化工原理課件6傳熱

6.傳熱

6.1概述6.2熱傳導(dǎo)6.3對流傳熱6.4沸騰給熱與冷凝給熱6.5熱輻射6.6傳熱過程的計算6.7換熱器化工原理6.傳熱6.1概述化工原理16.傳熱1、本章學(xué)習的知識點傅立葉定律；平壁和圓筒壁定常熱傳導(dǎo)的計算；傳熱推動力與熱阻的概念；對流給熱方程及對流給熱系數(shù)；傳熱速率方程；熱量衡算方程；總傳熱系數(shù)；平均溫差；傳熱效率與傳熱單元數(shù)；強制對流、自然對流、冷凝和沸騰給熱系數(shù)的計算；熱輻射基本概念；波爾茲曼定律；克希霍夫定律；固體間熱輻射；傳熱的設(shè)計型和操作型問題定量計算；傳熱操作型問題定性分析；壁溫的計算；列管換熱器的結(jié)構(gòu)、特點、工藝計算與選型；換熱器優(yōu)化設(shè)計概念；強化傳熱過程的途徑；其他各種類型傳熱器的結(jié)構(gòu)與特點。

6.傳熱1、本章學(xué)習的知識點26.傳熱2、本章學(xué)習的重點傅立葉定律；對流給熱方程及對流給熱系數(shù)；傳熱速率方程；熱量衡算方程；總傳熱系數(shù)；傳熱的設(shè)計型和操作型問題定量計算；傳熱操作型問題定性分析；換熱器優(yōu)化設(shè)計概念；強化傳熱過程的途徑；列管換熱器結(jié)構(gòu)、工藝計算與選型。3、本章學(xué)習的難點總傳熱系數(shù)；傳熱操作型問題的定量計算與定性分析；強化傳熱過程的途徑。4、本章學(xué)習的新知識點傳熱操作型問題的定性分析；換熱器優(yōu)化設(shè)計概念。6.傳熱2、本章學(xué)習的重點36.1概述6.1.1概述6.1.2傳熱6.傳熱返回6.1概述6.1.1概述6.傳熱返回46.1.1概述一、傳熱的定義傳熱是指由溫度差引起的能量傳遞。傳熱即熱量傳遞，熱力學(xué)第二定律，當無外加功時，熱總是從高溫向低溫自動傳遞。二、幾乎所有的化工生產(chǎn)過程均伴有傳熱操作1、聚氯乙烯生產(chǎn)：乳液聚合8atm，55℃2、合成氨：300atm，500℃，放熱反應(yīng)3、鍋爐煙道氣溫度800℃，如何利用？4、暖氣管道的保溫，暖氣片的散熱。三、傳熱目的1、加熱或冷卻，使物料達到指定的溫度；

6.傳熱6.1.1概述一、傳熱的定義6.傳熱56.1.1概述2、換熱，以回收利用熱量或冷量；3、保溫，以減少熱量或冷量的損失。如高溫設(shè)備的保溫，低溫設(shè)備的保冷。需要解決的問題：1、如何使傳熱速率快，使設(shè)備緊湊？2、如何使傳熱速率慢，以保溫（冷）？四、傳熱的基本方式1、直接接觸式冷熱兩種流體直接接觸，在混合過程中進行熱交換。不常用，如涼水塔、熱水塔。其傳熱面積大，設(shè)備簡單。伴有傳質(zhì)。6.傳熱6.1.1概述2、換熱，以回收利用熱量或冷量；6.傳熱66.1.1概述2、間壁式

參與傳熱的兩種流體被隔開在固體間壁的兩側(cè)，冷、熱兩流體在不直接接觸的條件下通過固體間壁進行熱量的交換。6.傳熱套管式換熱器

冷溶液進

冷溶液出

熱溶液進熱溶液出6.1.1概述2、間壁式6.傳熱套管式換熱器冷溶液進76.1.1概述6.傳熱列管式換熱器

單程列管式換熱器

雙程列管式換熱器

12336654457翅片（板）

6.1.1概述6.傳熱列管式換熱器單程列管式換熱器雙86.1.1概述傳熱分三步：熱流體壁冷流體3、蓄熱式冷熱流體交替流過蓄熱室的壁面，達到傳熱目的。6.傳熱給熱給熱五、傳熱過程的經(jīng)濟性及載熱體的選擇1、載熱體：供給或取走熱量的流體。起加熱作用的：加熱劑；起冷卻作用：冷卻劑。加熱劑：熱水、飽和蒸汽、礦物油、聯(lián)苯混合物、熔鹽、煙道氣等冷卻劑：水、空氣及各種冷凍劑。2、載熱體選擇6.1.1概述傳熱分三步：熱流體壁冷流體6.傳熱給熱9t不很低時，最適宜加熱劑—水6.1.1概述在選擇載熱體時應(yīng)考慮的幾個方面：①載熱體的溫度應(yīng)易于調(diào)節(jié)；②載熱體的飽和蒸氣壓宜低，加熱時不會分解；③載熱體毒性要小，使用安全，對設(shè)備應(yīng)基本上沒有腐蝕；④載熱體應(yīng)價格低廉而且容易得到。6.傳熱綜合而言t<180℃，最適宜加熱劑—飽和蒸汽t不很低時，最適宜加熱劑—水6.1.1概述在選擇載熱體時應(yīng)106.1.1概述3、經(jīng)濟性設(shè)備費和操作費綜合考慮。6.傳熱冷卻：溫位下降價值上升載熱體溫位加熱：溫位升高價值上升六、傳熱計算通式返回6.1.1概述3、經(jīng)濟性6.傳熱冷卻：溫位下降價值上升116.1.2間壁式傳熱過程一、傳熱速率1、熱流量Q單位時間內(nèi)熱流體通過整個換熱器的傳熱面A傳遞給冷流體的熱量（W=J/s），稱為熱流量Q。因此與傳熱面有關(guān)。2、熱流密度（熱通量）q單位時間通過單位傳熱面積所傳遞的熱量（W/m2）

6.傳熱熱流密度與傳熱面積A大小無關(guān)，完全取決于冷、熱流體之間的熱量傳遞過程，是反映具體傳熱過程速率大小的特征量。6.1.2間壁式傳熱過程一、傳熱速率6.傳熱126.1.2間壁式傳熱過程二、換熱器的熱流量及熱負荷1、傳熱量：6.傳熱定態(tài)下，，但q沿管長是變化的。2、熱負荷：由工藝條件決定(1)無相變傳熱比熱法：熱焓法：6.1.2間壁式傳熱過程二、換熱器的熱流量及熱負荷6.傳136.1.2間壁式傳熱過程(2)有相變傳熱6.傳熱三、非定態(tài)傳熱過程工業(yè)上，多是間歇過程：T和t隨時間變化。即：6.1.2間壁式傳熱過程(2)有相變傳熱6.傳熱三、非定146.1.2間壁式傳熱過程四、傳熱機理1、熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱）

依靠物體中微觀粒子的熱運動，如固體中的傳熱。2、對流給熱

流體質(zhì)點（微團）發(fā)生宏觀相對位移而引起的傳熱現(xiàn)象，對流傳熱只能發(fā)生在流體中，通常把傳熱表面與接觸流體的傳熱也稱為對流傳熱。3、輻射傳熱

高溫物體以電磁波的形式進行的一種傳熱現(xiàn)象熱輻射不需要任何介質(zhì)作媒介。在高溫情況下，輻射傳熱成為主要傳熱方式。6.傳熱返回6.1.2間壁式傳熱過程四、傳熱機理6.傳熱返回156.2熱傳導(dǎo)6.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)6.2.2通過平壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱返回6.2熱傳導(dǎo)6.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)6.傳熱返回166.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)一、傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)6.傳熱說明：1、2、“-”表示熱流方向與溫度梯度方向相反，即熱量從高溫傳至低溫。2、—導(dǎo)熱系數(shù)，是表征材料導(dǎo)熱性能的一個參數(shù)，導(dǎo)熱性能增加。6.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)一、傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)6.176.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù)6.傳熱1、導(dǎo)熱系數(shù)的定義導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱流密度q。2、的數(shù)量級（w/m.℃）金屬：10~102；建筑材料：10-1~10；絕熱材料：10-2~10-1；液體：10-1~10；氣體：10-2~10-16.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù)6.傳熱1、導(dǎo)186.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)一般：6.傳熱3、溫度對的影響固體多數(shù)均質(zhì)固體金非金液體氣體返回6.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)一般：6.傳熱3、溫度對196.2.2熱傳導(dǎo)過程的數(shù)學(xué)描述假定：一維定態(tài)6.傳熱一、單層平壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)設(shè)：平壁無限大，穩(wěn)定傳熱導(dǎo)，一維，導(dǎo)熱系數(shù)=const，t線性分布平壁內(nèi)取薄層，對單位面積作熱量衡算可得：對定態(tài)導(dǎo)熱

又因為薄層內(nèi)無熱量累積，q=q1=q2則

6.2.2熱傳導(dǎo)過程的數(shù)學(xué)描述假定：一維定態(tài)6.傳熱一、206.2.2熱傳導(dǎo)過程的數(shù)學(xué)描述注：當，平壁內(nèi)溫度呈線性分布6.傳熱二、熱流量Q對于平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)，熱流密度不隨變化，將積分得6.2.2熱傳導(dǎo)過程的數(shù)學(xué)描述注：當216.2.2熱傳導(dǎo)過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱說明：1、熱流量Q正比于推動力，反比于熱阻2、由可得，3、當，的導(dǎo)熱系數(shù)。即：返回6.2.2熱傳導(dǎo)過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱說明：1、熱流量Q226.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程設(shè)有內(nèi)、外半徑分別為r1，r2的圓筒，內(nèi)、外表面維持恒定的溫度、，管長足夠大，則圓筒壁內(nèi)的傳熱可以看作一維熱傳導(dǎo)。如右圖6.傳熱一、溫度分布，由傅立葉定律得對式(6-1)進行不定積分，可得：(6-1)rdrdt6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程設(shè)有內(nèi)、外236.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱由上式可以看出，圓筒壁內(nèi)的溫度按對數(shù)曲線變化。二、熱流量Q

t1t2對式(6-1)在邊界條件下即r=r1,t=t1;r=r2,t=t2進行積分，可得：6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱由上式可以看出246.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱256.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程即：6.傳熱式中：說明：1、當?shù)膱A筒壁，誤差<4%。2、當時，根據(jù)查6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程即：6.傳熱式中：說明26r1=75r2=175r中=1256.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程例6-1解：(1)分析6.傳熱對定態(tài)傳熱過程，單位長度的熱損失沿半徑方向不變，所以取一半也行。若忽略管壁熱阻，則：t1=180t中=100r1=75r2=175r中=1256.2.3通過圓筒壁的定276.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱查附表查得180℃飽和蒸汽的汽化熱6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱查附表查得18286.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱設(shè)t2=41℃所以，假設(shè)與計算相符，則t2=41.8℃返回(2)設(shè)保溫層外測溫度為t2r1=75r2=175r中=125t1=180t中=1006.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱設(shè)t2=41℃296.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程以3層為例，接觸良好。一、推動力和阻力的加和性6.傳熱一維定態(tài)：平壁：所以，假設(shè)：1、接觸緊湊，兩側(cè)溫度相同（各相鄰壁面）2、皆為常數(shù)。6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程以3層為例，接觸良好。6306.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱316.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程說明：6.傳熱1、通過多層壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)，傳熱推動力和熱阻可以加和的。2、推動力二、各層的溫度差6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程說明：6.傳熱1、通過326.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程由上式可知：在穩(wěn)定多層壁導(dǎo)熱過程中，哪層熱阻大，哪層溫差就大；反之，哪層溫差大，哪層熱阻一定大。當總溫差一定時，傳熱速率的大小取決于總熱阻的大小。

三、接觸系數(shù)多層平壁相接時，在接觸面上不可能是理想光滑的，粗糙的界面必增加傳導(dǎo)的熱阻—接觸熱阻。如右圖

6.傳熱6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程由上式可336.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程1、來源：實驗測得。6.傳熱2、以兩層平壁為例接觸熱阻四、多層圓筒壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程1、346.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程例6-2解：6.傳熱6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程例6-26.傳熱356.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱返回小結(jié)：熱傳導(dǎo)：平壁：圓筒壁：或6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱返回小結(jié)：366.3對流給熱6.3.1對流給熱過程分析6.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述6.3.3無相變的對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式6.傳熱返回6.3對流給熱6.3.1對流給熱過程分析6.傳熱返回376.3.1對流給熱過程的分析一、流動對傳熱的貢獻設(shè)有一冷平壁其溫度保持，熱流體流過平壁時被冷卻。取某一流動截面MN，考察該截面上的溫度分布和通過壁面的熱流密度。

6.傳熱1、流體靜止

流體只能以傳導(dǎo)的方式將熱量傳給壁面，流體溫度T在垂直于壁面方向呈直線分布。（最?。?/p>

6.3.1對流給熱過程的分析一、流動對傳熱的貢獻6.傳熱386.3.1對流給熱過程的分析2、流體層流徑向上只發(fā)生熱傳導(dǎo)，在流動方向上：流體TT-dT6.傳熱（較大）所以，在徑向：溫度分布在近壁過程中，溫度梯度增加。6.3.1對流給熱過程的分析2、流體層流6.傳熱（較大）396.3.1對流給熱過程的分析3、流體湍流由于湍流脈動促使流體在方向上的混合，主體部分的溫度趨向均一，只有在層流內(nèi)層中才有明顯的溫度梯度，顯然在壁面附近的溫度梯度更大，熱流密度也更大。

6.傳熱（最大）

流體流動的貢獻：改變了溫度梯度，流動強化了傳熱，使流體對壁面的熱流密度增大。6.3.1對流給熱過程的分析3、流體湍流6.傳熱（最大）406.3.1對流給熱過程的分析二、對流給熱過程的分類6.傳熱根據(jù)

三、強制對流與自然對流根據(jù)引起流動的原因，可將對流給熱分為強制對流和自然對流兩類。1、強制對流6.3.1對流給熱過程的分析二、對流給熱過程的分類6.傳416.3.1對流給熱過程的分析流體在外力（如泵、風機或其他勢能差）作用下引起的宏觀流動，湍流時對流給熱的阻力主要集中在邊壁附近，因此溫差也主要集中在邊壁附近，而流體主體溫度比較均勻。2、自然對流6.傳熱所以，ab之間形成壓差：6.3.1對流給熱過程的分析流體在外力（426.3.1對流給熱過程的分析在這壓差的推動下，造成環(huán)流環(huán)流速度：6.傳熱說明：(1)u還取決于流動阻力，即u大小與粘度、流動空間的幾何形狀及尺寸有關(guān)。(2)若欲增加u，造成充分的自然對流。水平放置在加熱面上部有利于產(chǎn)生較大的自然對流在冷卻面下部有利于產(chǎn)生較大的自然對流問題：家用冷氣和暖氣分別安裝何處合適？為什么？(3)流體有，必有環(huán)流自然對流返回6.3.1對流給熱過程的分析在這壓差的推動下，造成環(huán)流6.436.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述簡化假定：一維定態(tài)給熱。一、牛頓冷卻定律和給熱系數(shù)

工程上將對流給熱的熱流密度寫成：6.傳熱流體被加熱：流體被冷卻：上兩式稱為牛頓冷卻定律6.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述簡化假定：一維定態(tài)給熱。6446.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述說明：6.傳熱它并非理論推導(dǎo)的結(jié)果，它只是一種推論，即假設(shè)熱流密度與成正比。實際上在不少情況下，熱流密度并不與成正比，給熱系數(shù)值不為常數(shù)，而與有關(guān)。同時，將影響因素歸結(jié)到中并未改變問題的復(fù)雜性，凡影響熱流密度的因素都將影響。

二、獲得給熱系數(shù)的方法

1、解析法對所考察的流場建立動量傳遞、熱量傳遞的衡算方程和速率方程，在少數(shù)簡單的情況下可以聯(lián)立求解流場的溫度分布和壁面熱流密度，然后將所得結(jié)果改寫成牛頓6.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述說明：6.傳熱456.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述冷卻定律的形式，獲得給熱系數(shù)的理論計算式。這是對流給熱過程的解析解。(比如：管內(nèi)強制層流)2、數(shù)學(xué)模型法

對給熱過程作出簡化的物理模型和數(shù)學(xué)描述，用實驗檢驗或修正模型，確定模型參數(shù)。(比如：蒸汽管外冷凝)3、因次分析法

將影響給熱的因素無因次化，通過實驗決定無因次準數(shù)之間的關(guān)系。這是理論指導(dǎo)下的實驗研究方法，在對流給熱中廣為使用。(常用)4、

實驗法

對少數(shù)復(fù)雜的對流給熱過程適用。(比如：沸騰給熱)6.傳熱6.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述冷卻定律的形式，獲得給熱系466.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述三、的影響因素及無因次化6.傳熱1、的影響因素(1)流體狀態(tài)：氣、液、蒸汽、是否有相變(2)液體的物理性質(zhì)

：(3)流體運動狀況

：層流、湍流、過濾區(qū)(4)對流狀況

：強制對流u，自然對流(5)傳熱壁面形狀、大小——特征尺寸l或d(或de)2、因次分析采用無因次化方法可將上式轉(zhuǎn)化成無因次形式：6.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述三、的影響因素及無因次476.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱或

注：因次分析的結(jié)果無法得到最終的表達式，只能用實驗的方法得到參數(shù)的具體值，也稱為半理論、半經(jīng)驗的方法。努塞爾(Nusselt)數(shù)雷諾數(shù)(Reynolds)數(shù)普朗特(Prandtl)數(shù)格拉斯霍夫(Grashof)數(shù)6.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱或注：因次分析486.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述四、各無因次數(shù)群的物理意義1、努塞爾（Nusselt）準數(shù)

6.傳熱以純導(dǎo)熱方式進行的給熱系數(shù)準數(shù)反映的是對流使給熱系數(shù)增大的倍數(shù)。

2、雷諾（Reynolds）準數(shù)

6.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述四、各無因次數(shù)群的物理意義496.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述雷諾（Reynolds）準數(shù)即反映流體所受的慣性力與粘性力之比，表征流體的運動狀態(tài)對對流傳熱的影響。3、格拉斯霍夫（Grashof）準數(shù)

6.傳熱自然對流的特征速度

格拉斯霍夫（Grashof）準數(shù)是雷諾準數(shù)的一種變形，它表征著自然對流的流動狀態(tài)。4、

普蘭特（Prandtl）準數(shù)

反映流體物性對對流傳熱的影響。6.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述雷諾（R506.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述氣體：，液體：。6.傳熱五、定性溫度取什么溫度查取所需物性：1、因給熱熱阻主要集中在層流內(nèi)層，所以定性溫度取平均膜溫2、廣泛使用：=流體主體的平均溫度例如：管流：6.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述氣體：，516.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述六、特征尺寸是指對給熱過程產(chǎn)生直接影響的幾何尺寸。平壁：l，圓管：d，非圓管：de。6.傳熱返回6.3.2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述六、特征尺寸6.傳熱返回526.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式一、圓形直管內(nèi)的強制湍流的給熱系數(shù)

對于強制湍流，自然對流的影響可以忽略不計，即Gr可忽略。6.傳熱或說明：(1)使用范圍：(2)b的取值：流體被加熱：流體被冷卻：6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式一、圓形直管內(nèi)的強制湍536.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式(3)特征尺寸：d—內(nèi)徑。(4)定性溫度：6.傳熱1、修正對于不滿足上述條件的情況，可按上式計算結(jié)果加以修正。(1)對于高粘度的液體因粘度的絕對值較大，固體表面與主體溫度差帶來的影響更為顯著。

6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式(3)特征尺寸：d—內(nèi)546.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式對于液體6.傳熱加熱時：冷卻時：對于氣體：(2)對于短管(3)對于過渡流6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式對于液體6.傳熱加熱55②根據(jù)實驗確定經(jīng)驗式：例套管環(huán)隙6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式(4)彎管(e.g.肘管和蛇管)6.傳熱(5)非圓形管①代入當量直徑de（準確性較差）②根據(jù)實驗確定經(jīng)驗式：例套管環(huán)隙6.3.3無相變對566.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式6.傳熱關(guān)鍵：(1)若qv一定，d增大一倍，的變化？2、影響的因素的具體情況6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式6.傳熱關(guān)鍵：(1)576.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式(2)，除了對流外還有導(dǎo)熱。6.傳熱(3)(4)，與溫度無關(guān)。例6-3管內(nèi)強制湍流時給熱系數(shù)的計算解：查附錄得苯在50℃的物性參數(shù)：6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式(2)586.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式6.傳熱流體是被加熱，取b=0.4>10000在0.7和160之間6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式6.傳熱流體是被加熱596.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式若忽略定性溫度的變化，當笨的流量增加一倍，則給熱系數(shù)為6.傳熱二、圓形直管強制層流的給熱系數(shù)管內(nèi)強制層流的給熱過程由于下列因素而趨于復(fù)雜。1、流體物性（特別是粘度）受到管內(nèi)不均勻溫度分布的影響，使速度分布顯著地偏離等溫流動時的拋物線。

6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式若忽略定性溫度的變化，606.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式2、自然對流造成了徑向流動，強化了給熱過程。（對于高度湍流而言，自然對流影響無足輕重）

3、層流流動時達到定態(tài)速度分布的進口段距離一般較長（約100d），在實用的管長范圍內(nèi)，加熱管的相對長度l/d將對全管平均的給熱系數(shù)有明顯影響。

6.傳熱適用于條件：

6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式2、自然對流造成了徑向61適用范圍：5000<Re<70000

，x1/d=1.2～5，x2/d=1.2～5。

6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式單管：周圍的變化6.傳熱管束：直排或錯排，各排不等。三、管外強制對流的給熱系數(shù)

適用范圍：5000<Re<70000，x1/d=1.2～626.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式四、攪拌釜內(nèi)液體與釜壁的給熱系數(shù)

6.傳熱五、大容積自然對流的給熱系數(shù)（Re可忽略）

實驗得：說明：1、A、b可從表6-3查出，△t=Tw-tm6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式四、攪拌釜內(nèi)液體與釜壁636.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式2、定性溫度6.傳熱3、定性尺寸：水平管d外，垂直管和板l4、當(GrPr)>2×107時，a與l無關(guān)—稱自動?；瘏^(qū)。5、設(shè)計時必須有充分湍流空間，否則是“有限空間的自然對流”，a不同。6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式2、定性溫度6.傳熱646.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式P237習題10：解：屬于大容積自然對流6.傳熱水平放置：6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式P237習題10：6.656.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式6.傳熱根據(jù)GrPr查書表6-3得，A=0.54,b=1/46.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式6.傳熱根據(jù)GrPr666.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式6.傳熱返回6.3.3無相變對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗式6.傳熱返回676.4沸騰給熱與冷凝給熱6.4.1沸騰給熱6.4.2沸騰給熱過程的強化6.4.3蒸汽冷凝給熱6.4.4冷凝給熱系數(shù)（略）6.4.5影響冷凝給熱的因素及強化措施6.傳熱返回6.4沸騰給熱與冷凝給熱6.4.1沸騰給熱6.傳熱返回686.4.1沸騰給熱液體沸騰和蒸汽冷凝必須伴有流體的流動，故沸騰給熱和冷凝給熱同樣屬于對流傳熱

，同時這兩種給熱過程伴有相變化。

沸騰給熱是液體的對流傳熱過程中，伴有由液相變成氣相，即在液相內(nèi)部產(chǎn)生氣泡或氣膜的過程。6.傳熱按設(shè)備尺寸、形狀分(1)大容積沸騰：存在自然對流和液體運動。加熱壁沉浸在無強制對流液體中所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象。(2)管內(nèi)沸騰：又稱強制對流沸騰。液體在一定壓差下，以一定u流經(jīng)加熱管時所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象。6.4.1沸騰給熱液體沸騰和蒸汽冷凝必須696.4.1沸騰給熱說明：工業(yè)上有再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽鍋爐等都是通過沸騰傳熱來產(chǎn)生蒸汽。管內(nèi)沸騰的傳熱機理比大容器沸騰更為復(fù)雜。

6.傳熱按液體主體溫度分(1)過冷沸騰：T主<Ts，氣泡會重新凝結(jié)，汽化-冷凝過程中實現(xiàn)傳熱。(2)飽和沸騰：T主=Ts，氣泡不會重新凝結(jié)。本章主要討論的是大容積的飽和沸騰。6.4.1沸騰給熱說明：工業(yè)上有再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽鍋爐等706.4.1沸騰給熱一、大容積飽和沸騰過程分析1、氣泡的生成和過熱度

液體的過熱是新相-小氣泡生成的必要條件。為什么？原因：由于表面張力的作用，要求氣泡內(nèi)的蒸氣壓力大于液體的壓力。而氣泡生成和長大都需要從周圍液體中吸收熱量，要求壓力較低的液相溫度高于汽相的溫度，故液體必須過熱。2、粗糙表面的氣化核心氣泡只能在粗糙加熱面的若干點上產(chǎn)生，這種點稱為氣化核心。無氣化核心則氣泡不會產(chǎn)生。過熱度增大，氣化核心數(shù)增多。

6.傳熱6.4.1沸騰給熱一、大容積飽和沸騰過程分析6.傳熱716.4.1沸騰給熱3、沸騰給熱過程氣泡首先在氣化核生成長大脫離浮升，周圍液體涌來填補空位，經(jīng)過加熱后產(chǎn)生新的氣泡。(1)應(yīng)設(shè)法避免暴沸6.傳熱(2)(3)沸騰給熱過程中，對的影響很大，可以預(yù)測：氣化核多氣泡生長快氣化脫離快6.4.1沸騰給熱3、沸騰給熱過程6.傳熱(2)(3)沸726.4.1沸騰給熱二、大容積飽和沸騰曲線

AB段：表面汽化BC段：核狀沸騰CD段：膜狀沸騰6.傳熱D點后：加熱面形成穩(wěn)定的氣膜，很大，熱輻射很大。1、工業(yè)沸騰應(yīng)在核狀沸騰下操作。其原因：核狀沸騰：，而膜狀沸騰：工業(yè)沸騰應(yīng)在核狀沸騰下操作。6.4.1沸騰給熱二、大容積飽和沸騰曲線6.傳熱D點后736.4.1沸騰給熱2、為保證沸騰裝置在核狀沸騰狀態(tài)下工作，使6.傳熱其措施：恒壁溫熱源時：應(yīng)用飽和蒸汽加熱器恒熱流熱源時：應(yīng)用電加熱器、電爐等加熱，并使裝置必須嚴格地使三、沸騰的計算沸騰給熱的影響因素：

1、液體和蒸氣的性質(zhì)：

2、加熱表面的粗糙情況和表面物理性質(zhì)，特別是液體與表面的潤濕性。

3、操作壓力和溫差。6.4.1沸騰給熱2、為保證沸騰裝置在核狀沸騰狀態(tài)下工作，746.4.1沸騰給熱6.傳熱討論：

(1)、(2)、(3)、比強制湍流大，其原因：潛熱和氣泡的擾動(4)、(5)、返回6.4.1沸騰給熱6.傳熱討論：(1)、(2)、(3756.4.2沸騰給熱過程的強化在沸騰給熱中，氣泡的產(chǎn)生和運動情況影響極大。氣泡的生成和運動與加熱表面狀況及液體的性質(zhì)兩方面因素有關(guān)。因此，沸騰給熱的強化也可以從加熱表面和沸騰液體兩方面入手。1、將金屬表面粗糙化，這樣可提供更多汽化核心，使氣泡運動加劇，給熱過程得以強化；2、在沸騰液體中加入少量添加劑，改變沸騰液體的表面張力，添加劑還可提高沸騰液體的臨界熱負荷。3、氣、液、固三相流：在氣液相中加入固體粒子。6.傳熱返回6.4.2沸騰給熱過程的強化在沸騰給熱中，氣766.4.3蒸汽冷凝給熱過程分析：1、熱阻在液膜內(nèi)6.傳熱2、給熱方式：膜狀冷凝：冷凝液能潤濕表面。熱阻滴狀冷凝：冷凝液不能潤濕表面。熱阻6.4.3蒸汽冷凝給熱過程分析：6.傳熱2、給熱方式：膜776.4.3蒸汽冷凝給熱6.傳熱工業(yè)冷凝器的設(shè)計：按膜狀冷凝計算。3、飽和蒸汽冷凝特點(1)氣相無溫差，無熱阻(2)氣相溫度恒定(3)所以，工業(yè)上通常使用飽和蒸汽作為加熱介質(zhì)返回6.4.3蒸汽冷凝給熱6.傳熱工業(yè)冷凝器的設(shè)計：按膜狀冷786.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施一、影響因素6.傳熱1、液膜兩側(cè)溫差2、物性：二、其它的影響因素1、不凝性氣體的影響：定期排放不凝性氣體(熱阻)2、過熱蒸汽：（工程計算，仍按飽和蒸汽處理）6.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施一、影響因素6.傳796.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施流速6.傳熱?。毫魉俚挠绊懣珊雎暂^大：并流：加速液膜流動，使逆流：阻滯液膜流動，使很大：沖散液膜使部分壁暴露于蒸汽中，所以，蒸汽入口應(yīng)設(shè)在換熱器的上部，以避免蒸汽和冷凝液逆向流動，有利于。3、蒸汽流速與流向6.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施流速6.傳熱小：流806.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施三、冷凝給熱過程的強化—設(shè)法減少液膜的厚度。6.傳熱1、垂直壁面：開若干縱向溝槽或裝若干條金屬絲2、垂直管：采用適當內(nèi)插件3、水平管：減少垂直方向的管排數(shù)，錯列、裝擋板。4、滴狀冷凝措施。下一頁6.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施三、冷凝給熱過程的強816.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施6.傳熱返回6.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施6.傳熱返回826.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施對流給熱小結(jié)：6.傳熱1、牛頓冷卻定律：nm強制對流自然對流蒸汽冷凝液體沸騰所以，，但是（冷凝例外）6.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施對流給熱小結(jié)：6.836.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施2、的數(shù)量級，(W/m·℃)6.傳熱空氣自然對流：1~10空氣強制對流：10~250水強制對流：25~104水蒸汽冷凝：5×103~1.5×104水沸騰：1.5×103~4.5×104返回6.4.5影響冷凝給熱的因素和強化措施2、的數(shù)量級，846.5熱輻射一、概念任何物體，只要其絕對溫度大于零度，都會不停地以電磁波的形式向外輻射能量，溫度越高，輻射能越多；同時，又不斷吸收來自外界其他物體的輻射能，并轉(zhuǎn)化為熱能。當物體向外界輻射的能量與其從外界吸收的輻射能不等時，該物體與外界就產(chǎn)生熱量的傳遞，這種傳熱方式成為熱輻射。

二、特點1、區(qū)別于熱傳導(dǎo)、對流的主要不同點，輻射能可以在真空中傳播，不需要任何物質(zhì)作媒介。6.傳熱6.5熱輻射一、概念6.傳熱856.5熱輻射2、工程上，當熱物體的溫度不很高時，輻射給熱忽略不計，但對于高溫物體，熱輻射則往往成為傳熱的主要方式。6.傳熱6.5熱輻射2、工程上，當熱物體的溫度不很高時，輻射給熱忽866.5熱輻射6.5.1固體輻射6.5.2氣體輻射（略）6.傳熱返回6.5熱輻射6.5.1固體輻射6.傳熱返回876.5.1固體輻射一、黑體的輻射能力和吸收能力—斯蒂芬-波爾茲曼定律1、吸收能力和可見光一樣，當來自外界的輻射能投射到物體表面上，也會發(fā)生吸收、發(fā)射和穿透現(xiàn)象，服從光的反射和折射定律，在均一介質(zhì)中作直線傳播，在真空和大多數(shù)氣體中可以完全透過，但熱射線不能透過工業(yè)上常見的大多數(shù)固體和液體。假設(shè)外界投射到物體表面上的總能量Q，其中一部分進入表面后被物體吸收Qa，一部分被物體反射Qr，其余部分穿透物體Qd。按能量守恒定律：

6.傳熱QrQaQd6.5.1固體輻射一、黑體的輻射能力和吸收能力—斯蒂芬-波886.5.1固體輻射6.傳熱或吸收率(a)反射率(r)透過率(d)說明：吸收率、反射率和透過率的大小取決于物體的性質(zhì)、溫度、表面狀況和輻射線的波長等，一般來說，表面粗糙的物體吸收率大。

6.5.1固體輻射6.傳熱或吸收率(a)反射率(r)透89(1)黑體：，是一種理想化物體，實際物體只能或多或少地接近黑體，但沒有絕對的黑體，引入黑體的概念是理論研究的需要。

2、黑體、鏡體、透熱體和灰體6.5.1固體輻射(1)對于固體和液體不允許熱輻射透過

，即，

6.傳熱(2)氣體對熱輻射幾乎無反射能力

，即，

(3)黑體：能全部吸收輻射能的物體

，即。

(2)

鏡體或白體：，能全部反射輻射能的物體。

(3)絕對透熱體：，能透過全部輻射能的物體，一般來說，單原子和由對稱雙原子構(gòu)成的氣體，如He、O2、N2和H2等，可視為透熱體。

(1)黑體：906.5.1固體輻射(4)灰體：指能夠以相同的吸收率吸收所有波長的輻射能的物體。工業(yè)上遇到的多數(shù)物體，能部分吸收所有波長的輻射能，但吸收率相差不多，可近似視為灰體。6.傳熱3、斯蒂芬—波爾茲曼定律(又稱四次方定律)

黑體的輻射能力即單位時間單位黑體表面向外界輻射的全部波長的總能量，服從斯蒂芬—波爾茲曼定律，即與其表面的絕對溫度的四次方成正比。黑體輻射系數(shù)，其值為6.5.1固體輻射(4)灰體：指能夠以相同的吸收率吸收所有916.5.1固體輻射例6-5溫度對物體輻射能力的影響解：在0℃時的輻射能力：6.傳熱546℃時的輻射能力與0℃的輻射能力之比：6.5.1固體輻射例6-5溫度對物體輻射能力的影響6.926.5.1固體輻射二、實際物體的輻射能力和吸收能力

6.傳熱1、輻射能力——黑度

在同一溫度下，實際物體的輻射能力恒小于同溫度下黑體的輻射能力。

即：(1)實際物體的黑度物體的黑度表示為實際物體的輻射能力與黑體的輻射能力之比。其是物性常數(shù)，其值可用實驗測得。6.5.1固體輻射二、實際物體的輻射能力和吸收能力6.936.5.1固體輻射物體的黑度可查表6-4。6.傳熱從上表可知：氧>磨非金屬材料的黑度值都很高，一般在0.85~0.95之間，在缺乏資料時，可近似地取0.90。(2)實際物體的輻射能力6.5.1固體輻射物體的黑度可查表6-946.5.1固體輻射說明：①表征物體的輻射能力接近黑體的程度；6.傳熱②表征實際物體輻射能力，2、吸收能力黑體可將投入其上的輻射能全部吸收，a=1。實際物體的吸收能力：a<1.

所以，實際物體的吸收率a比黑度更復(fù)雜。

6.5.1固體輻射說明：6.傳熱②表征實際物體輻射能956.5.1固體輻射三、灰體的輻射能力和吸收能力——克?；舴蚨?/p>

1、實際物體的特殊性工業(yè)上大多材料的吸收率a在波長0.76~20um范圍內(nèi)無選擇性。2、灰體對各種波長的輻射能具有相同吸收率的理想化物體。6.傳熱灰體自身特性。所以，灰體：輻射能力為

；吸收能力為a<13、克?；舴蚨?/p>

克希霍夫從理論上證明，同一灰體的吸收率與其黑度在數(shù)值上必相等。6.5.1固體輻射三、灰體的輻射能力和吸收能力——克?；舴?66.5.1固體輻射6.傳熱說明：物體的輻射能力越大其吸收能力也越大，即善于輻射必善于吸收。注意：1、同一灰體的吸率與其黑體在數(shù)值上相等，但是a和物理意義不同。

表示灰體發(fā)射能力E占同溫度下黑體發(fā)射能力Eb的分數(shù)。表示外界投射來的輻射能Q可被物體吸收的分數(shù)。

2、

6.5.1固體輻射6.傳熱說明：物體的輻射能力越大其吸收976.5.1固體輻射說明灰體在一定溫度下輻射能力和吸收率的比值，恒等于同溫度下黑體的輻射能力。問題：1、冬天烤白衣、黑衣誰易干？太陽曬白衣、黑衣誰易干？2、夏天穿白衣涼爽，還是黑衣？四、灰體間的輻射傳熱（略）五、影響輻射傳熱的主要因素1、溫度的影響

6.傳熱6.5.1固體輻射說明灰體在一定溫度下輻射986.5.1固體輻射由上式可知：輻射熱流量正比于溫度四次方之差，而不是正比于溫差。同樣的溫差在高溫時的熱流量將遠大于低溫時的熱流量。因此，在低溫傳熱時，輻射的影響可以忽略；而在高溫傳熱時，熱輻射則不容忽視，有時甚至占據(jù)主要地位。2、幾何位置影響

角系數(shù)對兩物體間的輻射傳熱有重要影響，角系數(shù)決定于兩輻射表面的方位和距離，實際上決定于一個表面對另一個表面的投射角。3、物體表面的黑度

(1)包圍越大，總輻射系數(shù)越大6.傳熱6.5.1固體輻射由上式可知：輻射熱流量正比996.5.1固體輻射(2)6.傳熱例如：(1)強化輻射：電氣設(shè)備表面涂上黑度很大的油漆(1)減弱輻射保溫桶、油罐：涂銀白色（或鋁或銀）熱水瓶：鍍鏡高（低）溫管道保溫外包一層鍍鋅鐵等4、輻射表面間介質(zhì)的影響空氣：一般視為透明體，d=1；而實際氣體具有發(fā)射和吸收能力對輻射傳熱具有影響。遮熱板：阻擋輻射傳熱。返回6.5.1固體輻射(2)6.傳熱例如：(1)強化輻射：電1006.6傳熱過程的計算重點：傳熱基本方程的推導(dǎo)和應(yīng)用推導(dǎo)：總的出發(fā)點是為了消除壁溫，用總溫差代替各部分的溫差。應(yīng)用：首先要確定衡算觀點和速率觀點，尤其是后者。再次，是速率的三大因素：傳熱系數(shù)、傳熱面積和溫差在不同場合的應(yīng)用。工業(yè)上大量存在傳熱過程（指間壁式傳熱過程）都是固體內(nèi)部的導(dǎo)熱及各種流體與固體表面間的給熱組合而成的。6.傳熱6.6傳熱過程的計算重點：傳熱基本方程的推導(dǎo)和應(yīng)用6.傳1016.6傳熱過程的計算6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述6.6.2傳熱過程的基本方程式6.6.3換熱器的設(shè)計型計算6.6.4換熱器的操作型計算6.6.5傳熱單元法6.6.6非定態(tài)傳熱過程的擬定處理（略）6.6.7變系數(shù)的傳熱過程計算（略）6.傳熱返回6.6傳熱過程的計算6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述6.傳1026.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述一、間壁式傳熱過程

的速率方程式6.傳熱T1

T2

t1t2如圖為一套管式換熱器，內(nèi)管為傳熱管，傳熱管外徑，內(nèi)徑，微元傳熱管外表面積dA1，管外側(cè)；內(nèi)表面積dA2，內(nèi)側(cè)，平均面積dAm，壁面導(dǎo)熱系數(shù)

6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述一、間壁式傳熱過程的速率方程1036.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述熱量由熱流體管壁內(nèi)側(cè)管壁外側(cè)冷流體。在定態(tài)下：6.傳熱dQ1dQ2dQ36.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述熱量由熱流體管壁內(nèi)側(cè)管壁外1046.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述1、若以內(nèi)表面dA1為基準（熱流體在管內(nèi)流動，冷流體在管外流動）6.傳熱其中：6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述1、若以內(nèi)表面dA1為基準（熱1056.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述2、若以外表面dA2為基準（熱流體在管外流動，冷流體在管內(nèi)流動）6.傳熱其中：式中：當6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述2、若以外表面dA2為基準（熱1066.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述3、管壁很薄，微元管段dA外=dA內(nèi),即dA1=dA26.傳熱其中：6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述3、管壁很薄，微元管段dA外=1076.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述例6-9傳熱系數(shù)的計算解：(1)屬于熱流體在管外流，冷流體在管內(nèi)流6.傳熱(2)管外傳熱系數(shù)增加1倍6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述例6-9傳熱系數(shù)的計算6.1086.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱所以，傳熱系數(shù)增加了82.4%。(3)管內(nèi)傳熱系數(shù)增加1倍6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱所以，傳熱系數(shù)增加了1096.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱所以，傳熱系數(shù)增加了5.6%。結(jié)論：提高K，應(yīng)該提高較小的給熱系數(shù)比較有效。6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱所以，傳熱系數(shù)增加了1106.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述二、污垢熱阻實踐證明，表面污垢會產(chǎn)生相當大的熱阻R。表6-6給出某些工業(yè)上常見的流體的污垢熱阻的大致范圍。6.傳熱6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述二、污垢熱阻6.傳熱1116.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述薄壁：6.傳熱式中：R1、R2分別為傳熱管外側(cè)、內(nèi)側(cè)的污垢熱阻。三、壁溫計算結(jié)論：壁溫值接近給熱系數(shù)大或熱阻較小的一側(cè)流體溫度。四、傳熱阻力和傳熱系數(shù)總熱阻返回6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述薄壁：6.傳熱式中：R11126.6.2傳熱過程的基本方程式一、方法：取微元體6.傳熱熱量衡算過程特征方程聯(lián)立積分基本方程假定：1、沿傳熱面不變。2、無相變3、4、軸向熱傳導(dǎo)可以忽略（軸向溫度梯度很?。獋鳠峄痉匠淌?.6.2傳熱過程的基本方程式一、方法：取微元體6.傳1136.6.2傳熱過程的基本方程式其中：6.傳熱并流：T1T2t1t2逆流：T1T2t1t2對數(shù)平均溫差，又稱對數(shù)平均推動力6.6.2傳熱過程的基本方程式其中：6.傳熱并流：T1T1146.6.2傳熱過程的基本方程式二、對數(shù)平均溫度的特點6.傳熱1、恒<（算術(shù)平均推動力）2、靠近和中小的一個。3、逆流優(yōu)于并流，4、當，則5、時，，誤差在4%以內(nèi)。6.6.2傳熱過程的基本方程式二、對數(shù)平均溫度1156.6.2傳熱過程的基本方程式6、當6.傳熱7、一種流體恒溫（攪拌，有相變）的傳熱，則無逆、并流之分。8、全逆流優(yōu)于并流。例6-2并流與逆流對數(shù)平均溫差的比較解：根據(jù)T1和t1可查得：根據(jù)能量衡算得：6.6.2傳熱過程的基本方程式6、當6.傳熱7、一種流體1166.6.2傳熱過程的基本方程式6.傳熱(1)逆流T1=80T2=50t1=10t2=306.6.2傳熱過程的基本方程式6.傳熱(1)逆流T1=81176.6.2傳熱過程的基本方程式(2)并流6.傳熱T1=80T2=50t1=30t2=10所以，逆流操作方式大于并流操作方式。返回6.6.2傳熱過程的基本方程式(2)并流6.傳熱T1=81181、設(shè)計任務(wù)：、或、。6.6.3換熱器的設(shè)計型計算以冷卻為例：6.傳熱熱量衡算：傳熱速率：變量：方程數(shù)：2個；自由度8-2=6個。一、設(shè)計型計算的命題方式

2、設(shè)計條件：或1、設(shè)計任務(wù)：、或1196.6.3換熱器的設(shè)計型計算6.傳熱3、計算目的：A。4、分析：自由度：6個；已知：4個，尚有2個變量有選擇選擇條件：流向，t2，流速u，流程。設(shè)計計算特點：選擇、優(yōu)化（技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理。）二、設(shè)計計算方法：6.6.3換熱器的設(shè)計型計算6.傳熱3、計算目的：A。120③為延長換熱器的使用壽命，即使T1和t2不要集中在一端。(迅速升溫)(控制出口溫度)6.6.3換熱器的設(shè)計型計算6.傳熱三、設(shè)計計算中參數(shù)的選擇1、流向的選擇結(jié)論：(1)一般逆流優(yōu)于并流(2)并流用于①熱敏性物料加熱②高粘性物料加熱③為延長換熱器的使用壽命，即使T1和t2不要集中在一端。(迅1216.6.3換熱器的設(shè)計型計算2、的選擇（前提是逆流）6.傳熱應(yīng)權(quán)衡操作費用和設(shè)備費用，選擇適宜的冷卻介質(zhì)出口的溫度，一般：，且工業(yè)循環(huán)冷卻水否則用軟水。(3)當一側(cè)有相變或恒溫傳熱時，(4)錯流、拆流是為了節(jié)省空間，使設(shè)備緊湊。6.6.3換熱器的設(shè)計型計算2、的選擇（前提是逆流）1226.6.3換熱器的設(shè)計型計算3、流速的選擇6.傳熱優(yōu)化，盡量避免層流。6.6.3換熱器的設(shè)計型計算3、流速的選擇6.傳熱優(yōu)化，1236.6.3換熱器的設(shè)計型計算6.傳熱例1有一套管換熱器，由mm與mm的鋼管組成。甲醇在內(nèi)管流動，流量為5000kg/h，由60℃冷卻到30℃，甲醇側(cè)的對流傳熱系數(shù)W/(m2·℃)。冷卻水在環(huán)隙中流動，其入口溫度為20℃，出口溫度擬定為35℃。忽略熱損失、管壁及污垢熱阻，且已知甲醇的平均比熱為2.6kJ/(kg·℃)，在定性溫度下水的粘度為0.84cP、導(dǎo)熱系數(shù)為0.61W/(m2·℃)、比熱為4.174kJ/(kg·℃)。試求：（1）冷卻水的用量；（2）所需套管長度。6.6.3換熱器的設(shè)計型計算6.傳熱例1有一套管換熱器，1246.6.3換熱器的設(shè)計型計算解：(1)冷卻水的用量6.傳熱(2)所需套管長度6.6.3換熱器的設(shè)計型計算解：(1)冷卻水的用量6.傳1256.6.3換熱器的設(shè)計型計算求必須先確定是逆流還是并流，題目沒有明確說明流向，但由已知條件可知=35℃＞=30℃，只有逆流才可能出現(xiàn)這種情況，故可斷定本題必為逆流，于是

6.傳熱T1=60T2=30t1=20t2=35由于管壁及污垢熱阻可略去，以傳熱管內(nèi)表面積為基準的為K。6.6.3換熱器的設(shè)計型計算求必須先確定是逆1266.6.3換熱器的設(shè)計型計算6.傳熱6.6.3換熱器的設(shè)計型計算6.傳熱1276.6.3換熱器的設(shè)計型計算6.傳熱返回6.6.3換熱器的設(shè)計型計算6.傳熱返回1286.6.4換熱器的操作型計算一、操作命題和計算方法1、第一類命題6.傳熱特點：操作線斜率已知，非線性線性，有唯一解。計算方法：(1)消元法（以逆流為例）6.6.4換熱器的操作型計算一、操作命題和計算方法6.傳1296.6.4換熱器的操作型計算(2)、采用傳熱效率與傳熱面積單元數(shù)法(ε-NTU法)或傳熱單元長度與傳熱單元數(shù)法求解。其求解方法見下一節(jié)。2、第二類命題6.傳熱6.6.4換熱器的操作型計算(2)、采用傳熱效率與傳熱面積130所以，一般先假設(shè)上式成立求出后檢驗。6.6.4換熱器的操作型計算特點：操作線斜率未知，非線性方程計算方法：試差法說明：6.傳熱時，可用算術(shù)平均值代替線性方程，不須試差，所以，一般先假設(shè)上式成立求出后檢驗。6.6.4換1316.6.4換熱器的操作型計算6.傳熱Or，假設(shè)，再接著上面的步驟計算。另外一種方法：設(shè)t2Ifthen，取Ifthen，取6.6.4換熱器的操作型計算6.傳熱Or，假設(shè)1326.6.4換熱器的操作型計算6.傳熱二、操作型計算常見類型1、設(shè)備標定：2、求溫度分布3、逆流改為并流后變化情況4、已知工況另一工況6.6.4換熱器的操作型計算6.傳熱二、操作型計算常見類1336.6.4換熱器的操作型計算三、傳熱過程的操作和調(diào)節(jié)

問題：在熱流體冷卻的傳熱操作中，若qm1或T1發(fā)生變化，而要求出口溫度T2保持不變，可采取哪些措施。6.傳熱不變所以，措施是6.6.4換熱器的操作型計算三、傳熱過程的操作和調(diào)節(jié)6.1346.6.4換熱器的操作型計算1、熱流體是工藝介質(zhì)：6.傳熱熱阻在冷流體側(cè)：熱阻在熱流體側(cè)：2、冷流體是工藝介質(zhì)：熱阻在冷流體側(cè)：熱阻在熱流體側(cè)：四、強化傳熱途徑間壁式換熱器：6.6.4換熱器的操作型計算1、熱流體是工藝介質(zhì)：6.傳1356.6.4換熱器的操作型計算1、6.傳熱2、(1)污垢清理，避免結(jié)垢：水凈化、軟水及流速升高。(2)控制步驟側(cè)流速u增加K明顯上升。返回6.6.4換熱器的操作型計算1、6.傳熱2、(1)污垢清1366.6.5傳熱單元數(shù)法確定出口溫度T2、t2問題：在操作型計算中，需要同時確定T2和t2(在傳熱速率方程式的對數(shù)項中)，若采用傳熱速率方程和熱量平衡方程聯(lián)立求解的方法，需要進行試差計算。解決方法：傳熱單元數(shù)（—NTU）法手段：將兩個出口溫度用熱量衡算式消去一個，避免試差。6.傳熱一、傳熱效率定義：6.6.5傳熱單元數(shù)法確定出口溫度T2、t26.傳熱一、1376.6.5傳熱單元數(shù)法基于熱流體：6.傳熱基于冷流體：二、傳熱單元數(shù)NTU1、基于熱流體2、基于冷流體6.6.5傳熱單元數(shù)法基于熱流體：6.傳熱基于冷流體：二1386.6.5傳熱單元數(shù)法三、—NTU的關(guān)系6.傳熱1、基于熱流體逆流并流其中6.6.5傳熱單元數(shù)法三、—NTU的關(guān)系6.傳熱1、1396.6.5傳熱單元數(shù)法6.傳熱2、基于冷流體逆流并流其中3、其它的情況見下圖。6.6.5傳熱單元數(shù)法6.傳熱2、基于冷流體逆流并流其中1406.6.5傳熱單元數(shù)法6.傳熱單程逆流換熱器中ε和NTU關(guān)系

折流換熱器中ε和NTU關(guān)系

6.6.5傳熱單元數(shù)法6.傳熱單程逆流換熱器中ε和NT1416.6.5傳熱單元數(shù)法例6-16p296，p291解：解法一（消元法）解法二（傳熱單元數(shù)法）6.傳熱返回6.6.5傳熱單元數(shù)法例6-16p296，p2916.1426.7換熱器6.傳熱換熱器按用途分加熱器冷卻器冷凝器蒸發(fā)器再沸器按傳熱機理分間壁式混合式蓄熱式6.7換熱器6.傳熱換熱器按用途分加熱器冷卻器冷凝器蒸發(fā)1436.7換熱器6.7.1間壁式換熱器的類型6.7.2管殼式換熱器的設(shè)計和選用6.7.3換熱器的強化和其他類型6.傳熱返回6.7換熱器6.7.1間壁式換熱器的類型6.傳熱返回1446.7.1間壁式換熱器的類型一、夾套式換熱器如右圖所示1、結(jié)構(gòu)：夾套裝在容器外部，在夾套和容器壁之間形成密閉空間，成為一種流體的通道。2、優(yōu)缺點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便

缺點：傳熱面積A小，K小，傳熱效率低。

3、用途廣泛用于反應(yīng)器的加熱和冷卻。4、強化傳熱途徑6.傳熱為了提高傳熱效果，可在釜內(nèi)加攪拌器或蛇管和外循環(huán)。6.7.1間壁式換熱器的類型一、夾套式換熱器如右圖所示1456.7.1間壁式換熱器的類型二、沉浸式蛇管換熱器1、蛇管一般由金屬管子彎繞而制成，適應(yīng)容器所需要的形狀，沉浸在容器內(nèi)，冷熱流體在管內(nèi)外進行換熱。

2、優(yōu)缺點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，便于防腐，能承受高壓。缺點：傳熱面積A不大，蛇管外對流傳熱系數(shù)K小。3、強化傳熱途徑容器內(nèi)加攪拌。

6.傳熱6.7.1間壁式換熱器的類型二、沉浸式蛇管換熱器6.傳熱1466.7.1間壁式換熱器的類型三、噴淋式換熱器

1、結(jié)構(gòu)：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋下來，沿管表面流下來，被冷卻的流體從最上面的管子流入，從最下面的管子流出，與外面的冷卻水進行換熱。在下流過程中，冷卻水可收集再進行重新分配。6.傳熱6.7.1間壁式換熱器的類型三、噴淋式換熱器6.傳熱1476.7.1間壁式換熱器的類型2、優(yōu)缺點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜，能耐高壓，便于檢修、清洗，傳熱效果好。缺點：冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果，只能安裝在室外。3、用途用于冷卻或冷凝管內(nèi)液體。四、套管式換熱器

6.傳熱6.7.1間壁式換熱器的類型2、優(yōu)缺點6.傳熱1486.7.1間壁式換熱器的類型1、結(jié)構(gòu)由不同直徑組成的同心套管，可根據(jù)換熱要求，將幾段套管用U形管連接，目的增加傳熱面積；冷熱流體可以逆流或并流。2、優(yōu)缺點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，能耐高壓，傳熱系數(shù)較大，能保持完全逆流使平均對數(shù)溫差最大，可增減管段數(shù)量應(yīng)用方便。缺點：結(jié)構(gòu)不緊湊，金屬消耗量大，接頭多而易漏，占地較大。3、用途：廣泛用于超高壓生產(chǎn)過程，可用于流量不大，所需傳熱面積不多的場合。6.傳熱6.7.1間壁式換熱器的類型1、結(jié)構(gòu)6.傳熱1496.7.1間壁式換熱器的類型五、列管式換熱器（管殼式換熱器）

6.傳熱1、結(jié)構(gòu)殼體：圓形管束（列管）：平行，且兩端固定于管板管板（花板）封頭（端蓋）管程：流體在管內(nèi)每流過管束一次，稱為一個管程殼程：流體在每通過殼體一次，稱為一個殼程2、優(yōu)點

單位體積的傳熱面積、處理能力和操作彈性大，適應(yīng)能力強，尤其在高溫、高壓和大型裝置中采用更為常用6.7.1間壁式換熱器的類型五、列管式換熱器（管殼式換熱器1506.7.1間壁式換熱器的類型3、強化傳熱的措施提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板

6.傳熱6.7.1間壁式換熱器的類型3、強化傳熱的措施6.傳熱1516.7.1間壁式換熱器的類型折流擋板的作用6.傳熱(1)防止流體短路，增加流體流速(2)迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍流程度大為增加。折流擋板的形式(1)圓缺形：常用(2)圓盤形4、溫差補償措施：當管束和殼體溫差>50℃時，應(yīng)采用適當?shù)臏夭钛a償措施，消除或減小熱應(yīng)力。6.7.1間壁式換熱器的類型折流擋板的作用6.傳熱(1)1526.7.1間壁式換熱器的類型根據(jù)所采取的溫差補償措施，列管式換熱器可分為以下幾個型式。1、固定管板式

殼體與傳熱管壁溫度之差大于50C，加補償圈，也稱膨脹節(jié)，當殼體和管束之間有溫差時，依靠補償圈的彈性變形來適應(yīng)它們之間的不同的熱膨脹。6.傳熱

特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，殼程檢修和清洗困難，殼程必須是清潔、不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì)。6.7.1間壁式換熱器的類型根據(jù)所采取的溫差1536.7.1間壁式換熱器的類型優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、造價便宜；缺點：管外不能機械清洗，管板、管子和殼體都是剛性連接，當管壁和殼壁的溫度相差較大時，會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，甚至將管子從管板上拉脫。解決方法補償圈(或稱膨脹節(jié))。2、浮頭式

兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿管