間壁兩側(cè)流體的傳熱速率方程，可以仿照對(duì)流傳熱速率方程寫出，即一、總傳熱速率微分方程第四十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第48頁(yè)，共173頁(yè)?？倐鳠嵯禂?shù)必須和所選擇的傳熱面積相對(duì)應(yīng)，選擇的傳熱面積不同，總傳熱系數(shù)的數(shù)值也不同?？倐鳠崴俾饰⒎址匠痰谒氖彭?yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第49頁(yè)，共173頁(yè)。顯然有管內(nèi)徑管外徑平均管徑工程上大多以外表面積為基準(zhǔn)，故后面討論中，除非特別說(shuō)明，都是基于外表面積的總傳熱系數(shù)。第五十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第50頁(yè)，共173頁(yè)。二、總傳熱系數(shù)1.總傳熱系數(shù)的計(jì)算總傳熱系數(shù)(簡(jiǎn)稱傳熱系數(shù))K是評(píng)價(jià)換熱器性能的一個(gè)重要參數(shù)，又是換熱器的傳熱計(jì)算所需的基本數(shù)據(jù)。

K的數(shù)值與流體的物性、傳熱過(guò)程的操作條件及換熱器的類型等諸多因素有關(guān)，因此K值的變動(dòng)范圍較大。

K值的來(lái)源：①K值的計(jì)算；②實(shí)驗(yàn)查定；③經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。第五十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第51頁(yè)，共173頁(yè)。兩流體通過(guò)管壁的傳熱包括以下過(guò)程:①熱流體在流動(dòng)過(guò)程中將熱量傳給管壁的對(duì)流傳熱；②通過(guò)管壁的熱傳導(dǎo)；③管壁與流動(dòng)中的冷流體之間的對(duì)流傳熱。第五十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第52頁(yè)，共173頁(yè)。對(duì)穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程，各串聯(lián)環(huán)節(jié)的傳熱速率必然相等，即或第五十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第53頁(yè)，共173頁(yè)。移項(xiàng)后相加，得上式兩邊均除以，并利用，得第五十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第54頁(yè)，共173頁(yè)。比較第五十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第55頁(yè)，共173頁(yè)?；诠軆?nèi)表面積的局部總傳熱系數(shù)基于平均表面積的局部總傳熱系數(shù)基于管外表面積的局部總傳熱系數(shù)得第五十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第56頁(yè)，共173頁(yè)。設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮污垢熱阻的影響，即管壁外表面污垢熱阻管壁內(nèi)表面污垢熱阻總傳熱系數(shù)計(jì)算式某些常見(jiàn)流體的污垢熱阻的經(jīng)驗(yàn)值可查附錄。污垢熱阻(又稱污垢系數(shù))第五十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第57頁(yè)，共173頁(yè)。提高總傳熱系數(shù)途徑的分析總熱阻=管內(nèi)熱阻+管內(nèi)垢阻+壁阻+管外垢阻+管外熱阻壁阻總熱阻管內(nèi)熱阻管內(nèi)垢阻管外垢阻管外熱阻第五十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第58頁(yè)，共173頁(yè)。若傳熱面為平壁或薄管壁，則當(dāng)管壁熱阻和污垢熱阻均可忽略時(shí)若管壁外側(cè)對(duì)流傳熱控制，則第五十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第59頁(yè)，共173頁(yè)。管壁內(nèi)側(cè)對(duì)流傳熱控制若管壁內(nèi)、外側(cè)對(duì)流傳熱控制相當(dāng)若管壁兩側(cè)對(duì)流傳熱熱阻很小，而污垢熱阻很大污垢熱阻控制若，則第六十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第60頁(yè)，共173頁(yè)。欲提高K值，強(qiáng)化傳熱，最有效的辦法是減小控制熱阻。

K值總是接近且永遠(yuǎn)小于中的小者。當(dāng)兩側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)相差較大時(shí)，K近似等于中小者。第六十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第61頁(yè)，共173頁(yè)。第六十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第62頁(yè)，共173頁(yè)。第六十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第63頁(yè)，共173頁(yè)。第六十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第64頁(yè)，共173頁(yè)。第六十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第65頁(yè)，共173頁(yè)。2.K的實(shí)驗(yàn)測(cè)定對(duì)現(xiàn)有的換熱器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)取有關(guān)的數(shù)據(jù)，如流體的流量和溫度等，然后用總傳熱速率方程式計(jì)算得到K值。實(shí)測(cè)的K值不僅可以為換熱器的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，而且可以了解換熱器的性能，從而尋求提高設(shè)備傳熱能力的途徑。第六十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第66頁(yè)，共173頁(yè)。3.總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值某些情況下管殼式換熱器的總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)值列于表4-6。從表4-6可看出，通常經(jīng)驗(yàn)值的范圍較大，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選取中間的某一數(shù)值。若為降低操作費(fèi)，可選較小的K值；若為降低設(shè)備費(fèi)，可選較大的K值。第六十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第67頁(yè)，共173頁(yè)。2.關(guān)于總傳熱系數(shù)及強(qiáng)化傳熱速率的基本手段的討論（1）垢阻的影響管內(nèi)外結(jié)垢，傳熱阻增大，總傳熱系數(shù)下降，傳熱量亦下降（2）強(qiáng)化傳熱操作的方法根據(jù)式可知，使Q增大可采取下列三種方法（1）增大傳熱面積A.——從設(shè)備結(jié)構(gòu)著手，如減小管徑，增加管數(shù)。但存在二個(gè)問(wèn)題，即：流動(dòng)阻力增大，制造和運(yùn)行費(fèi)上升（2）增大△tm——如采用逆流操作；當(dāng)一方為蒸汽換熱時(shí)，增大蒸汽壓強(qiáng)，使其溫度提高。第六十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第68頁(yè)，共173頁(yè)。（3）增大K值——①減小垢阻和降低管壁熱阻（勤清洗）②當(dāng)垢阻和管壁熱阻可忽視時(shí)，則：K≈1，即在此情況下，K值取決于對(duì)流給熱系數(shù)較小的流體，故應(yīng)使1增大，效果才顯著（瓶頸效應(yīng)），關(guān)于提高值的措施，以后章節(jié)有詳細(xì)討論。變溫差傳熱的幾類情況平均溫度差的計(jì)算1.在恒溫差傳熱時(shí)：2.在變溫差傳熱時(shí)：第六十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第69頁(yè)，共173頁(yè)。（1）逆流第七十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第70頁(yè)，共173頁(yè)。（2）并流第七十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第71頁(yè)，共173頁(yè)。（3）一側(cè)發(fā)生相變時(shí)第七十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第72頁(yè)，共173頁(yè)。平壁兩側(cè)流體A、B主體湍流區(qū)，溫度分別為T、t且不隨位置而變化，即如圖（2）所示。如：兩側(cè)同時(shí)相變過(guò)程或均為全混合狀態(tài)。對(duì)于有流動(dòng)情況下的平壁與圓筒壁，當(dāng)二側(cè)無(wú)相變時(shí)，盡管與流動(dòng)相垂直的某一截面（T-t）不隨時(shí)間變化，但會(huì)隨位置變化（T－t）→（T`－t`）如圖（3）所示。3.平均溫度差問(wèn)題的提出問(wèn)題：式（a）的基本前提是：此時(shí)如何用若令：則：或：表示即：解決方法：采用平均方法（算術(shù)、對(duì)數(shù)、幾何？）解決表達(dá)第七十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第73頁(yè)，共173頁(yè)。假定：（1）傳熱達(dá)到穩(wěn)定，換熱器與外界無(wú)熱交換（熱損失為零）（2）冷、熱流體流量為常數(shù)，比熱均不隨溫度改變（3）傳熱總系數(shù)為常數(shù)（或變化時(shí)有具體函數(shù)關(guān)系式表示）4.平均溫差公式的推導(dǎo)第七十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第74頁(yè)，共173頁(yè)。于是：在微元傳熱面積dA上所傳遞的熱量從換熱器的微元傳熱面積考慮故冷熱流體的溫度差又：從冷熱流體的傳熱情況分析故：或：第七十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第75頁(yè)，共173頁(yè)。即：積分整理：△tm為對(duì)數(shù)平均溫差。注意與對(duì)數(shù)平均半徑的類似性同理，當(dāng)△t1/△t2≤2時(shí)，△tm可用算術(shù)平均值法代替，誤差4%。另：當(dāng)△t1△t2時(shí)，利用極限可證明第七十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第76頁(yè)，共173頁(yè)。討論：（1）此式既適用于逆流，又適用于并流（有相變亦可）（2）對(duì)于錯(cuò)、折流，先按逆流處理計(jì)算△tm，再引入校正函數(shù)φ△t，（3）對(duì)于K不等于常數(shù)，時(shí)，而不難導(dǎo)出：第七十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第77頁(yè)，共173頁(yè)。3.流向的選擇(1)逆流當(dāng)換熱器的傳熱量Q及總傳熱系數(shù)K一定時(shí)，采用逆流操作，所需的換熱器傳熱面積較小。若傳熱面積一定，則可節(jié)省加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的用量。因而換熱器應(yīng)盡可能采用逆流操作。第七十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第78頁(yè)，共173頁(yè)。(2)并流若對(duì)流體的溫度有所限制，如冷流體被加熱時(shí)不得超過(guò)某一溫度，或熱流體被冷卻時(shí)不得低于某一溫度，則宜采用并流操作。采用折流或其他流動(dòng)形式的原因，除了為滿足換熱器的結(jié)構(gòu)要求外，就是為了提高總傳熱系數(shù)。但是平均溫度差較逆流時(shí)的低。在選擇流向時(shí)應(yīng)綜合考慮，φΔt值不宜過(guò)低，一般設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取φΔt>0.9，至少不能低于0.8，否則應(yīng)另選其他流動(dòng)形式。第七十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第79頁(yè)，共173頁(yè)。關(guān)于逆流操作的優(yōu)點(diǎn)平均溫差大（當(dāng)二流體進(jìn)，出口溫度一定時(shí)）節(jié)省冷卻劑或加熱劑用量并流優(yōu)勢(shì)控制出口端冷流體的溫度。高粘度流體的加熱，使溫度迅速升高，增強(qiáng)流動(dòng)性。思考題：

1、在全混釜夾套中△tm如何計(jì)算，（與相變過(guò)程相同）；

2、有化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程（化學(xué)反應(yīng)）總結(jié)第八十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第80頁(yè)，共173頁(yè)。第八十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第81頁(yè)，共173頁(yè)。第八十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第82頁(yè)，共173頁(yè)。第八十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第83頁(yè)，共173頁(yè)。4.4.5傳熱單元數(shù)法1.定義：傳熱效率①若以熱流體的基準(zhǔn),則因T1一定，故若使（T1-T2）最大，則需使T2=T2min

對(duì)于逆流：對(duì)于并流：則：即熱流體出口溫度的極限值是等于冷流體的進(jìn)口溫度第八十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第84頁(yè)，共173頁(yè)。②若以冷流體為基準(zhǔn)，則：因冷流體出口溫度t2的極限是熱流體的進(jìn)口溫度T1

即：故：（逆流，以冷流體為基準(zhǔn)）或：又故（并流，以冷流體為基準(zhǔn)）第八十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第85頁(yè)，共173頁(yè)。于是：理由：根據(jù)熱平衡，當(dāng)一側(cè)流體取得最大溫差時(shí)，在傳熱量不變（一定）時(shí)，其msCp必最小，否則，則要求另一側(cè)流體有更大溫差，出現(xiàn)假定上的矛盾。即：現(xiàn)要求又根據(jù)熱平衡于是：與假設(shè)矛盾。第八十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第86頁(yè)，共173頁(yè)。2.Ε的計(jì)算——NTU法由于故定義：傳熱單元數(shù)又可以推得：?jiǎn)纬棠媪鲿r(shí)：?jiǎn)纬滩⒘鲿r(shí)：式中：——熱容流量比第八十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第87頁(yè)，共173頁(yè)。特別地：i)當(dāng)CR=1時(shí)，ii)當(dāng)CR→0時(shí)，（類似于相變過(guò)程）第八十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第88頁(yè)，共173頁(yè)。3.引入ε的意義對(duì)于穩(wěn)定傳熱的換熱過(guò)程：以逆流為例：又：（1）（2）（3）當(dāng)CpT和Cpt已知時(shí)，上述3個(gè)方程中共有9個(gè)變量（1）若T1,T2,t1,t2已知及K,msT或mst已知，則直接可以設(shè)計(jì)計(jì)算換熱器A，Q,mst或msT，設(shè)計(jì)型計(jì)算引入ε意義：若ε已知（通過(guò)ε-NTU圖查取），則可直接計(jì)算T1或t1（2）若T1（T2）t1（t2）中任意二個(gè)已知，則需用試差法求解Q,t和T及K,A,msT,mst，操作型計(jì)算第八十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第89頁(yè)，共173頁(yè)。4.應(yīng)用ε—NTU法優(yōu)點(diǎn)①不需計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差△tm，亦不用試算②對(duì)串聯(lián)換熱器，則按下列計(jì)算：第九十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第90頁(yè)，共173頁(yè)。5.關(guān)于引入NTU的意義：又：故：H0——傳熱單元高度（m）可見(jiàn)：①當(dāng)H0=1m時(shí)，換熱器的長(zhǎng)度L=NTU②引入NTU和H0概念后，換熱器傳熱面積的計(jì)算可簡(jiǎn)單表示為換熱器長(zhǎng)度的計(jì)算，當(dāng)H0一定時(shí)，設(shè)計(jì)所要求的NTU越大（換熱要求越高），則L越大。③H0只與換熱器的K值和結(jié)構(gòu)（n、d）及流體的性質(zhì)狀態(tài)有關(guān)，而與換熱（溫度變化）程度無(wú)關(guān)（K、Cp不隨溫度變化時(shí)）由得第九十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第91頁(yè)，共173頁(yè)。4.5.1影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素2.引起流動(dòng)的原因自然對(duì)流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動(dòng)。強(qiáng)制對(duì)流：由于外力和壓差而引起的流動(dòng)。強(qiáng)制

>自然

4.5對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式1.流動(dòng)狀態(tài)

湍流

>層流

第九十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第92頁(yè)，共173頁(yè)。自然對(duì)流的產(chǎn)生：設(shè)熱處：t2，2；冷處：t1，1——體積膨脹系數(shù)，1/C.或而得：或第九十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第93頁(yè)，共173頁(yè)。由溫度差而產(chǎn)生的單位體積的升力：加熱板冷卻板第九十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第94頁(yè)，共173頁(yè)。5.是否發(fā)生相變相變

>無(wú)相變4.傳熱面的形狀，大小和位置形狀——管、板、管束等；大小——管徑、管長(zhǎng)、板厚等；位置——管子的排列方式，垂直或水平放置。3.流體的物性

，，，cp

第九十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第95頁(yè)，共173頁(yè)。4.5.2對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析變量數(shù)8個(gè)基本因次4個(gè)：長(zhǎng)度L，時(shí)間T，質(zhì)量M，溫度無(wú)量綱特征數(shù)（8-4）=4無(wú)相變時(shí)第九十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第96頁(yè)，共173頁(yè)。1.努塞爾特（Nusselt）數(shù)表示對(duì)流傳熱系數(shù)的特征數(shù)2.雷諾（Reynolds）數(shù)反映流體的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)對(duì)流傳熱的影響第九十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第97頁(yè)，共173頁(yè)。3.普蘭特（Prandtl）數(shù)反映流體的物性對(duì)對(duì)流傳熱的影響4.格拉斯霍夫（Grashof）準(zhǔn)數(shù)表示自然對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響一般形式：Nu=f(Re,Pr,Gr)簡(jiǎn)化：強(qiáng)制對(duì)流Nu=f(Re,Pr)

自然對(duì)流Nu=f(Pr,Gr)第九十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第98頁(yè)，共173頁(yè)。使用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式時(shí)注意：1.應(yīng)用范圍2.特征尺寸3.定性溫度強(qiáng)制對(duì)流自然對(duì)流無(wú)相變有相變蒸汽冷凝液體沸騰第九十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第99頁(yè)，共173頁(yè)。（一）流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流1.圓形直管內(nèi)的強(qiáng)制湍流流體被加熱n=0.4流體被冷卻n=0.3（1）應(yīng)用范圍：Re>104,Pr=0.7~160,L/d>60,

氣體或低粘度的液體（<2水）（2）定性溫度：流體進(jìn)出口的算術(shù)平均值（3）特征尺寸：管內(nèi)徑4.5.3流體無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)第一百頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第100頁(yè)，共173頁(yè)。討論：（1）加熱與冷卻的差別：液體氣體第一百零一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第101頁(yè)，共173頁(yè)。物性一定時(shí)：（2）影響因素：第一百零二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第102頁(yè)，共173頁(yè)。公式修正：（1）當(dāng)L/d<60，乘校正系數(shù)；（2）高粘度液體（>2水）工程處理：加熱：冷卻：第一百零三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第103頁(yè)，共173頁(yè)。（3）彎管（4）非圓形管道用當(dāng)量直徑計(jì)算。第一百零四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第104頁(yè)，共173頁(yè)。2.圓形直管內(nèi)流體處于過(guò)渡區(qū)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)2300<Re<104第一百零五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第105頁(yè)，共173頁(yè)。3.圓形直管內(nèi)強(qiáng)制層流（1）隨熱流方向不同，速度分布情況不同；（2）自然對(duì)流造成了徑向流動(dòng)，強(qiáng)化了對(duì)流傳熱過(guò)程。對(duì)于液體第一百零六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第106頁(yè)，共173頁(yè)。自然對(duì)流可以忽略：Gr<25000自然對(duì)流不能忽略：Gr>25000乘校正因子：適用范圍：定性溫度：特征尺寸：管內(nèi)徑第一百零七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第107頁(yè)，共173頁(yè)。（二）流體在管外強(qiáng)制對(duì)流傳熱1.流體在管束外垂直流過(guò)第一百零八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第108頁(yè)，共173頁(yè)。應(yīng)用范圍：Re=5000~70000;x1/d=1.2~5;x2/d=1.2~5

特征尺寸：管外徑；流速取各排最窄通道處 定性溫度：進(jìn)、出口溫度平均值Nu=C

RenPr0.4平均對(duì)流傳熱系數(shù)：第一百零九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第109頁(yè)，共173頁(yè)。2．流體在換熱器管間的流動(dòng)折流擋板形式：圓缺形、圓環(huán)形第一百一十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第110頁(yè)，共173頁(yè)。設(shè)置折流擋板目的：增加殼程流體的湍動(dòng)程度，進(jìn)而提高殼程的。圓缺形折流擋板：定性溫度：應(yīng)用范圍：Re=2×103～106第一百一十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第111頁(yè)，共173頁(yè)。正方形排列：正三角形排列：特征尺寸：（1）當(dāng)量直徑ded0tt第一百一十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第112頁(yè)，共173頁(yè)。（2）流速u按流通截面最大處的截面計(jì)算：式中h——兩塊折流擋板間距離，m；

D——換熱器殼徑，m；第一百一十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第113頁(yè)，共173頁(yè)。（三）自然對(duì)流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)定性溫度：膜溫（tm+tw）/2特征尺寸：垂直的管或板為高度H

水平管為管外徑d0各種情況下的C、n值及特征尺寸不同。

第一百一十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第114頁(yè)，共173頁(yè)。1.蒸汽冷凝方式4.5.4流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱滴>膜

（1）膜狀冷凝（2）滴狀冷凝冷凝過(guò)程的熱阻——冷凝液膜（一）蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱第一百一十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第115頁(yè)，共173頁(yè)。（1）努塞爾(Nusselt)理論公式膜狀冷凝時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)系式推導(dǎo)中作了以下假設(shè)：①冷凝液膜呈層流流動(dòng)，傳熱方式為通過(guò)液膜的熱傳導(dǎo);②蒸汽靜止不動(dòng)，對(duì)液膜無(wú)摩擦阻力;③蒸氣冷凝成液體時(shí)所釋放的熱量?jī)H為冷凝潛熱，蒸汽溫度和壁面溫度保持不變;④冷凝液的物性可按平均液膜溫度取值，且為常數(shù)。2.膜狀冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)第一百一十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第116頁(yè)，共173頁(yè)。對(duì)蒸氣在垂直管外或垂直平板側(cè)的冷凝蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差飽和蒸汽的冷凝潛熱第一百一十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第117頁(yè)，共173頁(yè)。水平管束外定性溫度：tSr，其它膜溫n——水平管束在垂直列上的管數(shù)r——比汽化熱第一百一十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第118頁(yè)，共173頁(yè)。（2）蒸汽在垂直管外（或垂直板上）冷凝qm——冷凝液量，kg/sM——冷凝負(fù)荷，kg/s.m第一百一十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第119頁(yè)，共173頁(yè)。層流Re<1800Re>1800湍流特性尺寸：管或板高H定性溫度：膜溫第一百二十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第120頁(yè)，共173頁(yè)。3.影響因素和強(qiáng)化措施(1)液體物性，，

，

r

(2)不凝氣體

不凝氣體存在，導(dǎo)致，需定期排放。(3)蒸汽流速與流向（u>10m/s）同向時(shí)，t，；反向時(shí)，t，；u，(4)蒸汽過(guò)熱

r’=r+cp(tv-ts)影響較小第一百二十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第121頁(yè)，共173頁(yè)。(6)強(qiáng)化措施：目的：減少冷凝液膜的厚度水平管束：減少垂直方向上管數(shù)，采用錯(cuò)列；垂直板或管：開(kāi)縱向溝槽，或在壁外裝金屬絲。(5)冷凝壁面的影響：冷凝壁面安放冷凝壁面表面第一百二十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第122頁(yè)，共173頁(yè)。（二）液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱大容積沸騰管內(nèi)沸騰1.沸騰現(xiàn)象在粗糙加熱面的細(xì)小凹縫處：汽化核心生成汽泡長(zhǎng)大脫離壁面新汽泡形成攪動(dòng)液層第一百二十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第123頁(yè)，共173頁(yè)。沸騰必要條件：

過(guò)熱度t=（t－ts）>0

存在汽化核心推動(dòng)力（tw－ts）沸騰三個(gè)階段：自然對(duì)流、核狀沸騰、膜狀沸騰工業(yè)上采用核狀沸騰大，tW小圖4-32水的沸騰曲線臨界點(diǎn)第一百二十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第124頁(yè)，共173頁(yè)。2.影響因素及強(qiáng)化措施（1）液體的性質(zhì)（2）溫度差核狀沸騰階段:t2.5，，t

（3）操作壓力第一百二十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第125頁(yè)，共173頁(yè)。（4）加熱面新的、潔凈的、粗糙的加熱面，大

（5）強(qiáng)化措施表面粗糙化：將表面腐蝕，燒結(jié)金屬粒；加表面活性劑（乙醇、丙酮等）第一百二十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第126頁(yè)，共173頁(yè)。三、壁溫的計(jì)算穩(wěn)態(tài)傳熱（1）大，b/Am小（壁阻?。﹖WTW第一百二十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第127頁(yè)，共173頁(yè)。TW接近于T，即大(熱阻小)側(cè)流體的溫度

（3）兩側(cè)有污垢（2）當(dāng)tW=TW

第一百二十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第128頁(yè)，共173頁(yè)。四、傳熱計(jì)算總傳熱速率方程熱量衡算式

(熱負(fù)荷)無(wú)相變

有相變

應(yīng)用條件：定態(tài)流動(dòng)，qm為常數(shù)；

cP為常數(shù)；

K為常數(shù)；忽略熱損失。第一百二十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第129頁(yè)，共173頁(yè)。1.設(shè)計(jì)型計(jì)算已知：qm1、T1、T2（生產(chǎn)任務(wù)），t1、qm2等求：傳熱面積A或校核換熱器是否合適步驟

:（1）計(jì)算熱負(fù)荷；（2）計(jì)算tm；（3）計(jì)算1、2及K；（4）計(jì)算A若A實(shí)

>A計(jì)或Q換>Q需要，換熱器合適。第一百三十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第130頁(yè)，共173頁(yè)。二、操作型計(jì)算（1）已知：換熱器A，qm1、T1，qm2

、t1

求：出口T2、t2（2）已知：換熱器A，qm1、T1，T2

、t1

求：qm2、

t2注意：列管式換熱器中流通面積傳熱面積第一百三十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第131頁(yè)，共173頁(yè)。一、基本概念1.輻射：物體通過(guò)電磁波來(lái)傳遞能量的過(guò)程。2.熱輻射：物體由于熱的原因以電磁波的形式向外發(fā)射能量的過(guò)程。

特點(diǎn)：能量形式的轉(zhuǎn)換不需要任何介質(zhì)4.6輻射傳熱第一百三十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第132頁(yè)，共173頁(yè)。QQQNQ能量守恒定律：

——吸收率

——反射率

——穿透率

3.物體對(duì)熱輻射的作用總能量Q；被物體吸收QA

；被反射QR

；穿過(guò)物體QD

第一百三十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第133頁(yè)，共173頁(yè)。黑體：白體(鏡體)：透熱體：灰體：以相同的吸收率吸收所有波長(zhǎng)輻射能的物體特點(diǎn)：①灰體的吸收率A不隨輻射線的波長(zhǎng)而變；②灰體是不透熱體，即A+R=1。固體、液體：D=0A+R=1

氣體：R=0A+D=1第一百三十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第134頁(yè)，共173頁(yè)。輻射能力輻射能力E

物體在一定的溫度下，單位表面積、單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射的全部波長(zhǎng)的總能量。單位為W/m2單色輻射能力單位為W/m3在相同條件下，物體發(fā)射特定波長(zhǎng)的能力。二、物體的輻射能力第一百三十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第135頁(yè)，共173頁(yè)。對(duì)黑體，輻射能力和單色輻射能力之間滿足

黑體輻射能力黑體單色輻射能力，第一百三十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第136頁(yè)，共173頁(yè)。普朗克定律揭示了黑體的輻射能力按照波長(zhǎng)的分配規(guī)律，即表示黑體的單色輻射能力隨波長(zhǎng)和溫度變化的函數(shù)關(guān)系。，第一百三十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第137頁(yè)，共173頁(yè)。圖4-34黑體單色輻射能力按波長(zhǎng)的分布規(guī)律第一百三十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第138頁(yè)，共173頁(yè)。圖4-34黑體單色輻射能力按波長(zhǎng)的分布規(guī)律第一百三十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第139頁(yè)，共173頁(yè)。斯蒂芬—玻耳茲曼定律揭示黑體的輻射能力與其表面溫度的關(guān)系。黑體的輻射常數(shù)斯蒂芬（Stefan）－玻耳茲曼（Boltzmann）定律四次方定律表明，熱輻射對(duì)溫度特別敏感C0──黑體輻射系數(shù)，5.669W/(m2.K4)第一百四十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第140頁(yè)，共173頁(yè)。（二）實(shí)際物體黑度：

<1

=f(物體的種類、表面溫度、表面狀況)C——灰體的輻射系數(shù)，C=C0是物體輻射能力接近黑體輻射能力的程度

——實(shí)驗(yàn)測(cè)定第一百四十一頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第141頁(yè)，共173頁(yè)?；瘜W(xué)工業(yè)中常遇到兩固體間的輻射傳熱。由于大多數(shù)固體可視為灰體，在兩灰體間的相互輻射中，相互進(jìn)行著輻射能的多次被吸收和多次被反射的過(guò)程，因而比黑體與灰體間的輻射過(guò)程要復(fù)雜得多。在計(jì)算灰體間輻射傳熱時(shí)，必須考慮它們的吸收率(或反射率)、物體的形狀和大小及其相互間的位置與距離的影響。現(xiàn)以兩個(gè)面積很大(相對(duì)于兩者距離而言)且相互平行的灰體平板間相互輻射為例，推導(dǎo)灰體間輻射傳熱的計(jì)算式。若兩板間介質(zhì)為透熱體，且因兩板很大，故從一板發(fā)射出的輻射能可以認(rèn)為全部投射在另一板上。由于兩平板均是灰體，其D=0，故A+R=1。第一百四十二頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第142頁(yè)，共173頁(yè)。（三）克希霍夫定律對(duì)灰體:熱交換達(dá)到平衡時(shí)T1=T2,q=0任意物體:T1>T2A1+A

2=1E1Eb（1-A1）EbA1Eb

Ⅰ灰體

Ⅱ黑體克希霍夫定律第一百四十三頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第143頁(yè)，共173頁(yè)。結(jié)論：（1）物體的輻射能力越強(qiáng)，其吸收率越大（2）A=

同溫度下，物體的吸收率與黑度數(shù)值上相等（3）A＜１，E＜Eb在任何溫度下、各種物體中以黑體的輻射能力為最大第一百四十四頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第144頁(yè)，共173頁(yè)。（一）輻射傳熱速率四、兩固體間的相互輻射①兩面積無(wú)限大的平行平板②兩平面有限大的平行平板第一百四十五頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第145頁(yè)，共173頁(yè)。③一物體被另一物體包圍若外圍為黑體，1=1

或A2》A1，則C1-2=C1=Cb1第一百四十六頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第146頁(yè)，共173頁(yè)。

1.溫度的影響

ＱT4；低溫可忽略，高溫可能成為主要方式

2.幾何位置的影響

3.表面黑度的影響

Ｑ，可通過(guò)改變大小強(qiáng)化或減小輻射傳熱

4.輻射表面間介質(zhì)的影響減小輻射散熱，在兩換熱面加遮熱板（小熱屏）（二）影響輻射傳熱的主要因素第一百四十七頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第147頁(yè)，共173頁(yè)。五、高溫設(shè)備及管道的熱損失對(duì)流：輻射：令=1

總熱損失：T——對(duì)流-輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)，W/(m2.K)第一百四十八頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第148頁(yè)，共173頁(yè)。（1）空氣自然對(duì)流，tW<150C（2）空氣沿粗糙壁面強(qiáng)制對(duì)流管道及圓筒壁保溫層外空氣速度u>5m/s平壁保溫層外空氣速度u<=5m/s第一百四十九頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第149頁(yè)，共173頁(yè)。一、換熱器的分類按用途分類加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器按冷、熱流體熱量交換方式分類混合式、蓄熱式、間壁式4.7換熱器第一百五十頁(yè)，編輯于星期六：十三點(diǎn)四十五分。第150頁(yè)，共173頁(yè)。二、間壁式換熱器的類型（一）夾套換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：

A小釜內(nèi)小強(qiáng)化措施：釜內(nèi)加攪拌釜內(nèi)加蛇管外循環(huán)第一