青島科技大學(xué)化工原理CCh2-傳熱

1、v 根據(jù)根據(jù)傳熱機理傳熱機理的不同，傳熱可分為的不同，傳熱可分為三種三種基本方式：基本方式：熱傳導(dǎo)、熱傳導(dǎo)、 熱對流及熱輻射。熱對流及熱輻射。v 熱傳導(dǎo)發(fā)生的主要特點是：熱傳導(dǎo)發(fā)生的主要特點是：物體間無宏觀上相對運動。物體間無宏觀上相對運動。v 熱對流按其產(chǎn)生機理可分為以下兩種形式：熱對流按其產(chǎn)生機理可分為以下兩種形式： （1）自然對流（）自然對流（2）強制對流）強制對流v 物體因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞現(xiàn)象，稱為熱物體因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞現(xiàn)象，稱為熱輻射。輻射。v 輻射傳熱的特點：輻射傳熱的特點： 不僅有能量的傳遞，而且有能量形式的轉(zhuǎn)換；不僅有能量的傳遞，而且有能量

2、形式的轉(zhuǎn)換； 任何物體在絕對零度以上都有輻射能量；任何物體在絕對零度以上都有輻射能量； 物體溫差較大時，輻射傳熱才能成為主要的傳熱方式物體溫差較大時，輻射傳熱才能成為主要的傳熱方式tdQdSn 傅里葉定律傅里葉定律單層平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)單層平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)RtSbttQ21多層平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)多層平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)RtSbttQniii11n1一一. . 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)單層圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)單層圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)RtSbttrrttLQm211221ln2）（多層圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)多層圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)niiiinnimiiirrLttSbttQ111111n1ln21 接觸熱阻產(chǎn)生的具體原因：接觸熱阻產(chǎn)生的具體原

3、因：主要是由空穴造成的主要是由空穴造成的.2.在一在一603.5mm 的鋼管外包有兩層絕熱材料，里的鋼管外包有兩層絕熱材料，里層為層為40mm 的氧化鎂粉，平均導(dǎo)熱系數(shù)的氧化鎂粉，平均導(dǎo)熱系數(shù) 0.07W/m；外層為；外層為20mm 的石棉層，平均導(dǎo)熱系的石棉層，平均導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)0.15W/m。現(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁溫度為?，F(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁溫度為500，最外層表面溫度為最外層表面溫度為80。已知鋼管的平均導(dǎo)熱系數(shù)。已知鋼管的平均導(dǎo)熱系數(shù)45W/m，試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界，試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。面的溫度。二. 對流傳熱牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律iwiowodStt

4、dSTTdQ)()(iwiowoSttSTTQ)()(無相變流體在圓形直管內(nèi)強制湍流無相變流體在圓形直管內(nèi)強制湍流nNuPrRe023. 08 . 0nidPrRe023. 08 . 0當(dāng)流體被加熱時，當(dāng)流體被加熱時，n=0.4；當(dāng)流體被冷卻時，；當(dāng)流體被冷卻時，n=0.3應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：Re104,0.7Pr 120，L/di 60;定性溫度：定性溫度：特征尺寸：管內(nèi)徑特征尺寸：管內(nèi)徑di221tttpPrC 在緊靠壁面處，由于層流內(nèi)層的傳熱以在緊靠壁面處，由于層流內(nèi)層的傳熱以熱傳導(dǎo)方式熱傳導(dǎo)方式進行，流體進行，流體層流內(nèi)膜雖薄，但由于流體導(dǎo)熱系數(shù)很小，所以熱阻很大，層流內(nèi)膜雖薄，但由于

5、流體導(dǎo)熱系數(shù)很小，所以熱阻很大，溫溫度降低也主要集中在這里度降低也主要集中在這里。減薄層流內(nèi)層的厚度是強化對流傳。減薄層流內(nèi)層的厚度是強化對流傳熱的主要途徑。熱的主要途徑。3有一列管式換熱器，由有一列管式換熱器，由38 根根252.5mm 的無縫的無縫鋼管組成，苯在管程流動，由鋼管組成，苯在管程流動，由20加熱到加熱到80，苯，苯的流量為的流量為10.2 kg/s，飽和蒸汽在殼程冷凝。試求：，飽和蒸汽在殼程冷凝。試求：（1）管壁對苯的對流傳熱系數(shù)？（）管壁對苯的對流傳熱系數(shù)？（2）若苯的流量）若苯的流量提高一倍，對流傳熱系數(shù)將有何變化？提高一倍，對流傳熱系數(shù)將有何變化？10熱氣體在套管式換熱器

6、中用冷卻水冷卻，內(nèi)管熱氣體在套管式換熱器中用冷卻水冷卻，內(nèi)管為為252.5mm的鋼管，冷水在管內(nèi)湍流流動，對流的鋼管，冷水在管內(nèi)湍流流動，對流傳熱系數(shù)為傳熱系數(shù)為2000 W/(m2K)。熱氣在套管環(huán)隙湍流流。熱氣在套管環(huán)隙湍流流動，對流傳熱系數(shù)為動，對流傳熱系數(shù)為50 W/(m2K)。已知鋼的導(dǎo)熱系。已知鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為數(shù)為45.4 W/(mK)。試計算：（。試計算：（1）管壁熱阻占總阻）管壁熱阻占總阻力的百分數(shù)；（力的百分數(shù)；（2）冷水流速提高一倍，則總傳熱系）冷水流速提高一倍，則總傳熱系數(shù)有何變化？（數(shù)有何變化？（3）氣體流速提高一倍，則總傳熱系）氣體流速提高一倍，則總傳熱系數(shù)有何變化？數(shù)

7、有何變化？三、間壁式換熱器傳熱計算1221hhhcccQ W HHW HH熱焓法：熱焓法：比熱法：比熱法：1221hchpcpQW CTTW Ctt1 1、無相變化時熱負荷計算、無相變化時熱負荷計算 2 2、有相變化時熱負荷計算、有相變化時熱負荷計算 21hcpcQW rW Ctt（1 1）一側(cè)流體發(fā)生相變化，且處于飽和狀態(tài)）一側(cè)流體發(fā)生相變化，且處于飽和狀態(tài)（2 2）一側(cè)流體發(fā)生相變后，進一步有顯熱變化）一側(cè)流體發(fā)生相變后，進一步有顯熱變化221hphdcpcQWrCTTW Ctt3、總傳熱速率方程、總傳熱速率方程QKS tioiosimoosoddddRddbRK1111212-=lnmt

8、tttt12某套管式換熱器用于機油和原油的換熱。原油在套管環(huán)某套管式換熱器用于機油和原油的換熱。原油在套管環(huán)隙流動，進口溫度為隙流動，進口溫度為120，出口溫度上升到，出口溫度上升到160；機油在；機油在內(nèi)管流動，進口溫度為內(nèi)管流動，進口溫度為245，出口溫度下降到，出口溫度下降到175。（1）試分別計算并流和逆流時的平均溫度差；）試分別計算并流和逆流時的平均溫度差；（2）若已知機油質(zhì)量流量為）若已知機油質(zhì)量流量為0.5kg/s，比熱為，比熱為3kJ/（kg），并），并流和逆流時的總傳熱系數(shù)流和逆流時的總傳熱系數(shù)K 均為均為100 W/(m2K)，求單位時間，求單位時間內(nèi)傳過相同熱量分別所需要

9、的傳熱面積。內(nèi)傳過相同熱量分別所需要的傳熱面積。1919無相變相變四、流體有相變時的對流傳熱系數(shù)四、流體有相變時的對流傳熱系數(shù)特點：相變流體放出或吸收大量潛熱，特點：相變流體放出或吸收大量潛熱，T不變，不變，1蒸汽冷凝蒸汽冷凝 設(shè)飽和蒸汽溫度為設(shè)飽和蒸汽溫度為ts, ,固體壁面的溫度為固體壁面的溫度為tw, ,若若tw 膜膜 20201) 流體物性流體物性 冷凝液冷凝液 , ；冷凝液冷凝液 ,；潛熱潛熱r , 2) 溫差溫差 液膜層流流動時，液膜層流流動時， t=tstW ，,3)蒸汽流速與流向蒸汽流速與流向 （u10m/s ） 同向時，同向時， ；反向時，；反向時， ； u 4）不凝氣體不凝

10、氣體 不凝氣體不凝氣體存在，壁面附近形成氣膜，導(dǎo)致存在，壁面附近形成氣膜，導(dǎo)致 ，定期，定期排放。排放。 含含1%的空氣，的空氣， 下降下降60%以上以上（4）冷凝傳熱的影響因素和強化措施）冷凝傳熱的影響因素和強化措施2121 AB AB段為段為自然對流區(qū)自然對流區(qū)，BCBC段為段為泡狀沸騰泡狀沸騰或核狀沸騰區(qū)或核狀沸騰區(qū)，CDCD段為段為過渡區(qū)過渡區(qū)，DEDE段為段為膜狀膜狀沸騰區(qū)沸騰區(qū)。沸騰曲線沸騰曲線 由泡狀沸騰向不穩(wěn)定膜狀沸騰過渡的轉(zhuǎn)折點由泡狀沸騰向不穩(wěn)定膜狀沸騰過渡的轉(zhuǎn)折點C稱為稱為臨界點臨界點。 由于泡狀沸騰時可獲得較高的對由于泡狀沸騰時可獲得較高的對流傳熱系數(shù)和熱通量，故流傳熱系

11、數(shù)和熱通量，故工程上總是工程上總是設(shè)法控制在設(shè)法控制在泡狀沸騰泡狀沸騰下操作。下操作。2液體沸騰液體沸騰2222五、物體的輻射能力 物體物體在一定溫度下，單位時間單位面積所發(fā)射的能在一定溫度下，單位時間單位面積所發(fā)射的能量，量，稱為該物體在該溫度下的輻射能力，以稱為該物體在該溫度下的輻射能力，以E表示，單表示，單位為位為W/m2。輻射能力表征物體發(fā)射輻射能的本領(lǐng)。輻射能力表征物體發(fā)射輻射能的本領(lǐng)。1、斯蒂芬、斯蒂芬玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律 黑體黑體的輻射能力的輻射能力E0與其表面溫度（指絕對溫度）的與其表面溫度（指絕對溫度）的四次方成正比四次方成正比400100TECC0黑體輻射系數(shù)，黑體輻射

12、系數(shù)，5.67W/(m2K4)四次方定律表明，四次方定律表明，熱輻射對溫度特別敏感。熱輻射對溫度特別敏感。23232、灰體的輻射能力、灰體的輻射能力 許多工程材料的輻射特性近似于灰體，通常將實際許多工程材料的輻射特性近似于灰體，通常將實際物體視為灰體來計算其輻射能力物體視為灰體來計算其輻射能力E4100TECC灰體的輻射系數(shù)，灰體的輻射系數(shù)，W/(m2K4)C與物體的性質(zhì)、表面狀況、溫度等有關(guān)。與物體的性質(zhì)、表面狀況、溫度等有關(guān)。24243、黑度、黑度00=ECEC-黑度（或發(fā)射率）黑度（或發(fā)射率）4400100100TCTCEE 物體的黑度物體的黑度 ：與物體的種類、溫度及表面粗糙：與物體的

13、種類、溫度及表面粗糙度、表面氧化程度等因素有關(guān)。它度、表面氧化程度等因素有關(guān)。它是物體輻射能力接是物體輻射能力接近黑體輻射能力的程度。近黑體輻射能力的程度。 相同溫度下，黑體的輻射能力最強，通常將灰相同溫度下，黑體的輻射能力最強，通常將灰體輻射能力與同溫度下黑體輻射能力之比定義為物體輻射能力與同溫度下黑體輻射能力之比定義為物體的黑度體的黑度 。一包有石棉泥保溫層的蒸汽管道，當(dāng)石棉泥受潮后一包有石棉泥保溫層的蒸汽管道，當(dāng)石棉泥受潮后，其保溫效果應(yīng)，其保溫效果應(yīng)_，主要原因是因，主要原因是因_，受潮后，使保溫層材料導(dǎo)熱系數(shù)受潮后，使保溫層材料導(dǎo)熱系數(shù)_，保溫效果降，保溫效果降低。低。在包有兩層相同

14、厚度保溫材料的圓形管道上，應(yīng)該在包有兩層相同厚度保溫材料的圓形管道上，應(yīng)該將導(dǎo)熱系數(shù)將導(dǎo)熱系數(shù)_的材料包在的材料包在_層層，其原因是為了，其原因是為了_，降低壁面溫度。，降低壁面溫度。變差；水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大；變大變差；水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大；變大導(dǎo)熱系數(shù)小導(dǎo)熱系數(shù)??；內(nèi)層內(nèi)層；減少熱損失減少熱損失沸騰傳熱沸騰傳熱可分為三個區(qū)域，它們是可分為三個區(qū)域，它們是_、_、_，生，生產(chǎn)中的沸騰傳熱過程應(yīng)維持在產(chǎn)中的沸騰傳熱過程應(yīng)維持在_操作操作，在這一階，在這一階段，傳熱系數(shù)隨著溫度差的增加而段，傳熱系數(shù)隨著溫度差的增加而_.多層平壁傳熱時，每層的多層平壁傳熱時，每層的導(dǎo)熱速率導(dǎo)熱速率_ (相等、不等

15、相等、不等)、多層圓筒壁傳熱時，每層的、多層圓筒壁傳熱時，每層的導(dǎo)熱速率導(dǎo)熱速率_(相等、相等、不等不等)。相等相等；相等相等自然對流；泡狀沸騰；膜狀沸騰；泡狀沸騰；增加自然對流；泡狀沸騰；膜狀沸騰；泡狀沸騰；增加當(dāng)溫度升高一倍，黑體的輻射能力是原來的當(dāng)溫度升高一倍，黑體的輻射能力是原來的_倍倍導(dǎo)熱通量導(dǎo)熱通量平壁平壁相等相等；圓筒壁不；圓筒壁不相等相等滴狀冷凝的滴狀冷凝的對流對流系數(shù)系數(shù)_大于大于_膜狀冷凝膜狀冷凝對流傳熱對流傳熱系系數(shù)。數(shù)。無相變的對流傳熱過程中，無相變的對流傳熱過程中，熱阻熱阻主要集中在主要集中在_，減少熱阻的最有效的措施是減少熱阻的最有效的措施是_。傳熱邊界層或滯流層內(nèi)

16、傳熱邊界層或滯流層內(nèi); ; 提高流體湍動程度提高流體湍動程度根據(jù)傳熱機理的不同，熱傳遞有三種基本方式：根據(jù)傳熱機理的不同，熱傳遞有三種基本方式：_、_、_。 （1）某車間有一臺換熱面積）某車間有一臺換熱面積(以外表面積計以外表面積計)為為 2.5 m2的單程的單程列管換熱器。用列管換熱器。用180的熱廢氣預(yù)熱輕油的熱廢氣預(yù)熱輕油,輕油走管外輕油走管外,其流量其流量為為200kg/h,比熱為比熱為2kJ/kg, 溫度由溫度由30升至升至80。輕油與熱。輕油與熱氣體作逆流流動。熱廢氣出口溫度為氣體作逆流流動。熱廢氣出口溫度為70。求。求:A)換熱器的熱負荷和傳熱系數(shù)。換熱器的熱負荷和傳熱系數(shù)。B)

17、若由于長期運轉(zhuǎn)若由于長期運轉(zhuǎn),輕油在管外結(jié)垢輕油在管外結(jié)垢,已知污垢熱阻為總熱阻的已知污垢熱阻為總熱阻的10%,試估算在其他條件基本不變的情況下試估算在其他條件基本不變的情況下,輕油處理量如何變輕油處理量如何變化化?解： （1）S=2.5m2 ，T1=180 ，T2=70 ， Wc=200kg/h， CPc=2KJ/Kg.， t1=30 ，t2=80 。換熱器熱負荷：WttCWQpcc3312106 . 5)3080(1023600200)(5 .65307080180ln)3070()80180(ln2121tttttm)/(9 .335 .655 . 2106 . 523mWtSQKm）（

18、2 由題意 tm ,1 ,2 不變KKKRKS11 . 011)2/(51.309 .339 . 09 . 0mWKK保持不變、得，由mtSKSQmtCCpcCpcCWWttCWttCWKKQQ)()(1212hKWC/g1809 . 0200（2）有一列管換熱器，裝有有一列管換熱器，裝有25mm2.5mm鋼管鋼管300根，管根，管長為長為2m。將管程的空氣由。將管程的空氣由20加熱到加熱到85，空氣流量為，空氣流量為8000kg/h。用。用108的飽和蒸汽在殼程作為介質(zhì)，水蒸氣的冷的飽和蒸汽在殼程作為介質(zhì)，水蒸氣的冷凝傳熱膜系數(shù)為凝傳熱膜系數(shù)為1104W/(m2K)。管壁及兩側(cè)污垢熱阻可忽略

19、。管壁及兩側(cè)污垢熱阻可忽略，熱損失可忽略。已知管內(nèi)空氣的普蘭特準(zhǔn)數(shù)，熱損失可忽略。已知管內(nèi)空氣的普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr為為0.7，雷諾，雷諾準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)Re為為2.383104，空氣導(dǎo)熱系數(shù)為，空氣導(dǎo)熱系數(shù)為2.8510-2W/(mK)，比，比熱容為熱容為1kJ/(kgK)。試求：。試求：（1）空氣在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)；）空氣在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)；（2）換熱器的總傳熱系數(shù)（以管外表面積為基礎(chǔ)）；）換熱器的總傳熱系數(shù)（以管外表面積為基礎(chǔ)）；（3）通過計算說明該換熱器能夠滿足要求。）通過計算說明該換熱器能夠滿足要求。解：解：（1）6010002. 02/;1010383. 2Re44idL)/(2 .90PrRe023. 024 . 08 . 0CmWdi (2)(2)總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K K01396. 0111oioiddK)/(65.712CmWK (3)(3)核算能否滿足要求核算能否滿足要求213.47dnmLSo實Cttttm44.48lnt2121262.41mtKQSmkJttCWQpc44.144)(12cSS實故該換熱器能滿足要求故該換熱器能滿足要求（3 3）在一列管式蒸汽冷凝器中，）在一列管式蒸汽冷凝器中，110110的飽和水蒸氣在殼程的飽和水蒸氣在殼程冷凝為同溫度的水，蒸汽