Chap3-5綜合傳熱11

1、 材料工程基礎(chǔ)材料工程基礎(chǔ)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/第五節(jié)第五節(jié) 綜合傳熱綜合傳熱Total Heat Transfer第第 三三 章章 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)Heat Transfer 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/ -1 傳熱過程的分析和計(jì)算傳熱過程的分析和計(jì)算 v傳熱過程傳熱過程 基本計(jì)算式基本計(jì)算式( (傳熱方程式傳熱方程式) )傳熱過程分析求解的基本關(guān)系為傳熱方程式傳熱過程分析求解的基本關(guān)系為傳熱方程式21ffttHAQ式中式中 H 為傳熱系數(shù)（在容易

2、與對(duì)流換熱表為傳熱系數(shù)（在容易與對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)想混淆時(shí)，稱總傳熱系數(shù)）。面?zhèn)鳠嵯禂?shù)想混淆時(shí)，稱總傳熱系數(shù)）。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/1、通過平壁的傳熱、通過平壁的傳熱21111hkhH 由于平壁兩側(cè)的面由于平壁兩側(cè)的面積相等，因此傳熱系積相等，因此傳熱系數(shù)的數(shù)值不論對(duì)哪一數(shù)的數(shù)值不論對(duì)哪一側(cè)來說都是一樣的。側(cè)來說都是一樣的。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/2 通過圓筒壁的傳熱通過圓筒壁的傳熱在穩(wěn)態(tài)條件下，通過各環(huán)節(jié)的熱流量是不變的

3、在穩(wěn)態(tài)條件下，通過各環(huán)節(jié)的熱流量是不變的。 )ln(21)(1221ddkttlQww)(1111wfttldhQ壁面導(dǎo)熱：壁面導(dǎo)熱：)(2222fwttldhQ外部對(duì)流：外部對(duì)流：內(nèi)部對(duì)流：內(nèi)部對(duì)流： 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/對(duì)外側(cè)面積而言得傳熱系數(shù)的定義式由下式表示：對(duì)外側(cè)面積而言得傳熱系數(shù)的定義式由下式表示：221211211ln211dhddkdhttlQff21221121ln21hddkddhdH從熱阻的角度來看從熱阻的角度來看 22121122111ln21111AhddklAhAHAH上面三式相加

4、上面三式相加 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/ 5-1-保溫層換熱保溫層換熱.swf臨臨界熱絕緣直徑界熱絕緣直徑 為了減少管道的散熱損失，采用在管道為了減少管道的散熱損失，采用在管道外側(cè)覆蓋熱絕緣層或稱隔熱保溫層的辦法。外側(cè)覆蓋熱絕緣層或稱隔熱保溫層的辦法。熱流體通過管道壁和絕緣層傳熱給冷流體傳熱流體通過管道壁和絕緣層傳熱給冷流體傳熱過程的熱阻為熱過程的熱阻為oooldhddkddkdhR1ln21ln211212111 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/w

5、eb/管道的散熱量為管道的散熱量為根據(jù)根據(jù) ，可解得，可解得0odddQ這個(gè)這個(gè) 成為成為臨界熱絕緣直徑記為臨界熱絕緣直徑記為0dcrdooodhddkddkdhttlQ1ln21ln211)(21211101hkd20hkd20 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/ -2 換熱器的型式及平均溫差換熱器的型式及平均溫差 用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)定的工藝要求的裝置統(tǒng)稱以滿足規(guī)定的工藝要求的裝置統(tǒng)稱換熱器換熱器。分為分為間壁式、混合式及蓄熱式（或稱回?zé)衢g壁式、混合式及蓄熱式（或稱回

6、熱式）式）三大類。三大類。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/1、間壁式換熱器的主要型式、間壁式換熱器的主要型式 適用于傳熱量適用于傳熱量不大或流體流量不不大或流體流量不大的情形。大的情形。 （1）套管式換熱器）套管式換熱器 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/（2）列管式換熱器）列管式換熱器 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/（3）交叉流換熱器）交叉流換熱器 它是它是間壁式換間壁式

7、換熱器的又一種主要熱器的又一種主要型式型式。根據(jù)換熱表。根據(jù)換熱表面結(jié)構(gòu)的不同又可面結(jié)構(gòu)的不同又可有有管束式、管翅式管束式、管翅式及板翅式及板翅式等的區(qū)別等的區(qū)別 。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/（4）板式換熱器）板式換熱器 板式換熱器拆卸板式換熱器拆卸清洗方便，故適合于清洗方便，故適合于含有易污染物的流體含有易污染物的流體的換熱。的換熱。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/（5）螺旋）螺旋 板式換熱器板式換熱器 這種換這種換熱器換熱效熱器換熱效

8、果較好，缺果較好，缺點(diǎn)是換熱器點(diǎn)是換熱器的密封比較的密封比較困難。困難。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/2 2 簡(jiǎn)單順流及逆流換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差簡(jiǎn)單順流及逆流換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差傳熱方程的一般形式傳熱方程的一般形式：mtHAQ 這個(gè)過程這個(gè)過程對(duì)于傳熱過程是通用的對(duì)于傳熱過程是通用的，下面，下面推導(dǎo)簡(jiǎn)單順流及逆流換熱器平均溫差計(jì)算。推導(dǎo)簡(jiǎn)單順流及逆流換熱器平均溫差計(jì)算。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/順流及逆流換熱器的平均溫差順流及逆流換熱器

9、的平均溫差 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/順流時(shí)平均溫差的推順流時(shí)平均溫差的推導(dǎo)導(dǎo)1mq2mq 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/以以順流順流情況為例，作如下假設(shè)情況為例，作如下假設(shè)：（1 1）冷熱流體的質(zhì)量流量）冷熱流體的質(zhì)量流量q qm2m2、q qm1m1以及比以及比熱容熱容C C2 2,C,C1 1是常數(shù)；是常數(shù)；（2 2）傳熱系數(shù)是常數(shù)；）傳熱系數(shù)是常數(shù)；（3 3）換熱器無散熱損失；）換熱器無散熱損失；（4 4）換熱面沿流動(dòng)方向的導(dǎo)熱量可

10、以忽）換熱面沿流動(dòng)方向的導(dǎo)熱量可以忽略不計(jì)。略不計(jì)。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/微元換熱面微元換熱面dAdA段的傳熱。溫差為：段的傳熱。溫差為： ddtAHQ2121dddtttttt在固體微元面在固體微元面dAdA內(nèi)，兩內(nèi)，兩種流體的換熱量為種流體的換熱量為: : 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/1 1111 11ddddmmq c ttq c 2222221ddddmmq cttq c 對(duì)于熱流體對(duì)于熱流體: :對(duì)于冷流體對(duì)于冷流體: :

11、QdQdQdQd 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/ ddtAHQtdAddHQtdAtdHtxxAttHt0dAtdxxHAttln可見，當(dāng)?shù)販夭铍S換熱面呈指數(shù)變化，則沿整個(gè)換熱面的平可見，當(dāng)?shù)販夭铍S換熱面呈指數(shù)變化，則沿整個(gè)換熱面的平均溫差為：均溫差為：)exp(txxHAtx0 xx0)dAexp(t1 dAt1xAAmHAAAt1 12211mmq cq c121 12211dddddmmtttq cq c dQ dQ 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc

12、/web/1-)exp(t)dAexp(t1x0HAHAHAAtxAmxxHAttlnHAt tlnAAx)exp(tHAt tttttttm tlnttlnt1-ttlnt 對(duì)數(shù)平均溫差對(duì)數(shù)平均溫差 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/ 不論順流還是逆流，不論順流還是逆流，對(duì)數(shù)平均溫差對(duì)數(shù)平均溫差可統(tǒng)可統(tǒng)一用以下計(jì)算式表示：一用以下計(jì)算式表示： minmaxminmaxlntttttm 平均溫差的另一種更為簡(jiǎn)單的形式是平均溫差的另一種更為簡(jiǎn)單的形式是算算術(shù)平均溫差術(shù)平均溫差，即，即2minmax,tttm算術(shù) 傳傳 熱熱

13、學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/3 復(fù)雜布置時(shí)換熱器平均溫差的計(jì)算復(fù)雜布置時(shí)換熱器平均溫差的計(jì)算 套管式換熱器及螺旋板式換熱器的平均溫差套管式換熱器及螺旋板式換熱器的平均溫差可以方便的按逆流或順流布置的公式來計(jì)算。可以方便的按逆流或順流布置的公式來計(jì)算。但對(duì)于殼管式換熱器及交叉流式換熱器的平但對(duì)于殼管式換熱器及交叉流式換熱器的平均溫差一般采用以下公式來計(jì)算：均溫差一般采用以下公式來計(jì)算：minmaxminmaxlntttttta 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web

14、/4 各種流動(dòng)型式的比較各種流動(dòng)型式的比較在相同的進(jìn)、出口溫度條件下：在相同的進(jìn)、出口溫度條件下：逆流的平均溫差最大；逆流的平均溫差最大；順流的平均溫差最??；順流的平均溫差最小；交叉流適中。交叉流適中。因此，因此，換熱器應(yīng)當(dāng)盡量布置成逆流，而盡可能換熱器應(yīng)當(dāng)盡量布置成逆流，而盡可能避免作順流布置。避免作順流布置。但逆流也有但逆流也有缺點(diǎn)，即熱流體和冷流體的最高溫缺點(diǎn)，即熱流體和冷流體的最高溫度集中在換熱器的同一端。度集中在換熱器的同一端。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/5.3 綜合傳熱系數(shù)綜合傳熱系數(shù)44,wgwgcr

15、cgwnetTTtthqqq實(shí)際傳熱既有對(duì)流換熱又有輻射換熱實(shí)際傳熱既有對(duì)流換熱又有輻射換熱 wgRgwnetwgwgwgrttAQttTTh,44111令令wgwgrcrcgwnettthtthhqqq, 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/ 【例例2-7】某窯爐壁內(nèi)層為耐火粘土磚，外層某窯爐壁內(nèi)層為耐火粘土磚，外層為紅磚，已知爐壁內(nèi)表面溫度為為紅磚，已知爐壁內(nèi)表面溫度為1000，外，外表面溫度要求不得超過表面溫度要求不得超過80，并要求盡量多，并要求盡量多用紅磚少用耐火磚。已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)用紅磚少用耐火磚。已知耐火磚

16、的導(dǎo)熱系數(shù)kt=0.698+0.6410-3t (w/m.K)，紅磚的導(dǎo)熱，紅磚的導(dǎo)熱系數(shù)系數(shù)kt=0.465+0.5110-3t (w/m.K)，紅磚最，紅磚最高使用溫度為高使用溫度為600，紅磚看作黑體，環(huán)境溫，紅磚看作黑體，環(huán)境溫度為度為20，爐壁表面向環(huán)境的對(duì)流換熱系數(shù)，爐壁表面向環(huán)境的對(duì)流換熱系數(shù)為為7.13 (w/m2.K)，求二層材料的最小厚度。，求二層材料的最小厚度。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/k1k2【解解】平均導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算平均導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算耐火磚21. 1260010001064. 0698. 0

17、31k紅磚 64. 02806001051. 0465. 032k熱流量為熱流量為 4343332TTtthqwwc 44820273802731067. 51208013. 7= 890.32（w/m2）(w/m.K)(w/m.K) 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/計(jì)算兩層材料的厚度計(jì)算兩層材料的厚度 600100021. 112111wwttkqmmm54054. 018060064. 012222wwttkq mmm37037. 02同理同理 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：

18、4/new/clgcjc/web/ 【例例2-8】熱水管內(nèi)徑熱水管內(nèi)徑d2=150mm，外徑，外徑d1=160mm，熱水平均溫度為，熱水平均溫度為90，周圍空，周圍空氣溫度為氣溫度為20，管內(nèi)表面的復(fù)合換熱系數(shù)，管內(nèi)表面的復(fù)合換熱系數(shù)h2=1200W/m2.K，管外表面的復(fù)合換熱系數(shù)，管外表面的復(fù)合換熱系數(shù)h1=15W/m2.K，管壁導(dǎo)熱系數(shù)，管壁導(dǎo)熱系數(shù)k=60W/m.K，管外表面輻射率管外表面輻射率=0.90。 試求：試求：(1)熱水管每米長散熱損失熱水管每米長散熱損失q1; (2)管外表面的輻射換熱系數(shù)管外表面的輻射換熱系數(shù)hr1和和 對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)流換熱系數(shù)hc1。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課

19、程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/【解解】 （1 1）單位長度管壁總傳熱量計(jì)算）單位長度管壁總傳熱量計(jì)算121121221ln2111ttdhddkdhql 14. 316. 015115. 016. 0ln14. 3602114. 315. 0120012090= 519.92= 519.92（w/mw/m） 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/外表面溫度外表面溫度 99.88)(16. 014. 3151111111wwwltttttdhqmWTTqwr/22.500

20、)27320(27399.881067. 590. 0)(44841411KmWtqhtwrr21111/25. 7)2099.88(22.500)(KmWhhhrc2111/75. 725. 715對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)流換熱系數(shù)輻射換熱系數(shù)輻射換熱系數(shù)輻射熱量輻射熱量 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/習(xí)習(xí) 題題 七七1 兩無限大的平行平面，表面溫度分別為兩無限大的平行平面，表面溫度分別為1000和和100100，黑度為，黑度為0.80.8，試求：，試求：A A 這兩塊平行平面的（這兩塊平行平面的（1 1）本身輻射；（）本身輻

21、射；（2 2）投射輻射；（投射輻射；（3 3）有效輻射；（）有效輻射；（4 4）凈輻）凈輻射熱量。射熱量。B B 如果安放一塊黑度為如果安放一塊黑度為0.80.8的遮熱板，試的遮熱板，試求這兩無限大平行平面間的凈輻射熱量。求這兩無限大平行平面間的凈輻射熱量。 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：4/new/clgcjc/web/ 某醫(yī)院供暖管內(nèi)徑某醫(yī)院供暖管內(nèi)徑d2=160mm，外徑，外徑d1=200mm，管內(nèi)熱水平均溫度為，管內(nèi)熱水平均溫度為96，周，周圍空氣溫度為圍空氣溫度為5，管內(nèi)表面的復(fù)合換熱系數(shù)，管內(nèi)表面的復(fù)合換熱系數(shù)h2=1250W/m2.K，管外表面的復(fù)合換熱系數(shù)，管外表面的復(fù)合換熱系數(shù)h1