第三章_傳熱(1)

1、第三章第三章 傳熱傳熱p了解熱傳導、熱對流和熱輻射的基本概念；了解熱傳導、熱對流和熱輻射的基本概念；p掌握導熱、對流換熱的基本規(guī)律及計算方法；掌握導熱、對流換熱的基本規(guī)律及計算方法；p熟悉各種熱交換設備的結構和特點；熟悉各種熱交換設備的結構和特點；p掌握定態(tài)綜合傳熱過程的計算；掌握定態(tài)綜合傳熱過程的計算；p了解強化傳熱和熱絕緣的措施了解強化傳熱和熱絕緣的措施。本章重點和難點本章重點和難點一、傳熱在化學工程中的應用一、傳熱在化學工程中的應用第一節(jié)第一節(jié) 傳熱的基本概念傳熱的基本概念傳熱：傳熱：是不同溫度的兩個物體之間或同一物體的兩個不同溫是不同溫度的兩個物體之間或同一物體的兩個不同溫度部位之間所

2、進行的熱的轉移。度部位之間所進行的熱的轉移。傳熱在化學工程中的應用：傳熱在化學工程中的應用：化工生產過程對傳熱的要求：化工生產過程對傳熱的要求： 強化傳熱強化傳熱( (加熱或冷卻物料加熱或冷卻物料) ) 削弱傳熱削弱傳熱( (設備和管道的保溫設備和管道的保溫) )二、傳熱的基本方式二、傳熱的基本方式 熱的傳遞是由于系統(tǒng)內或物體內溫度不同而引熱的傳遞是由于系統(tǒng)內或物體內溫度不同而引起的，根據起的，根據傳熱機理傳熱機理不同，傳熱的基本方式有三種：不同，傳熱的基本方式有三種： 熱傳導熱傳導(conduction)(conduction)； 熱對流熱對流(convection)(convection)

3、； 熱輻射熱輻射(radiation)(radiation)。 物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞稱為熱傳導。由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞稱為熱傳導。1.1.熱傳導熱傳導（又稱導熱）（又稱導熱）2.2.熱對流熱對流（又稱對流傳熱）（又稱對流傳熱） 流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為熱流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對流。對流。 熱對流僅發(fā)生在流體中。熱對流僅發(fā)生在流體中。通常把通常把流體流體與與固體壁面固體壁面之間的之間的傳熱傳熱稱為稱為對流傳熱對流

4、傳熱強制對流：強制對流： 因泵（或風機）或攪拌等外力所導致的對流稱為強制對流。因泵（或風機）或攪拌等外力所導致的對流稱為強制對流。 流動的原因不同，對流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中流動的原因不同，對流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中有可能同時發(fā)生自然對流和強制對流。有可能同時發(fā)生自然對流和強制對流。熱對流的兩種方式：熱對流的兩種方式：自然對流：自然對流： 由于流體各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產由于流體各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產生相對位移，這種對流稱為自然對流。生相對位移，這種對流稱為自然對流。3 3、熱輻射、熱輻射因熱的原因而產生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。因

5、熱的原因而產生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。所有物體都能將熱以電磁波的形式發(fā)射出去，而不需要任何所有物體都能將熱以電磁波的形式發(fā)射出去，而不需要任何介質。介質。 任何物體只要在絕對零度以上都能發(fā)射輻射能，但是只有在任何物體只要在絕對零度以上都能發(fā)射輻射能，但是只有在物體溫度較高的時候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。物體溫度較高的時候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。 實際上，上述三種傳熱方式很少單獨出現(xiàn)，而往往是相互實際上，上述三種傳熱方式很少單獨出現(xiàn)，而往往是相互伴隨著出現(xiàn)的。伴隨著出現(xiàn)的。三、三、 換熱器類型換熱器類型換熱器換熱器：實現(xiàn)實現(xiàn)冷、熱介質冷、熱介質熱量交換的設備熱量交換的設備

6、 冷、熱流體交換流過熱載體時，熱流體將熱量傳遞給冷流冷、熱流體交換流過熱載體時，熱流體將熱量傳遞給冷流體。如煉焦爐中煤氣燃燒系統(tǒng)就是采用蓄熱式換熱。體。如煉焦爐中煤氣燃燒系統(tǒng)就是采用蓄熱式換熱。 直接混合式直接混合式 將熱流體與冷流體直接混合的一種傳熱方式。將熱流體與冷流體直接混合的一種傳熱方式。 蓄熱式蓄熱式 熱量熱量 存儲在熱載體上存儲在熱載體上 傳遞給冷流體。傳遞給冷流體。用于輸送熱量的介質用于輸送熱量的介質載熱體載熱體。加熱介質（加熱劑）加熱介質（加熱劑）：起加熱作用的載熱體。起加熱作用的載熱體。水蒸氣、熱水等水蒸氣、熱水等。冷卻介質（冷卻劑）冷卻介質（冷卻劑）：起冷卻作用的載熱體。起

7、冷卻作用的載熱體。冷水、空氣制冷劑。冷水、空氣制冷劑。 間壁式間壁式 熱流體通過間壁將熱量傳遞給冷流體，熱流體通過間壁將熱量傳遞給冷流體，化工、食品生產中應用極為廣泛，主要有：化工、食品生產中應用極為廣泛，主要有： 夾套式熱交換器；夾套式熱交換器； 蛇型式熱交換器；蛇型式熱交換器； 套管式熱交換器；套管式熱交換器； 列管式熱交換器；列管式熱交換器； 板式熱交換器。板式熱交換器。四、四、 傳熱過程中基本問題與傳熱機理傳熱過程中基本問題與傳熱機理 傳熱過程中的基本問題可以歸結為：傳熱過程中的基本問題可以歸結為： 載熱體用量計算載熱體用量計算 傳熱面積計算傳熱面積計算 換熱器的結構設計換熱器的結構設

8、計 提高換熱器生產能力的途徑。提高換熱器生產能力的途徑。 解決這些問題，主要依靠兩個基本關系。解決這些問題，主要依靠兩個基本關系。 熱量衡算熱量衡算 根據能量守恒的概念，若忽略操作過程中的熱量損失，則根據能量守恒的概念，若忽略操作過程中的熱量損失，則Q熱熱=Q冷冷， 稱為熱量衡算式。由這個關系式可以算得載熱稱為熱量衡算式。由這個關系式可以算得載熱體的用量。體的用量。 傳熱速率傳熱速率傳熱速率傳熱速率Q （熱流量）：指單位時間內通過傳熱面的熱量稱為傳（熱流量）：指單位時間內通過傳熱面的熱量稱為傳熱速率，以熱速率，以Q表示，其單位表示，其單位W(J/s)。熱通量熱通量q：單位時間內通過單位傳熱面的

9、熱量，：單位時間內通過單位傳熱面的熱量，W/m2。q=Q/A 實踐證明，傳熱速率的數(shù)值與熱流體和冷流體之間的溫度差實踐證明，傳熱速率的數(shù)值與熱流體和冷流體之間的溫度差tm及傳熱面積及傳熱面積A成正比，即：成正比，即： Q=KAtm (1-1) A=nd L (1-2)式式 中：中： Q傳熱速率，傳熱速率，W；A傳熱面積，傳熱面積，m2 ；tm溫度差，溫度差，；K 傳熱系數(shù)，它表明了傳熱設備性能的好壞，受換熱器的結構性能、傳熱系數(shù)，它表明了傳熱設備性能的好壞，受換熱器的結構性能、流體流動情況、流體的物牲等因素的影響，流體流動情況、流體的物牲等因素的影響，W/m2 ； n 管數(shù)；管數(shù)； d 管徑，

10、管徑，m； L 管長，管長，m。將式（將式（1-1）變換成下列形式：）變換成下列形式：式中：式中：tm傳熱過程的推動力，傳熱過程的推動力， 1/K 傳熱總阻力（熱阻），傳熱總阻力（熱阻），m2 /W兩點說明：兩點說明：單位傳熱面積的傳熱速率單位傳熱面積的傳熱速率(熱通量熱通量)正比于推動力，反比于熱正比于推動力，反比于熱阻。因此，阻。因此，提高換熱器的傳熱速率的途徑是提高換熱器的傳熱速率的途徑是提高傳熱推動提高傳熱推動力和降低熱阻。力和降低熱阻。 從式（從式（1-1）可知，如果己知傳熱量）可知，如果己知傳熱量Q，則可在確定，則可在確定K及及tm的基礎上算傳熱面積的基礎上算傳熱面積A，進而確定換

11、熱器的各部分尺寸，進而確定換熱器的各部分尺寸，完成換熱器的結構設計。完成換熱器的結構設計。K/ttKSQmm1 (1-3)熱阻（阻力）熱阻（阻力）傳熱溫度差（推動力）傳熱溫度差（推動力）傳熱速率傳熱速率 溫度場溫度場(temperature field)：某一瞬間空間中各點的溫度某一瞬間空間中各點的溫度分布，稱為溫度場。分布，稱為溫度場。式中：式中：t 溫度；溫度； x, y, z 空間坐標；空間坐標； 時間。時間。 物體的溫度分布是空間坐標和時間的函數(shù)，即物體的溫度分布是空間坐標和時間的函數(shù)，即 t = f (x，y，z，) 第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導熱傳導一、一、 傅立葉定律傅立葉定律1 1 溫

12、度場和溫度梯度溫度場和溫度梯度 一維溫度場：一維溫度場：若溫度場中溫度只沿著一個坐標方向變化。若溫度場中溫度只沿著一個坐標方向變化。 一維溫度場的溫度分布表達式為：一維溫度場的溫度分布表達式為： t = f (x,)等溫面的特點等溫面的特點： （1 1）等溫面不能相交；）等溫面不能相交；（2 2）沿等溫面無熱量傳遞。）沿等溫面無熱量傳遞。非定態(tài)非定態(tài)溫度場：溫度場：溫度場內如果各點溫度隨時間而改變。溫度場內如果各點溫度隨時間而改變。定態(tài)定態(tài)溫度場：溫度場：若溫度不隨時間而改變。若溫度不隨時間而改變。 等溫面：等溫面：溫度場中同一時刻相同溫度各點組成的面。溫度場中同一時刻相同溫度各點組成的面。t

13、1t2t1t2等溫面等溫面Q溫度梯度溫度梯度: :ntnttgradn 0lim 溫度梯度是一個向量。溫度梯度是一個向量。 方向垂直于該點所在等溫面，以溫度增加的方向為正方向垂直于該點所在等溫面，以溫度增加的方向為正 一維定態(tài)熱傳導一維定態(tài)熱傳導t+ tt- ttnQdAxt d/d 傅立葉定律是熱傳導的基本定律，它指出：單位時間內傳導傅立葉定律是熱傳導的基本定律，它指出：單位時間內傳導的熱量與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比，即的熱量與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比，即式中式中 Q單位時間傳導的熱量，簡稱傳熱速率，單位時間傳導的熱量，簡稱傳熱速率，w A導熱面積，即垂直于熱流方

14、向的表面積，導熱面積，即垂直于熱流方向的表面積，m2 熱導率熱導率( (thermal conductivitythermal conductivity) )，w/m.kw/m.k。式中的負號指熱流方向和溫度梯度方向相反。式中的負號指熱流方向和溫度梯度方向相反。 2 2 傅立葉定律傅立葉定律xtdAdQxtAQ或或 表征材料導熱性能的物性參數(shù)表征材料導熱性能的物性參數(shù) 越大，導熱性能越好越大，導熱性能越好ntAQq dd 用熱通量來表示用熱通量來表示 對一維對一維定定態(tài)熱傳導態(tài)熱傳導 ddtQAx 表征物質導熱能力的大小，是物質的物理性質之一，其值與物表征物質導熱能力的大小，是物質的物理性質之

15、一，其值與物質的組成，結構、密度、溫度及壓強有關。由實驗測得。質的組成，結構、密度、溫度及壓強有關。由實驗測得。一般金屬一般金屬（固體）（固體）的導熱系數(shù)的導熱系數(shù)非金屬（固體）非金屬（固體）液體液體氣體氣體多數(shù)固體多數(shù)固體與溫度的關系與溫度的關系 =0（1+a）t 單位：單位：W/(m K) 0 -0下的下的熱導率熱導率 a為為溫度系數(shù)溫度系數(shù)。 對大多數(shù)金屬材料，其對大多數(shù)金屬材料，其a值為負值；對非金屬材料則為正值。值為負值；對非金屬材料則為正值。導熱系數(shù)導熱系數(shù)單位：單位：W/(m K)QqdtdtAdxdx 對于金屬對于金屬 t (通過自由電子的運動通過自由電子的運動)對于非金屬對于

16、非金屬 t (通過靠晶格結構的振動通過靠晶格結構的振動) 對于液體對于液體 t (通過靠晶格結構的振動通過靠晶格結構的振動) 對于氣體對于氣體 t (通過分子不規(guī)則熱運動通過分子不規(guī)則熱運動) 隨壓力變化不大。只有當系統(tǒng)的壓力隨壓力變化不大。只有當系統(tǒng)的壓力P, 3kpa P或或P200Mpa，隨壓力的降低，導熱系數(shù)，隨壓力的降低，導熱系數(shù)也降低，當也降低，當達到真空，達到真空，約為約為0，保，保 溫溫 瓶瓶 的的 夾夾 層層 抽抽 真真 空空 就就 是是 此此 道道 理理。如圖所示：如圖所示：bt1t2Qtt1t2obx平壁壁厚為平壁壁厚為b b，壁面積為，壁面積為A A；壁的材質均勻，導熱

17、系數(shù)壁的材質均勻，導熱系數(shù)不不隨溫度變化，視為常數(shù)；隨溫度變化，視為常數(shù)；平壁的溫度只沿著垂直于壁面平壁的溫度只沿著垂直于壁面的的x x軸方向變化，故等溫面皆為垂軸方向變化，故等溫面皆為垂直于直于x x軸的平行平面。軸的平行平面。平壁側面的溫度平壁側面的溫度t t1 1及及t t2 2恒定。恒定。二、平壁的二、平壁的定態(tài)定態(tài)熱傳導熱傳導1 1 單層平壁的熱傳導單層平壁的熱傳導dxdtAQRtAbttttAbQ2121)( 式中式中t=tt=t1 1-t-t2 2為導熱的推動力為導熱的推動力( (driving forcedriving force) )，而，而R=b/AR=b/A則為導熱的熱阻

18、則為導熱的熱阻( (thermal resistancethermal resistance) )。 根據傅立葉定律根據傅立葉定律 分離積分變量后積分，分離積分變量后積分，積分邊界條件：當積分邊界條件：當x x=0=0時，時，t= tt= t1 1；x=bx=b時，時，t= tt= t2 2，將上式推而廣之，則傳遞過程的普遍關系式為：將上式推而廣之，則傳遞過程的普遍關系式為： 過程傳遞速率過程傳遞速率=過程的推動力過程的推動力/過程的阻力。過程的阻力。 (對傳熱，傳質，動量傳遞對傳熱，傳質，動量傳遞“三傳三傳”均適用）均適用）當當為常數(shù)，為常數(shù)，單層平壁內溫度分布為直線單層平壁內溫度分布為直線

19、12/ttQxA1QxttA如圖所示：以三層平壁為例如圖所示：以三層平壁為例Qb1b2b3xtt1t2t3t4假定各層壁的厚度分別為假定各層壁的厚度分別為b b1 1，b b2 2，b b3 3，各層材質均勻，導熱系，各層材質均勻，導熱系數(shù)分別為數(shù)分別為1 1，2 2，3 3，皆視，皆視為常數(shù)；為常數(shù)；層與層之間接觸良好，相互層與層之間接觸良好，相互接觸的表面上溫度相等，各等接觸的表面上溫度相等，各等溫面亦皆為垂直于溫面亦皆為垂直于x x軸的平行平軸的平行平面。面。壁的面積為壁的面積為A A，在，在定態(tài)定態(tài)導熱過導熱過程中，穿過各層的熱量必相等。程中，穿過各層的熱量必相等。2 2 多層平壁的多

20、層平壁的定態(tài)定態(tài)熱傳導熱傳導 第一層第一層 第三層第三層第二層第二層對于對于定態(tài)定態(tài)導熱過程：導熱過程：Q1=Q2=Q3=Q12111ttQbA23222ttQbA34333ttQbARttAbttQnniiiin11011同理，對具有同理，對具有n層的平壁，穿過各層熱量的一般公式為層的平壁，穿過各層熱量的一般公式為式中式中i為為n層平壁的壁層序號。層平壁的壁層序號。 14312123()ttQbbbAAA14123ttQRRR思考：思考： 厚度相同的三層平壁傳熱，溫度分布如圖所厚度相同的三層平壁傳熱，溫度分布如圖所示；試分析哪一層熱阻最大，并說明各層示；試分析哪一層熱阻最大，并說明各層 的大

21、的大小。小。t1t2t3t4 3 1 2Qxt例：某冷庫外壁內、外層磚壁厚均為例：某冷庫外壁內、外層磚壁厚均為12cm12cm，中間夾層厚，中間夾層厚10cm10cm，填以絕緣材料。磚墻的熱導率為填以絕緣材料。磚墻的熱導率為0.70w/m0.70w/mk k，絕緣材料的熱導，絕緣材料的熱導率為率為0.04w/m0.04w/mk k，墻外表面溫度為，墻外表面溫度為10 10 ，內表面為，內表面為-5 -5 ，試，試計算進入冷庫的熱通量及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫度計算進入冷庫的熱通量及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫度。233221141/27.570.012.004.010.070.012.

22、0)5(10)(mwbbbttAQq按溫度差分配計算按溫度差分配計算t2、t31 . 970. 012. 027. 5101112bqtt1 . 4) 5(70. 012. 027. 54333tbqt解：解： 根據題意，已知根據題意，已知t t1 1=10 =10 ，t t4 4=-5 =-5 ，b b1 1=b=b3 3=0.12m=0.12m，b2=0.10mb2=0.10m，1 1= = 3 3= = 0.70w/m0.70w/mk k， 2 2= = 0.04w/m0.04w/mk k。按熱按熱通量通量公式計算公式計算q q：Qt2t1r1rr2drL如圖所示：如圖所示：設圓筒的內半

23、徑為設圓筒的內半徑為r r1 1，內，內壁溫度為壁溫度為t t1 1，外半徑為，外半徑為r r2 2，外壁溫度為外壁溫度為t t2 2。溫度只沿半徑方向變化，溫度只沿半徑方向變化，等溫面為同心圓柱面。圓筒等溫面為同心圓柱面。圓筒壁與平壁不同點是其面隨半壁與平壁不同點是其面隨半徑而變化。徑而變化。在半徑在半徑r r處取一厚度為處取一厚度為drdr的的薄層，若圓筒的長度為薄層，若圓筒的長度為L L，則，則半 徑 為半 徑 為 r r 處 的 傳 熱 面 積 為處 的 傳 熱 面 積 為A=2rLA=2rL。三、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導三、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導1 1 單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導單層圓筒壁的穩(wěn)定熱

24、傳導drdtrLdrdtAQ21221ln2rrttLQ將上式分離變量積分并整理得將上式分離變量積分并整理得 根據傅立葉定律，對此薄圓筒層可寫出傳導的熱量為根據傅立葉定律，對此薄圓筒層可寫出傳導的熱量為討論：討論：（1）上式可以寫為）上式可以寫為12122112121221ln)(ln)()(2AAbAAttrrrrrrttlQ 熱阻熱阻推動力推動力 RtAbttm21)( 12rrb 1212m/lnAAAAA 對數(shù)平均面積對數(shù)平均面積（2） 212 rr221mAAA （3）平壁：各處的）平壁：各處的Q和和q均相等；均相等； 圓筒壁：不同半徑圓筒壁：不同半徑r處處Q相等，相等，但但q卻不等

25、卻不等r1r2r3r4t1t2t3t4 對穩(wěn)定導熱過程，單位時間內由多層壁所傳導的熱量，對穩(wěn)定導熱過程，單位時間內由多層壁所傳導的熱量，亦即經過各單層壁所傳導的熱量。亦即經過各單層壁所傳導的熱量。 如圖所示：以三層圓筒壁為例。如圖所示：以三層圓筒壁為例。假定各層壁厚分別為假定各層壁厚分別為b b1 1= r= r2 2- - r r1 1，b b2 2=r=r3 3- r- r2 2，b b3 3=r=r4 4- r- r3 3；各層材料的導熱系數(shù)各層材料的導熱系數(shù)1 1，2 2，3 3皆視為常數(shù)；皆視為常數(shù)；層與層之間接觸良好，相互層與層之間接觸良好，相互接觸的表面溫度相等，各等溫接觸的表面

26、溫度相等，各等溫面皆為同心圓柱面。面皆為同心圓柱面。2 2 多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導 多層圓筒壁的熱傳導計算，可參照多層平壁。多層圓筒壁的熱傳導計算，可參照多層平壁。 對于第一、對于第一、二、三層圓筒壁有二、三層圓筒壁有12211ln2rrttLQ34433ln2rrttLQ23322ln2rrttLQ121212rrlnLQtt 232322rrlnLQtt 343432rrlnLQtt 根據各層溫度差之和等于總溫度差的原則，整理上三式可得根據各層溫度差之和等于總溫度差的原則，整理上三式可得 34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQniiiiin

27、rrttLQ1111ln1)(2同理，對于同理，對于n層圓筒壁，穿過各層熱量的一般公式為層圓筒壁，穿過各層熱量的一般公式為 注：對于圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導，通過各層的熱傳導速率都是注：對于圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導，通過各層的熱傳導速率都是相同的，但是熱通量卻不相等。相同的，但是熱通量卻不相等。111()ni niiimittbA例例 在一在一 603.5mm的鋼管外層包有兩層絕熱材料，里層為的鋼管外層包有兩層絕熱材料，里層為40mm的氧化鎂粉，平均導熱系數(shù)的氧化鎂粉，平均導熱系數(shù)=0.07W/m，外層為，外層為20mm的石棉層，其平均導熱系數(shù)的石棉層，其平均導熱系數(shù)=0.15W/m。現(xiàn)用熱電偶測得管?，F(xiàn)

28、用熱電偶測得管內壁溫度為內壁溫度為500，最外層表面溫度為，最外層表面溫度為80，管壁的導熱系數(shù)，管壁的導熱系數(shù)=45W/m。試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。 34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQ解：每米管長的熱損失解：每米管長的熱損失此處，此處，r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07m r4=0.07+0.02=0.09mt3r1r3t1r4t4t2r2mwLQ/4.19107.009.0ln15.0103.007.0ln07.

29、010265.003.0ln451)80500(14.32保溫層界面溫度保溫層界面溫度t323212131ln1ln1)(2rrrrttLQ03.007.0ln07.010265.003.0ln451)500(14.324.1913t解得解得 t3=131.2 對流傳熱對流傳熱：是在流體流動進程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它是在流體流動進程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它是依靠流體質點的移動進行熱量傳遞的，與流體的流動情況密是依靠流體質點的移動進行熱量傳遞的，與流體的流動情況密切相關。切相關。 當流體作層流流動時，在垂直于流體流動方向上的熱量傳遞，當流體作層流流動時，在垂直于流體流動方向上的熱量傳遞，主要以

30、熱傳導（亦有較弱的自然對流）的方式進行。主要以熱傳導（亦有較弱的自然對流）的方式進行。 第三節(jié)第三節(jié) 對流傳熱對流傳熱一、對流傳熱的基本概念一、對流傳熱的基本概念傳熱過程傳熱過程高溫流體高溫流體湍流主體湍流主體壁面兩側壁面兩側層流底層層流底層湍流主體湍流主體低溫流體低溫流體q湍流主體湍流主體 對流傳熱對流傳熱 溫度分布均勻溫度分布均勻p層流底層層流底層 導熱導熱 溫度梯度大溫度梯度大p壁面壁面 導熱導熱(導熱系數(shù)較導熱系數(shù)較流體大流體大) 有溫度梯度有溫度梯度不同區(qū)域的不同區(qū)域的傳熱特性：傳熱特性：傳熱邊界層傳熱邊界層（thermal boundary layer） ：溫度邊界層。溫度邊界層。

31、有溫度梯度較大的區(qū)域。有溫度梯度較大的區(qū)域。傳熱的熱阻即主要集中在此層中傳熱的熱阻即主要集中在此層中。溫度溫度距離距離TTwtwt熱流體熱流體冷流體冷流體傳熱壁面?zhèn)鳠岜诿嫱牧髦黧w湍流主體湍流主體湍流主體傳熱壁面?zhèn)鳠岜诿鎸恿鲗恿鞯讓拥讓訉恿鲗恿鞯讓拥讓觽鳠岱较騻鳠岱较驅α鱾鳠崾疽鈭D對流傳熱示意圖式中式中 Q對流傳熱速率，對流傳熱速率，W； A傳熱面積，傳熱面積，m2 t對流傳熱溫度差，對流傳熱溫度差， t= T-TW或或t= t-tW，； T熱流體平均溫度，熱流體平均溫度，； TW與熱流體接觸的壁面溫度，與熱流體接觸的壁面溫度，； t冷流體的平均溫度，冷流體的平均溫度，； tW與冷流體接觸的壁面

32、溫度，與冷流體接觸的壁面溫度，； a對流傳熱系數(shù)對流傳熱系數(shù)(heat transfer confficient)，W/m2K（或（或W/m2）。）。 上式稱為上式稱為牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律。 簡化處理：認為流體的全部溫度差集中在厚度為簡化處理：認為流體的全部溫度差集中在厚度為t的有效膜的有效膜內，但有效膜的厚度內，但有效膜的厚度t又難以測定，所以以又難以測定，所以以代替代替/t 而用下式而用下式描述對流傳熱的基本關系描述對流傳熱的基本關系 Q= A（T-Tw）二、對流傳熱速率二、對流傳熱速率1wTTtQRA1 流體的狀態(tài)：流體的狀態(tài)：液體、氣體、蒸汽及在傳熱過程中是否有相變。有相液體、氣體

33、、蒸汽及在傳熱過程中是否有相變。有相 變時對流傳熱系數(shù)比無相變化時大的多；變時對流傳熱系數(shù)比無相變化時大的多； 2 流體的物理性質：流體的物理性質：影響較大的物性如密度影響較大的物性如密度、比熱、比熱cp、導熱系數(shù)、導熱系數(shù) 、粘度、粘度等；等；3 流體的運動狀況：流體的運動狀況：層流、過渡流或湍流；層流、過渡流或湍流；4 流體對流的狀況：流體對流的狀況：自然對流，強制對流；自然對流，強制對流；5 傳熱表面的形狀、位置及大小：傳熱表面的形狀、位置及大?。喝绻?、板、管束、管徑、管如管、板、管束、管徑、管 長、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。長、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。 三、三、

34、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),(tgclufp無相變時，影響對流傳熱系數(shù)的主要因素可用下式表示：無相變時，影響對流傳熱系數(shù)的主要因素可用下式表示： 八個物理量涉及四個基本因次：質量八個物理量涉及四個基本因次：質量M，長度，長度L，時間，時間T，溫，溫度度。通過因次分析可得，在無相變時，準數(shù)關系式為：通過因次分析可得，在無相變時，準數(shù)關系式為：即即四、對流傳熱中的因次分析四、對流傳熱中的因次分析322() () ()pakgcllug tlCRe PrakgNuCGr準數(shù)符號及意義準數(shù)符號及意義 準數(shù)關聯(lián)式是一種經驗公式，在利用關聯(lián)式求對流傳熱系準數(shù)關聯(lián)式是一種經驗公式

35、，在利用關聯(lián)式求對流傳熱系數(shù)時，不能超出實驗條件范圍。數(shù)時，不能超出實驗條件范圍。在應用關聯(lián)式時應注意以下幾點：在應用關聯(lián)式時應注意以下幾點：1 1、特性尺寸、特性尺寸 無因次準數(shù)無因次準數(shù)Nu、Re等中所包含的傳熱面尺寸稱等中所包含的傳熱面尺寸稱為特征尺寸。通常是選取對流體流動和傳熱發(fā)生主要影響的尺為特征尺寸。通常是選取對流體流動和傳熱發(fā)生主要影響的尺寸作為特征尺寸。寸作為特征尺寸。2 2、定性溫度、定性溫度 流體在對流傳熱過程中溫度是變化的。確定準流體在對流傳熱過程中溫度是變化的。確定準數(shù)中流體物理特性參數(shù)的溫度稱為定性溫度。一般定性溫度有數(shù)中流體物理特性參數(shù)的溫度稱為定性溫度。一般定性溫

36、度有2種取法：進、出口流體的平均溫度，流體和壁面的平均溫度種取法：進、出口流體的平均溫度，流體和壁面的平均溫度（膜溫）。（膜溫）。3 3、準數(shù)是一個無因次數(shù)群，其中涉及到的物理量必須用統(tǒng)一、準數(shù)是一個無因次數(shù)群，其中涉及到的物理量必須用統(tǒng)一的單位制度。的單位制度。 關聯(lián)式關聯(lián)式無相變無相變有相變有相變自然對流自然對流強制對流強制對流湍流湍流過渡區(qū)過渡區(qū)層流層流蒸汽冷凝蒸汽冷凝液體沸騰液體沸騰管內、外管內、外直、彎管直、彎管圓或非圓形圓或非圓形 0.80.023()()pkiicd udNu=0.023Re0.8Prk 式中式中k值視熱流方向而定，當流體被加熱時，值視熱流方向而定，當流體被加熱時

37、，k=0.4，被冷卻時，被冷卻時，k=0.3。應用范圍應用范圍 ： Re10000，0.6Pr50。特性尺寸特性尺寸 ： 取管內徑，取管內徑， 定性溫度：定性溫度： 流體進、出口溫度的算術平均值。流體進、出口溫度的算術平均值。五、流體無相變時對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式五、流體無相變時對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式1 1 流體在圓形直管內強制對流時的對流傳熱系數(shù)流體在圓形直管內強制對流時的對流傳熱系數(shù)（1 1） 圓形直管內強制湍流時的對流傳熱系數(shù)圓形直管內強制湍流時的對流傳熱系數(shù) 低粘度流體低粘度流體 Nu=0.027Re0.8Pr1/3（/w）0.14應用范圍應用范圍 R Re e1000010000，0.70.

38、7Pr16700Pr6060。特性尺寸特性尺寸 取管內徑取管內徑定性溫度定性溫度 除除w w取壁溫外，均為流體進、出口溫度的算取壁溫外，均為流體進、出口溫度的算 術平均值。術平均值。當液體被加熱時當液體被加熱時（/w）0.14=1.05當液體被冷卻時當液體被冷卻時（/w）0.14=0.95 對于氣體，不論加熱或冷卻皆取對于氣體，不論加熱或冷卻皆取1。 高粘度流體高粘度流體 例：例： 常壓下，空氣以常壓下，空氣以15m/s的流速在長為的流速在長為4m，603.5mm的的鋼管中流動，溫度由鋼管中流動，溫度由150升到升到250。試求管壁對空氣的對。試求管壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。流傳熱系數(shù)。 解：此

39、題為空氣在圓形直管內作強制對流解：此題為空氣在圓形直管內作強制對流 定性溫度定性溫度 t=（150+250）/2=200 查查200時空氣的物性數(shù)據（附錄）如下時空氣的物性數(shù)據（附錄）如下 Cp=1.026103J/kg. =0.03928W/m. =26.010-6N.s/m2 =0.746kg/m3 Pr=0.68特性尺寸特性尺寸 d=0.060-20.0035=0.053m l/d=4/0.053=75.560 Re=du/=(0.05315 0.746)/(0.6 10-5) =2.28 104 104(湍流湍流)Pr=cp/=(1.026 103 26.0 10-5)/0.03928

40、=0.688 .444 .60053. 003928. 0NudW/m2 本題中空氣被加熱本題中空氣被加熱,k=0.4代入代入 Nu=0.023Re0.8Pr0.4 =0.023(22800)0.8(0.68)0.4 =60.4 流體在圓形直管內作強制滯流時，應考慮自然對流及熱流流體在圓形直管內作強制滯流時，應考慮自然對流及熱流方向對對流傳熱系數(shù)的影響。方向對對流傳熱系數(shù)的影響。當自然對流的影響比較小且可被忽略時，按下式計算：當自然對流的影響比較小且可被忽略時，按下式計算： Nu=1.86Re1/3Pr1/3（di/L）1/3（/w）0.14 應用范圍：應用范圍： Re2300，0.6Pr10

41、。 特性尺寸：取管內徑特性尺寸：取管內徑di 定性溫度：定性溫度： 除除w取壁溫外，均為流體進、出口溫度的取壁溫外，均為流體進、出口溫度的 算術平均值。算術平均值。（2 2）流體在圓形直管內作強制層流）流體在圓形直管內作強制層流例：一套管換熱器，套管為例：一套管換熱器，套管為893.5mm鋼管，內管為鋼管，內管為252.5mm鋼管。環(huán)隙中為鋼管。環(huán)隙中為p=100kPa的飽和水蒸氣冷凝，冷的飽和水蒸氣冷凝，冷卻水在內管中渡過，進口溫度為卻水在內管中渡過，進口溫度為15，出口為，出口為35。冷卻水流。冷卻水流速為速為0.5m/s，試求管壁對水的對流傳熱系數(shù)。，試求管壁對水的對流傳熱系數(shù)。 解：此

42、題為水在圓形直管內流動解：此題為水在圓形直管內流動 定性溫度定性溫度 t=（15+35）/2=25 查查25時水的物性數(shù)據（見附錄）如下時水的物性數(shù)據（見附錄）如下 ：Cp=4.179103J/kg =0.608W/m =90.2710-3Ns/m2 =997kg/m3 Re=du/=(0.020.4 997)/(90.27 10-5）=11045 Re大于大于10000，為湍流區(qū)，為湍流區(qū) Pr=cp/=(4.179 103 90.27 10-5)/60.8 10-2 =6.2a可按式可按式 Nu=0.023Re0.8Prk 進行計算進行計算,水被加熱水被加熱, k=0.4。Nu=0.023

43、Re0.8Prk a=2076.9采用上述各關聯(lián)式計算，將管內徑改為當量直徑采用上述各關聯(lián)式計算，將管內徑改為當量直徑de即可。即可。當量直徑按下式計算當量直徑按下式計算具體采用何種當量直徑，根據所選用的關聯(lián)式中的規(guī)定而定。具體采用何種當量直徑，根據所選用的關聯(lián)式中的規(guī)定而定。潤濕周邊流體流動截面積 4ed傳熱周邊流體流動截面積 4ed或或 流體在非圓形管內強制對流流體在非圓形管內強制對流蒸汽冷凝有蒸汽冷凝有膜狀冷凝膜狀冷凝和和滴狀冷凝滴狀冷凝兩種方式。兩種方式。膜狀冷凝膜狀冷凝：由于冷凝液能潤濕壁面，因而能形成一層完整由于冷凝液能潤濕壁面，因而能形成一層完整的膜。在整個冷凝過程中，冷凝液膜是

44、其主要熱阻。的膜。在整個冷凝過程中，冷凝液膜是其主要熱阻。滴狀冷凝滴狀冷凝：若冷凝液不能潤濕若冷凝液不能潤濕壁面壁面，由于表面張力的作，由于表面張力的作用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下，此中冷用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下，此中冷凝稱為滴狀冷凝。在實際生產過程中，多為膜狀冷凝過程。凝稱為滴狀冷凝。在實際生產過程中，多為膜狀冷凝過程。蒸汽冷凝時的傳熱推動力是蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差。蒸汽冷凝時的傳熱推動力是蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差。六、流體有相變時的對流傳熱系數(shù)六、流體有相變時的對流傳熱系數(shù)1 1 蒸汽冷凝時的對流傳熱系數(shù)蒸汽冷凝時的對流傳熱系數(shù)4132)(72

45、5.0tdngr在垂直管或垂直板上作膜狀冷凝：在垂直管或垂直板上作膜狀冷凝： 水平管壁上作膜狀冷凝水平管壁上作膜狀冷凝式中式中 l垂直板或管的高度垂直板或管的高度 、冷凝液的密度、導熱系數(shù)、粘度冷凝液的密度、導熱系數(shù)、粘度 r飽和蒸汽的冷凝潛熱飽和蒸汽的冷凝潛熱 t蒸汽的飽和溫度和壁面溫度之差蒸汽的飽和溫度和壁面溫度之差 d管子外徑管子外徑 n管束在垂直面上的列數(shù)管束在垂直面上的列數(shù) （1 1） 膜狀冷凝時對流傳熱系數(shù)膜狀冷凝時對流傳熱系數(shù)4132131)tlgr(. 冷凝液膜流動為層流冷凝液膜流動為層流（Re1800）時：）時：冷凝液膜流動為湍流冷凝液膜流動為湍流（Re1800）時：）時：4

46、03123200770./Reg. 影響冷凝傳熱的因素影響冷凝傳熱的因素 蒸汽的流向和流速蒸汽的流向和流速：蒸汽和液膜同向流動，蒸汽和液膜同向流動， 液膜厚度液膜厚度( )，若逆向流動，液膜厚度若逆向流動，液膜厚度( )，蒸汽的流速較大，蒸汽的流速較大， 液液 膜膜 吹吹 跑跑 ， 冷凝液膜兩側的溫度差冷凝液膜兩側的溫度差 t： 當液膜呈滯流流動時，若當液膜呈滯流流動時，若t加大，則蒸氣冷凝速率增加，因加大，則蒸氣冷凝速率增加，因而液膜層厚度增厚，而液膜層厚度增厚， 蒸汽中不凝氣體含量的影響蒸汽中不凝氣體含量的影響：若蒸汽中含有不凝氣體，壁面為氣體（導熱系數(shù)很小）所若蒸汽中含有不凝氣體，壁面為

47、氣體（導熱系數(shù)很?。┧采w，增加了一層附加熱阻，使覆蓋，增加了一層附加熱阻，使急劇下降，可達急劇下降，可達60%。 冷凝壁面的影響冷凝壁面的影響： 如對于翅片管和螺旋管如對于翅片管和螺旋管 ，；傳熱面積；傳熱面積S， 冷凝管的方位冷凝管的方位： 對于水平管：對于水平管：若冷凝液從上部各排管子流下，使下部排管液膜若冷凝液從上部各排管子流下，使下部排管液膜變厚，變厚， ；沿垂直方向排管數(shù)目；沿垂直方向排管數(shù)目， 。管束改。管束改為錯列，為錯列，或加除液擋板，或加除液擋板， 。 對于垂直管對于垂直管: 尺寸尺寸， ， 。管外開槽，管外開槽， 。 流體的物性流體的物性： （汽化熱（汽化熱r、密度、密度

48、、），；，2 2 液體沸騰時的對流傳熱系數(shù)液體沸騰時的對流傳熱系數(shù)（1 1） 液體沸騰的基本概念液體沸騰的基本概念 液體的沸騰液體的沸騰: :當液體被加熱時，液相內部產生氣泡或氣膜的當液體被加熱時，液相內部產生氣泡或氣膜的過程。該過程既有過程。該過程既有導熱導熱過程又有過程又有對流傳熱對流傳熱過程。過程。包括包括大容積沸騰、管內沸騰大容積沸騰、管內沸騰。 大容積沸騰大容積沸騰: :將加熱壁面浸沒在液體中，液體在壁面受熱沸將加熱壁面浸沒在液體中，液體在壁面受熱沸騰騰（池式沸騰）（池式沸騰） 。大容積沸騰時，液體中一方。大容積沸騰時，液體中一方面存在著由溫差引起的面存在著由溫差引起的自然對流自然對

49、流，另一方面又，另一方面又因氣泡運動所導致的因氣泡運動所導致的液體運動液體運動。 管管 內內 沸沸 騰騰: :液體在管內流動時受熱沸騰。管內沸騰時，管液體在管內流動時受熱沸騰。管內沸騰時，管壁上所產生的汽泡被管內液體裹挾與其一起流壁上所產生的汽泡被管內液體裹挾與其一起流動，管內造成了復雜的兩相流動。這種沸騰的動，管內造成了復雜的兩相流動。這種沸騰的機理更為復雜。機理更為復雜。（2） 液體沸騰曲線液體沸騰曲線 大容積飽和液體沸騰的情況隨溫度差大容積飽和液體沸騰的情況隨溫度差t（壁溫與液體飽和（壁溫與液體飽和溫度之差）而變，出現(xiàn)不同的沸騰狀態(tài)。溫度之差）而變，出現(xiàn)不同的沸騰狀態(tài)。1、 AB段段：表

50、面汽化表面汽化:溫度差溫度差t 較小時，在加熱表面的液體較小時，在加熱表面的液體 內產生內產生自然對流自然對流，僅在液體，僅在液體 表面發(fā)生蒸發(fā)，沒有氣泡逸表面發(fā)生蒸發(fā)，沒有氣泡逸 出，沸騰傳熱系數(shù)出，沸騰傳熱系數(shù)和熱通和熱通 量量q都較低都較低。2、 BC段段：核狀沸騰核狀沸騰： 當當t升升 高時，加熱表面的局部位置高時，加熱表面的局部位置 產生氣泡，氣泡產生的速度產生氣泡，氣泡產生的速度 隨隨t上升而增加，由于氣泡上升而增加，由于氣泡 的生成、脫離和上升，使液體劇烈擾動，因此，的生成、脫離和上升，使液體劇烈擾動，因此，和和 q 急劇急劇增大。增大。溫度差溫度差tqABCD線線 q 線線自然

51、對流自然對流核狀沸騰核狀沸騰膜狀沸騰膜狀沸騰E3、CD段段：不穩(wěn)定膜狀沸騰或：不穩(wěn)定膜狀沸騰或 部分核狀沸騰：部分核狀沸騰：當當 t增大到某一增大到某一定數(shù)值時，加熱面上產生的汽泡大大增多，此時汽泡產生的定數(shù)值時，加熱面上產生的汽泡大大增多，此時汽泡產生的速率大于脫離表面的速率。這樣汽泡在脫離表面前連接起來，速率大于脫離表面的速率。這樣汽泡在脫離表面前連接起來，開始形成一層不穩(wěn)定的汽膜，隨時可能破裂變?yōu)榇笃蓦x開開始形成一層不穩(wěn)定的汽膜，隨時可能破裂變?yōu)榇笃蓦x開加熱面。隨著加熱面。隨著 t的增大，汽泡趨于穩(wěn)定，因氣體的導熱系數(shù)的增大，汽泡趨于穩(wěn)定，因氣體的導熱系數(shù)遠小于液體的，所以傳熱系數(shù)反

52、而下降。遠小于液體的，所以傳熱系數(shù)反而下降。4、DE段段：當達到當達到D點時，傳熱面幾乎全部為氣膜所覆蓋，形成點時，傳熱面幾乎全部為氣膜所覆蓋，形成穩(wěn)定的氣膜，隨穩(wěn)定的氣膜，隨t增大，增大，不變，不變，q又上升（因為壁溫升高，又上升（因為壁溫升高，輻射傳熱的影響增大。一般將輻射傳熱的影響增大。一般將CDE段稱為段稱為膜狀沸騰膜狀沸騰。臨界點臨界點tc和和qc ：從核狀沸騰變?yōu)槟罘序v的轉折點。臨界點從核狀沸騰變?yōu)槟罘序v的轉折點。臨界點所對應的熱流密度和溫差稱為臨界熱負荷所對應的熱流密度和溫差稱為臨界熱負荷qc 和臨界溫度和臨界溫度tc 。由于核狀沸騰傳熱系數(shù)較膜狀沸騰的大，因此工業(yè)生產中一由

53、于核狀沸騰傳熱系數(shù)較膜狀沸騰的大，因此工業(yè)生產中一般總是設法控制在核狀沸騰。般總是設法控制在核狀沸騰。（3） 影響沸騰傳熱的因素影響沸騰傳熱的因素 溫度差溫度差t ： t是控制沸騰給熱過程的重要參數(shù)，控制是控制沸騰給熱過程的重要參數(shù)，控制t 不大于不大于tc ， 使操作處于核狀沸騰。在使操作處于核狀沸騰。在t tc 時，時， ， t，。 操作壓強：操作壓強： 提高沸騰壓強相當于提高液體的提高沸騰壓強相當于提高液體的t s ，使液體的表面張力，使液體的表面張力 和粘度和粘度均下降，有利于汽泡的生成和脫離，能強化沸均下降，有利于汽泡的生成和脫離，能強化沸 騰傳熱。在相同的騰傳熱。在相同的 t下，下

54、，和和q都提高。都提高。 液體性質的影響液體性質的影響 液體的液體的， 和表面張力和表面張力 ，汽化潛熱，汽化潛熱r等均對沸騰等均對沸騰 傳熱有重要影響。一般認為：傳熱有重要影響。一般認為： （導熱能力（導熱能力）或）或（自然對流（自然對流） 或或（氣泡易于脫離（氣泡易于脫離） 32t 加熱表面加熱表面 加熱壁面的材料和粗糙度對沸騰給熱有重要的影響。加熱壁面的材料和粗糙度對沸騰給熱有重要的影響。 表面粗糙度表面粗糙度，氣泡核心數(shù)，氣泡核心數(shù) 表面油污表面油污， （4） 沸騰傳熱系數(shù)的計算沸騰傳熱系數(shù)的計算由于沸騰傳熱過程復雜，計算式均為經驗式，如：由于沸騰傳熱過程復雜，計算式均為經驗式，如：莫

55、斯金斯基經驗式：莫斯金斯基經驗式：3321631.TZ. c.cp/pRRRR.p.Z 33310211703281048110241）（R為對比壓強；為對比壓強；p為操作壓強；為操作壓強；pc為臨界壓強為臨界壓強 對流傳熱計算公式有兩種類型：準數(shù)關系式和純經驗公式。對流傳熱計算公式有兩種類型：準數(shù)關系式和純經驗公式。在應用這些方程時應注意以下幾點：在應用這些方程時應注意以下幾點：1、首先分析所處理的問題是屬于哪一類，如：是強制對流或、首先分析所處理的問題是屬于哪一類，如：是強制對流或是自然對流，是否有相變等。是自然對流，是否有相變等。2、選定相應的對流傳熱系數(shù)計算式，特別應注意的是所選用、選

56、定相應的對流傳熱系數(shù)計算式，特別應注意的是所選用的公式的使用條件。的公式的使用條件。3、當流體的流動類型不能確定時，采用試差法進行計算，再、當流體的流動類型不能確定時，采用試差法進行計算，再進行驗證。進行驗證。4、計算公式中的各物性數(shù)據的單位。、計算公式中的各物性數(shù)據的單位。對流傳熱系數(shù)小結對流傳熱系數(shù)小結5、冷凝傳熱和沸騰傳熱機理、影響因素（重點）。、冷凝傳熱和沸騰傳熱機理、影響因素（重點）。傳熱計算主要有兩種類型：傳熱計算主要有兩種類型： 設計計算設計計算 根據生產要求的熱負荷確定換熱器的傳熱面積。根據生產要求的熱負荷確定換熱器的傳熱面積。 校核計算校核計算 計算給定換熱器的傳熱量、流體的

57、溫度或流量。計算給定換熱器的傳熱量、流體的溫度或流量。第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計算傳熱過程計算 若換熱器中兩流體若換熱器中兩流體無相變無相變時，且認為流體的比熱不隨溫時，且認為流體的比熱不隨溫度而變，則有度而變，則有式中式中 cp流體的平均比熱，流體的平均比熱，kJ/（kg ） t冷流體的溫度，冷流體的溫度， T熱流體的溫度，熱流體的溫度， Q=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t2-t1)一、換熱器的熱量平衡方程一、換熱器的熱量平衡方程前提：對間壁式換熱器作能量恒算，在前提：對間壁式換熱器作能量恒算，在忽略熱損失忽略熱損失的情況下的情況下若換熱器中的熱流體若換熱器中的熱流體有相變有相變

58、，如，如飽和蒸汽冷凝飽和蒸汽冷凝時，則有時，則有 當當冷凝液的溫度低于飽和溫度冷凝液的溫度低于飽和溫度時，則有時，則有 式式中中 qm1飽和蒸汽（熱流體）的冷凝速率，飽和蒸汽（熱流體）的冷凝速率，kg/h r飽和蒸汽的冷凝潛熱飽和蒸汽的冷凝潛熱(蒸汽冷凝相變焓蒸汽冷凝相變焓)，kJ/kgQ=qm1r=qm2cp2(t2-t1)注注：上式應用條件是冷凝液在飽和溫度下離開換熱器。：上式應用條件是冷凝液在飽和溫度下離開換熱器。Q=qm1r+cp1(Ts-T2)=qm2cp2(t2-t1)式中式中 cp1冷凝液的比熱，冷凝液的比熱， kJ/（kg ） Ts冷凝液的飽和溫度，冷凝液的飽和溫度， 二、總傳

59、熱系數(shù)二、總傳熱系數(shù)1 1 總傳熱系數(shù)的定義總傳熱系數(shù)的定義221111mTtdQbdAdAdA 對于管式換熱器，假定管內對于管式換熱器，假定管內作為加熱側，管外為冷卻側，作為加熱側，管外為冷卻側，則通過任一微元面積則通過任一微元面積dA的傳熱的傳熱由三步過程構成。由三步過程構成。由熱流體傳給管壁由熱流體傳給管壁 dQ2=2(T-Tw)dA2由管壁傳給冷流體由管壁傳給冷流體 dQ1=1(tw-t)dA1通過管壁的熱傳導通過管壁的熱傳導 dQw=(/b)(Tw-tw)dAm由上三式可得由上三式可得twTw管外對流管外對流管內對流管內對流導熱導熱冷冷流流體體熱熱流流體體tTdQdQ22dQ11dQ

60、w 通過換熱器中任一微元面積通過換熱器中任一微元面積dA的間壁兩側流體的傳熱速率的間壁兩側流體的傳熱速率方程（仿對流傳熱速率方程）為方程（仿對流傳熱速率方程）為 dQ=KdA(T-t)式中式中 K總傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)， w/（m2 ） T換熱器的任一截面上熱流體的平均溫度，換熱器的任一截面上熱流體的平均溫度， t換熱器的任一截面上冷流體的平均溫度，換熱器的任一截面上冷流體的平均溫度， 上式稱為上式稱為總傳熱速率方程?？倐鳠崴俾史匠獭?定義：定義：2211111mbKdAdAdAdA 在工程大多以外表面積為基準，即取在工程大多以外表面積為基準，即取dA =dA1，當，當K取整取整個換熱器的平均