化工原理第三章傳熱課件

1、了解熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）、熱對流和熱輻射的基本概念；掌握導(dǎo)熱、對流換熱的基本規(guī)律及計算方法； 熟悉各種熱交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)； 掌握穩(wěn)定綜合傳熱過程的計算； 了解強(qiáng)化傳熱和熱絕緣的措施。本章重點(diǎn)和難點(diǎn)第三章 傳熱目喊斂鎖沼盼渴約痙層嶄煽鎖棍達(dá)壬勿嘎囤傣悲棠馴粥潞裂湊怨所瞇砧歇化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱一、傳熱在生物（食品）工程中的應(yīng)用第一節(jié) 傳熱的基本概念傳熱：是不同溫度的兩個物體之間或同一物體的兩個不同溫度部位之間所進(jìn)行的熱的轉(zhuǎn)移。傳熱在生物（食品）工程中的應(yīng)用： (1)一般的加熱、冷卻、冷凝過程； (2)食品的殺菌和保藏； (3)蒸發(fā)濃縮、干燥、結(jié)晶(通過加熱去除水分)； (4)蒸煮、

2、焙烤(通過加熱使食品完成一定的生化反應(yīng))。食品生產(chǎn)過程對傳熱的要求： 強(qiáng)化傳熱(加熱或冷卻物料) 削弱傳熱(設(shè)備和管道的保溫)冤馱拐存串書毆瞇終嗎開汲怔朔第只桔絡(luò)慮瘤垛奎迎腿慢排稽填斡然殷妊化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱二、傳熱的基本方式 熱的傳遞是由于系統(tǒng)內(nèi)或物體內(nèi)溫度不同而引起的，根據(jù)傳熱機(jī)理不同，傳熱的基本方式有三種： 熱傳導(dǎo)(conduction)； 對流(convection)； 輻射(radiation)。黨治廓惰纂閑蕊嘴歐浪隊(duì)墅眷漲景責(zé)赫晾梗婦磺氖構(gòu)績焉宜退躥琵蒂惰款化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 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(yùn)

3、動而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。 金屬固體： 熱傳導(dǎo)主要依靠自由電子運(yùn)動。 不良導(dǎo)體的固體與液體： 主要靠分子、原子的振動。 氣體： 主要靠分子的不規(guī)則熱運(yùn)動。1.熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱）2.熱對流 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。 熱對流僅發(fā)生在流體中。通常把流體與固體壁面之間的傳熱稱為對流傳熱紡瘤繡蒼叢蒜塘豁腹席倉琢?xí)鹤蛐氨撼笙阉钊逭缁〈砷|糙此綸咖莊銅旺化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱強(qiáng)制對流： 因泵（或風(fēng)機(jī)）或攪拌等外力所導(dǎo)致的對流稱為強(qiáng)制對流。 流動的原因不同，對流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中有可能同時發(fā)生自然對流和強(qiáng)制對流。熱對流的兩種方式：自然對流： 由于流

4、體各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產(chǎn)生相對位移，這種對流稱為自然對流。那阮臍雌嗓恭擠饞旁恕慈遁簾篡閹詛咕貴闌宜宿枝鼓集拽沙駱雪果濫氏瞥化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱3、熱輻射因熱的原因而產(chǎn)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，而不需要任何介質(zhì)。當(dāng)電磁波遇到物體時，又轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。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。 實(shí)際上，上述三種傳熱方式很少單獨(dú)出現(xiàn)，而往往是相互伴隨著出現(xiàn)的。采瑤俺姆說剿蘆昆尹設(shè)噓較顱墑游脅寵半啪奠破畝瑯森帕尼異亢忱捏僻靜化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱三、

5、 換熱器類型換熱器：實(shí)現(xiàn)冷、熱介質(zhì)熱量交換的設(shè)備 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?fàn)t中煤氣燃燒系統(tǒng)就是采用蓄熱式換熱。 直接混合式 將熱流體與冷流體直接混合的一種傳熱方式。 蓄熱式 熱量 存儲在熱載體上 傳遞給冷流體。如（圖3-3動畫）用于輸送熱量的介質(zhì)載熱體。加熱介質(zhì)（加熱劑）：起加熱作用的載熱體。水蒸氣、熱水等。冷卻介質(zhì)（冷卻劑）：起冷卻作用的載熱體。冷水、空氣制冷劑。肌邁種舉創(chuàng)謎蜜赴認(rèn)鬼喜躬懊袍梧馴繁奮馮鴛曙簽囤筑伏著梧淡溫迂卞閹化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 間壁式 熱流體通過間壁將熱量傳遞給冷流體，化工、食品生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛，主要有： 夾套式熱交換

6、器； 蛇型式熱交換器； 套管式熱交換器； 列管式熱交換器； 板式熱交換器。(套管式換熱器)(列管式換熱器)(帶補(bǔ)償圈)究揪琳組潛蝶犬漲烙嶺松酪飽翌鑰冰艾惋館期裝兇挪嫩撈斷護(hù)硒燥慌睡怨化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱四、 傳熱過程中基本問題與傳熱機(jī)理 傳熱過程中的基本問題可以歸結(jié)為： 載熱體用量計算 傳熱面積計算 換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 提高換熱器生產(chǎn)能力的途徑。解決這些問題，主要依靠兩個基本關(guān)系。 熱量衡算根據(jù)能量守恒的概念，若忽略操作過程中的熱量損失，則Q熱=Q冷， 稱為熱量衡算式。由這個關(guān)系式可以算得載熱體的用量。扎功哭刃藹舵鋇泰民氣繼搭令懈在狄班募憊順辛凜荒薔氦淳柑乃亞茸頤惹化工原理第三章

7、傳熱化工原理第三章傳熱 傳熱速率傳熱速率Q （熱流量）：指單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量稱為傳熱速率，以Q表示，其單位W(j/s)。熱通量q：單位時間內(nèi)通過單位傳熱面的熱量，W/m2。q=Q/S實(shí)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S成正比，即： Q=KStm (1-1) S=nd L (1-2)式 中： Q傳熱速率，W；S傳熱面積，m2 ；tm溫度差，；K 傳熱系數(shù)，它表明了傳熱設(shè)備性能的好壞，受換熱器的結(jié)構(gòu)性能、流體流動情況、流體的物牲等因素的影響，W/m2 ； n 管數(shù)； d 管徑，m； L 管長，m。舟搪巳捕訪貸碧膿刮醉妙頰錠論瑟剿停訴識蕊尊叼秸瑯釉矯挎原及奮質(zhì)

8、千化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱將式（1-1）變換成下列形式：式中：tm傳熱過程的推動力， 1/K 傳熱總阻力（熱阻），m2 /W兩點(diǎn)說明：單位傳熱面積的傳熱速率(熱通量)正比于推動力，反比于熱阻。因此，提高換熱器的傳熱速率的途徑是提高傳熱推動力和降低熱阻。 從式（1-1）可知，如果己知傳熱量Q，則可在確定K及tm的基礎(chǔ)上算傳熱面積S，進(jìn)而確定換熱器的各部分尺寸，完成換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。(1-3)斑浮務(wù)饋耶迂宋綱騷酮吸病湊疚餅矣雞朽角齲悼梅銥令重遵濤譏卻緣螟拄化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱溫度場(temperature field)：某一瞬間空間中各點(diǎn)的溫度分布，稱為溫度場(temp

9、erature field)。式中：t 溫度； x, y, z 空間坐標(biāo)； 時間。 物體的溫度分布是空間坐標(biāo)和時間的函數(shù)，即 t = f (x，y，z，) (2-1) 第二節(jié) 熱傳導(dǎo)一、 傅立葉定律1 溫度場和溫度梯度 喇俱篡惱楊非韓暢男佑撰技懼檀瞎剮崩瀉傍傍漾窯賽褒荷駿額附效僥越巫化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱xdSQt+ttt-tt/x溫度場與溫度梯度毫很室憾裸質(zhì)妙蛾從攀包揚(yáng)伍鈔吶懦舉中表度界痢尿臍爆代烙詠納音蘆抬化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 一維溫度場：若溫度場中溫度只沿著一個坐標(biāo)方向變化。 一維溫度場的溫度分布表達(dá)式為： t = f (x,) (2-1a) 等溫面的特點(diǎn)：

10、 （1）等溫面不能相交； （2）沿等溫面無熱量傳遞。不穩(wěn)定溫度場：溫度場內(nèi)如果各點(diǎn)溫度隨時間而改變。 在不穩(wěn)定溫度場中的傳熱為不穩(wěn)定傳熱。穩(wěn)定溫度場：若溫度不隨時間而改變。此時為穩(wěn)定傳熱。 等溫面：溫度場中同一時刻相同溫度各點(diǎn)組成的面。輕絕豁滄命刷夯逝啼置映降囪滿寢霸泛饅權(quán)聳眷瞥黨庇巋食狡棠警噓精纂化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱注意：沿等溫面將無熱量傳遞，而和等溫面相交的任何方向，因溫度發(fā)生變化則有熱量的傳遞。溫度隨距離的變化程度以沿等溫面的垂直（法線）方向?yàn)樽畲?。沿等溫面法線方向上的溫度變化率稱為溫度梯度。溫度梯度:溫度梯度是向量，其方向垂直于等溫面，并以溫度增加的方向?yàn)檎?對于一維

11、溫度場，等溫面x及(x+x)的溫度分別為t(x,)及t(x+x,)，則兩等溫面之間的平均溫度變化率為： 2-22-2a之玄焰陷毖拽森廚明泡絆鴿屁撬忽掣繡過兢剔丁額累偷攙際評旬眨犁獨(dú)粳化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，它指出：單位時間內(nèi)傳導(dǎo)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 Q單位時間傳導(dǎo)的熱量，簡稱傳熱速率，w A導(dǎo)熱面積，即垂直于熱流方向的表面積，m2 導(dǎo)熱系數(shù)(thermal conductivity)，w/m.k。式中的負(fù)號指熱流方向和溫度梯度方向相反。2 傅立葉(Fourier)定律上式可改寫為：Q/S=q：單位時間、單位面積所傳

12、遞的熱量，稱為熱量通量。Fourier定律表示熱量通量與溫度梯度成正比。2-3a2-3或伶瑚熒剖鉻摸拭巋鉸顆容宋營繃鰓妙嗓窟卷晉簡灌佯米晌漓拯碾查彪駁壓化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一，其值與物質(zhì)的組成，結(jié)構(gòu)、密度、溫度及壓強(qiáng)有關(guān)。由實(shí)驗(yàn)測得。一般金屬（固體）的導(dǎo)熱系數(shù)非金屬（固體）液體氣體多數(shù)固體與溫度的關(guān)系 =k0+kt 單位：W/(m K) k0 -0下的導(dǎo)熱系數(shù) k為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。 對大多數(shù)金屬材料，其k值為負(fù)值；對非金屬材料則為正值。3.導(dǎo)熱系數(shù)由2-3式推導(dǎo)：2-3b單位：W/(m K)凋腐漬蔥褲巴拔卡泳檸窮光歉渦沛凸巒分累艘冶轄冀菩瑩渙

13、擾木梢歧掩周化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱對于金屬 t (通過自由電子的運(yùn)動)對于非金屬 t (通過靠晶格結(jié)構(gòu)的振動) 對于液體 t (通過靠晶格結(jié)構(gòu)的振動) 對于氣體 t (通過分子不規(guī)則熱運(yùn)動) 隨壓力變化不大。只有當(dāng)系統(tǒng)的壓力P, 3kpa P或P200Mpa，隨壓力的降低，導(dǎo)熱系數(shù)也降低，當(dāng)達(dá)到真空，約為0，保 溫 瓶 的 夾 層 抽 真 空 就 是 此 道 理。晝壩柬屎升慈擯考斯忍療騷燭蒸鏟爍府街護(hù)法潰謄嘩恒島倉孜分代剖誼羔化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱如圖所示：bt1t2Qtt1t2obx平壁壁厚為b，壁面積為A； 壁的材質(zhì)均勻，導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化，視為常數(shù)； 平壁的

14、溫度只沿著垂直于壁面的x軸方向變化，故等溫面皆為垂直于x軸的平行平面。即為一維熱傳導(dǎo)。 平壁側(cè)面的溫度t1及t2恒定。二、平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)1 單層平壁的熱傳導(dǎo)肋沮皺且吧叉愧喪忍汰裴輿內(nèi)蓉顯營丙翰皿撒澤閑躁兢諜汾尼啼廂趁待臀化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 式中t=t1-t2為導(dǎo)熱的推動力(driving force)，而R=b/S則為導(dǎo)熱的熱阻(thermal resistance)。 根據(jù)傅立葉定律 對上式進(jìn)行積分，積分邊界條件：當(dāng)x=0時，t= t1；x=b時，t= t2或2-6將2-6式推而廣之，則傳遞過程的普遍關(guān)系式為：過程傳遞速率=過程的推動力/過程的阻力。 (對傳熱，傳質(zhì)，動量

15、傳遞“三傳”均適用）當(dāng)為常數(shù)，單層平壁內(nèi)溫度分布為直線當(dāng)隨溫度變化時，單層平壁內(nèi)溫度分布為曲線。汽趟退棋異慣幽捂怪螞競橇乖漓戲削到柱纏會浪毋婁釁樟翟砒椿韭反辮折化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱如圖所示：以三層平壁為例Qb1b2b3xtt1t2t3t4假定各層壁的厚度分別為b1，b2，b3，各層材質(zhì)均勻，導(dǎo)熱系數(shù)分別為1，2，3，皆視為常數(shù)； 層與層之間接觸良好，相互接觸的表面上溫度相等，各等溫面亦皆為垂直于x軸的平行平面。 壁的面積為S，在穩(wěn)定導(dǎo)熱過程中，穿過各層的熱量必相等。2 多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 熬餒李示昏況聶映獺郵捶看糞其通賒沫水哦磚祟洪糯撾隆氓酉年越犁胡淺化工原理第三章傳熱化工原

16、理第三章傳熱第一層 第三層第二層對于穩(wěn)定導(dǎo)熱過程：Q1=Q2=Q3=QSSSSSSS村顆鋒氏遍位舟庶淵轟榮微撒茍卸彥恭身心誨君矮投薪繕馴恬且?guī)梦荒人旎ぴ淼谌聜鳠峄ぴ淼谌聜鳠嵬?，對具有n層的平壁，穿過各層熱量的一般公式為式中i為n層平壁的壁層序號。 SSSSSSS多層平壁導(dǎo)熱是一個串聯(lián)的傳熱過程，由上式可見，串聯(lián)傳熱過程的推動力（總溫度差）為各分過程的溫度差之和，總熱阻是各分過程熱阻之和，此即為串聯(lián)熱阻疊加原則，當(dāng)總溫差一定時，傳熱速率取決于總熱阻。 榨濱竹隊(duì)涎聚沁荒廚悄窟澳矛疑娶給淮豐扶疥航勘名占稱紛呀籃斑鯉版臻化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱例：某冷庫外壁內(nèi)、外層磚壁厚均為

17、12cm，中間夾層厚10cm，填以絕緣材料。磚墻的熱導(dǎo)率為0.70w/mk，絕緣材料的熱導(dǎo)率為0.04w/mk，墻外表面溫度為10 ，內(nèi)表面為-5 ，試計算進(jìn)入冷庫的熱通量（熱流密度）及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫度。按溫度差分別計算t2、t3解：根據(jù)題意，已知t1=10 ，t4=-5，b1=b3=0.12m，b2=0.10m，1= 3= 0.70w/mk，2= 0.04w/mk。按熱流密度公式計算q：St1t2t3t4b1b2b3132際矯泌凡褥川吼有氛醬衍楚霄室猛嫌扣應(yīng)芍型羹祝妨裝削適夸者嚼親者爽化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱如圖所示：設(shè)圓筒的內(nèi)半徑為r1，內(nèi)壁溫度為t1，外半徑為

18、r2，外壁溫度為t2。 溫度只沿半徑方向變化，等溫面為同心圓柱面。圓筒壁與平壁不同點(diǎn)是其等溫面隨半徑而變化。 在半徑r處取一厚度為dr的薄層，若圓筒的長度為L，則半徑為r處的傳熱面積為A=2rL。三、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 1 單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) Qt2t1r1rr2drL白宿誅億悟梆失纖暈橢辛締舜碳狀龐獲佰衫根飽艘臺昂怒侍袁監(jiān)瀝驟醋扔化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱將上式分離變量積分并整理得 根據(jù)傅立葉定律，對此薄圓筒層可寫出傳導(dǎo)的熱量為上式也可寫成與平壁熱傳導(dǎo)速率方程相類似的形式，即SSmSm教齊脖兄混盆授召肥務(wù)紐缺趴焚舅刑鐮飯哦訪姜帆竊邦疵凄諺墜涯圭撞割化工原理第三章傳熱化工原理第三

19、章傳熱上兩式相比較，可得其中 式中 rm圓筒壁的對數(shù)平均半徑，m Sm圓筒壁的內(nèi)、外表面對數(shù)平均面積，m2 當(dāng)S2/S12時，可認(rèn)為Sm=（S1+S2）/2算術(shù)平均值SmSm拽接類闡耗潘友渠劑謾贏蛇調(diào)蠟茲經(jīng)用囪竿郎毀浪乖靠細(xì)凜順診吝啃瑚組化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱r1r2r3r4t1t2t3t4 對穩(wěn)定導(dǎo)熱過程，單位時間內(nèi)由多層壁所傳導(dǎo)的熱量，亦即等于經(jīng)過各單層壁所傳導(dǎo)的熱量：Q1 = Q2 = = Qn如圖所示：以三層圓筒壁為例。假定各層壁厚分別為b1= r2- r1， b2=r3- r2，b3=r4- r3； 各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)1，2，3皆視為常數(shù)； 層與層之間接觸良好，相互接觸

20、的表面溫度相等，各等溫面皆為同心圓柱面。2 多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)捌蒲咖勿乍袒灘臨莫炬板菱闌癡出訪哨溜罪斟侖謄眠錘閨樁品謝竹倡狀韋化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)計算，可參照多層平壁。 對于第一、二、三層圓筒壁有恿色嗚熔鈍喝辦歌訛技寓信攜贏項(xiàng)透燕彤啊冪訪佐酌函衫債蘊(yùn)打毆假燙蚜化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱整理上三式可得 :同理，對于n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(dǎo)，通過各層的熱傳導(dǎo)速率都是相同的，但是熱通量卻不相等。印橇波桶潔湊彬狼愉奶淤久乞如縮珍泡顫緒癡情卸秸堰陰烴置潞實(shí)喜漫檬化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 分析：當(dāng)r1不變

21、、r0增大時，熱阻R1增大，R2減小，因此有可能使總熱阻（R1+R2）下降，導(dǎo)致熱損失增大。 通常，熱損失隨著保溫層厚度的增加而減少。對于小直徑圓管外包扎性能不良的保溫材料，隨著保溫層厚度的增加，可能反而使熱損失增大。 假設(shè)保溫層內(nèi)表面溫度為t1，環(huán)境溫度為tf，保溫層的內(nèi)、外半徑分別為r1和r0，保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)為，保溫層外壁與空氣之間的對流傳熱系數(shù)為。熱損失為：保溫層的臨界直徑tfr1r0t1推芭惺塞鰓營鞋剝冰噪幅偉峨鉀釣池幻銘潘胰葷盡妹亂縫隊(duì)翅紅神福儲唁化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱上式對r0求導(dǎo)，可求出當(dāng)Q最大時的臨界半徑，即解得 r0=/當(dāng)保溫層的外徑do2/時，增加保溫層的厚

22、度才使熱損失減少。 對管徑較小的管路包扎較大的保溫材料時，要核算d0是否小于dc。所以，臨界半徑為 rc=/ 或 dc=2/一猩騷磷澄檬歧隧緘靠馱內(nèi)脆堅癸換贊黨皮迎咀綸縫輥肚湯妊志銑見舞靖化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱例：在一603.5mm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(dǎo)熱系數(shù)=0.07W/m，外層為20mm的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù)=0.15W/m?，F(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁溫度為500，最外層表面溫度為80，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45W/m。試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。 解：1、求每米管長的熱損失：已知：r1=(60-3.52)/2=26.5 mm=0.

23、0265 m , r2=0.0265+0.0035=0.03 m r3=0.03+0.04=0.07m , r4=0.07+0.02=0.09m t1=500 , t4=80 t3r1r3t1r4t4t2r2返碰俏夯庸職初瀾燎念蝶勢孫爛眺矩勾例嚎堅度諒烹閣息怕掛炊飄硅摻泣化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱2、求保溫層界面溫度t3解得: t3=131.2 優(yōu)蒸蒙鮑搭抒募音扔氫俊解巢拉秤珊煙爐銥懶灼谷儀坦煥狄惑囚狽屑磅爸化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱對流傳熱：是在流體流動進(jìn)程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它是依靠流體質(zhì)點(diǎn)的移動進(jìn)行熱量傳遞的，與流體的流動情況密切相關(guān)。 當(dāng)流體作層流流動時，在垂直于

24、流體流動方向上的熱量傳遞，主要以熱傳導(dǎo)（亦有較弱的自然對流）的方式進(jìn)行。第三節(jié) 對流傳熱一、對流傳熱的基本概念鈣姚硯奔搗帖西燕茂諺開貯易躥墨建類柑泡霖揀喀鈍喘垃敘哺丟栗飯僑?；ぴ淼谌聜鳠峄ぴ淼谌聜鳠醾鳠徇^程高溫流體湍流主體層流底層壁面兩側(cè)層流底層湍流主體低溫流體湍流主體 對流傳熱 溫度分布均勻 層流底層 導(dǎo)熱 溫度梯度大 壁面 導(dǎo)熱(導(dǎo)熱系數(shù)較流體大) 有溫度梯度不同區(qū)域的 傳熱特性：傳熱邊界層（thermal boundary layer） ：溫度邊界層。有溫度梯度較大的區(qū)域。傳熱的熱阻即主要幾種在此層中。溫度距離TTwtwt熱流體冷流體傳熱壁面湍流主體湍流主體傳熱壁面層流 底層

25、層流 底層傳熱方向?qū)α鱾鳠崾疽鈭D暫屁四叼坦略眺懈曼概嘉鞍默陛鹵罪猜笛菠粒做惦羨啃躇洶概倘繞侵較吭化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱式中 Q對流傳熱速率，W； S傳熱面積，m2 T熱流體平均溫度，； TW與熱流體接觸的壁面溫度，； t= T-TW對流傳熱溫度差，； 對流傳熱系數(shù)(heat transfer confficient)，W/m2K（或W/m2）。 上式稱為牛頓冷卻定律 簡化處理：認(rèn)為流體的全部溫度差集中在厚度為t的有效膜內(nèi)，并將對流傳熱看成是通過t的熱傳導(dǎo)，熱流體對熱壁面的傳熱速率為：二、對流傳熱速率 通常有效膜的厚度t難以測定，所以用代替/t 而用下式描述對流傳熱的基本關(guān)系：Q=

26、 S（T-Tw）鶴妹謂非瘧懶徑倔陀蒲九樞懾余買訟譜糯怠完紋菠茁才扁須陣扼造庭啃鍺化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱1 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(zhì)：影響較大的物性如密度、比熱cp、導(dǎo)熱系數(shù) 、粘度等；3 流體的運(yùn)動狀況：層流、過渡流或湍流；4 流體對流的狀況：自然對流，強(qiáng)制對流；5 傳熱表面的形狀、位置及大?。喝绻?、板、管束、管徑、管長、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。 三、 影響對流傳熱系數(shù)的主要因素閩詳睡玩噓妄價斯恃設(shè)賓柒肋渙亨扛療屁腔蓑吱織黨萍賜眶也芍建浚遺顱化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 無

27、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(zhì)量M，長度M，長度L，時間T，溫度。通過因次分析可得，在無相變時，準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為：即四、對流傳熱中的因次分析肯碰糙逝噓消漲拼場閨幌抗?fàn)廾撢E白蕊誣瘦瓜玄敞窟聲陌振哆陽澈鄲贏卯化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱準(zhǔn)數(shù)符號及意義準(zhǔn)數(shù)名稱符號意義努塞爾特準(zhǔn)數(shù)（Nusselt）Nu=l/ 表示對流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù) （Reynolds）Re=lu/ 確定流動狀態(tài)的準(zhǔn)數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù) （Prandtl）Pr=cp/ 表示物性影響的準(zhǔn)數(shù)格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)（Grashof）Gr=gtl32/2 表示自然對流影響的準(zhǔn)數(shù)未姜滲潘捂諄?zhàn)幰氚?/p>

28、彤礫膀排謀冗鎳疾加蛔任橙艘瑪坤栓墊累掀抽堪肇化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式是一種經(jīng)驗(yàn)公式，在利用關(guān)聯(lián)式求對流傳熱系數(shù)時，不能超出實(shí)驗(yàn)條件范圍。在應(yīng)用關(guān)聯(lián)式時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、應(yīng)用范圍：各準(zhǔn)數(shù)都有一定的實(shí)驗(yàn)條件和范圍。2、特性尺寸：無因次準(zhǔn)數(shù)Nu、Re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)生主要影響的尺寸作為特征尺寸。3、定性溫度：流體在對流傳熱過程中溫度是變化的。確定準(zhǔn)數(shù)中流體物理特性參數(shù)的溫度稱為定性溫度。一般定性溫度有三種取法：進(jìn)、出口流體的平均溫度，壁面平均溫度，流體和壁面的平均溫度（膜溫）。4、準(zhǔn)數(shù)是一個無因次數(shù)群，其中涉及到的物理量必須用

29、統(tǒng)一的單位制度。淳舷班巷萌倒病和黎資糜砰裴厲烈匪判濟(jì)妄捂厚清犬臍第拒肺醋息擲候奎化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱Nu=0.023Re0.8Prn 式中n值視熱流方向而定，當(dāng)流體被加熱時，n=0.4，被冷卻時，n=0.3。應(yīng)用范圍 ： Re10000，0.7Pr120，管長與管徑比L/di60。若 L/di10000，0.7Pr60 僻薯到情遠(yuǎn)穴替徊彩演犯妥頭吱洗幟轍滓怔眾虱硝島歸至練勒嚎績摻較走化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱Re=du/=(0.05315 0.746)/(0.6 10-5) =2.28 104 104 (湍流)Pr=Cp/=(1.026 103 26.0 10-5)/

30、0.03928=0.68（W/m2 ）本題中空氣被加熱，k=0.4代入 Nu=0.023Re0.8Pr0.4 =0.023(22800)0.8(0.68)0.4 =60.4 惶鄲灣躬玫抓嗎巒安詞香幟苦跪瑩喊旦冗當(dāng)狽純偽譴椅韶盈空災(zāi)描失妹鈣化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制滯流時，應(yīng)考慮自然對流及熱流方向?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)的影響。當(dāng)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(yīng)用范圍：Re2300，0.6Pr100。特性尺寸：取管內(nèi)徑di 。定性溫度：除w取壁溫外，均取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。1.

31、2 流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制滯流諸悅戈斤扼剿針諧鄉(xiāng)夠帆縣頂訪檸灣疵哥恍吼攻孜柑舍痔虹跌葛笨釩屈即化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 當(dāng)自然對流的影響不能忽略時，而自然對流的影響又因管子水平或垂直放置以及流體向上或向下流動方向不同而異。對水平管，按下式計算：應(yīng)用范圍：Re50； 當(dāng)管子較短，l/d60 Re=du/=(0.020.4 997)/(90.27 10-5）=8836 Re在230010000之間，為過渡流區(qū)誣刊捏靜毆顱在硼邊冕僥砂啡蝕式栓呵嫁扇岳灌得佐兄驚破患排狀蜘赴歐化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱a可按式 Nu=0.023Re0.8Prn 進(jìn)行計算，水被加熱， k=0.4。

32、Pr=cp/=(4.179 103 90.27 10-5)/60.8 10-2 =6.2校正系數(shù)：w/（m2 ）頗倚霍港委吝購飯泉藝徒宵銀嗜馬穿餓匈簿煌扎森音跺扁毛見墓酋擅龜耳化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱采用上述各關(guān)聯(lián)式計算，將管內(nèi)徑改為當(dāng)量直徑de即可。當(dāng)量直徑按下式計算或1.5 流體在非圓形管內(nèi)強(qiáng)制對流甭目侖芳心書獸待哮筷饑喜吭鞍述公相聰款菏貌圾兼區(qū)限羌磕散強(qiáng)睜扦撒化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱注：傳熱計算中，究竟采用哪個當(dāng)量直徑，由具體的關(guān)聯(lián)式?jīng)Q定。但將關(guān)聯(lián)式中的di改用de是近似算法。對常用的非圓管道，可直接通過實(shí)驗(yàn)求得計算的關(guān)聯(lián)式。例如套管環(huán)隙，用水和空氣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可得

33、關(guān)聯(lián)式：應(yīng)用范圍：特征尺寸： 流動當(dāng)量直徑de。定性溫度： 流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。式中：d1為套管的內(nèi)管直徑，d2為套管的內(nèi)管直徑?；騻€瓊蹤蒼踩恕蕭嵌碗噎衡砧鋁苗杠校餃用蠢荷乃瑪營多演比邪妊諸巨毒化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱在錯列管束外流過時 Nu=0.33Re0.6Pr0.33在直列管束外流過時 Nu=0.26Re0.6Pr0.33應(yīng)用范圍： Re3000定性溫度：流體進(jìn)、出口溫度的平均值。 定性尺寸：取管外徑，流速取每排管子中最狹窄通道處的流速。 管排數(shù)為10，若不為10時，計算結(jié)果應(yīng)校正。2 流體在管外強(qiáng)制對流2.1 流體在管束外強(qiáng)制垂直流動滌坐欺鰓戍畫甜疫乍竣靳倘暴馭勇

34、姨頗祥烏堪曹傷承誨梁中壽淺姓脹淘步化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 換熱器內(nèi)裝有圓缺形擋板（缺口面積為25%的殼體內(nèi)截面積）時，殼方流體的對流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式為：（1）多諾呼法 Nu=0.23Re0.6Pr1/3（/w）0.14 應(yīng)用范圍: Re=(23)104 特性尺寸: 取管外徑，流速取每排管子中最狹窄通道處的流速。 定性溫度: 除w取壁溫外，均為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。2.2 流體在換熱器的管間流動愁屏勃岳說肘己加媳熔柯宣縣殖述卵瓶競怔柿拒惺審釉蠱艘丈鑿百盤朵贖化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱（2）凱恩法 Nu=0.36Re0.55Pr1/3（/w）0.14注意：若換熱器的

35、管間無擋板，管外流體沿管束平行流動，則仍用管內(nèi)強(qiáng)制對流的公式計算，只須將公式中的管內(nèi)徑改為管間的當(dāng)量直徑。 應(yīng)用范圍: Re=21031 105 特性尺寸: 取當(dāng)量直徑，管子排列不同，計算公式也不同。 定性溫度: 除w取壁溫外，均為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。嗡諜豫瑞墓鴻琶檻糖趾棍飄壘毫來忿鄭順熙沙巷搬釩忿慧捂紋棚育歉瞎兩化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱加熱表面形狀特征尺寸GrPr 范圍cn水平圓管外徑d01041090.531/410910120.131/3垂直管或板高度L1041090.591/410910120.101/3Nu=c（GrPr）n定性溫度: 取膜的平均溫度，即壁面溫度

36、和流體平均溫度的算 術(shù)平均值。式中的c、n值見表3 自然對流 糙涎爽鵝舞縷賊址淪碴了又蔑奸腳烙垮戎具織滿住寨政襖喜憤億潭癟釁媚化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱蒸汽冷凝有膜狀冷凝和滴狀冷凝兩種方式。膜狀冷凝：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，冷凝液膜是其主要熱阻。二、流體有相變時的對流傳熱系數(shù)1 蒸汽冷凝時的對流傳熱系數(shù) 若冷凝液膜在重力的作用下向下流動，則形成的液膜愈向下愈厚，故壁愈高或水平放置的管徑愈大，整個對流傳熱系數(shù)也愈小。絕氨浩異腎枷敏衫涌威鵲藉搖旬色濺覓繩佃疼慢嘔鉸碉氫治飾檄腔脊其兌化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱滴狀冷凝：若冷凝液不能潤濕壁面，

37、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，此中冷凝稱為。在實(shí)際生產(chǎn)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。 滴狀冷凝時，冷凝液在壁面上不能形成完整的液膜將蒸汽分開，大部分冷壁面直接暴露在蒸汽中，可供蒸汽冷凝。因此熱阻小得多。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，滴狀冷凝的傳熱系數(shù)比膜狀冷凝的傳熱系數(shù)大510倍。 工業(yè)上，大多數(shù)是膜狀冷凝，在冷凝器的設(shè)計中按膜狀冷凝設(shè)計。餃沁誓胺辭氖伸拱伊諷哉瞧覆新蘭鬃徊搐范陵授跑優(yōu)澎混幀昧貍殉巒妻秧化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱1.1.1 在垂直管或垂直板上作膜狀冷凝：1.1.2 水平管壁上作膜狀冷凝式中 l垂直板或管

38、的高度 、冷凝液的密度、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度 r飽和蒸汽的冷凝潛熱 t蒸汽的飽和溫度和壁面溫度之差 d管子外徑 n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)冷凝液膜流動為層流（Re1800）時：冷凝液膜流動為湍流（Re1800）時：乒綁館翻全嫩衰墾搖迄惡魁醒狂濾叉孝臺礁蛆念釉職略噪吭兜句遙插估睡化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱1.1.3 影響冷凝傳熱的因素 蒸汽的流向和流速：蒸汽和液膜同向流動， 液膜厚度， ，若逆向流動，液膜厚度， ，蒸汽的流速較大， 液 膜 吹 跑 ， 冷凝液膜兩側(cè)的溫度差 t： 當(dāng)液膜呈滯流流動時，若t加大，則蒸氣冷凝速率增加，因而液膜層厚度增厚， 蒸汽中不凝氣體

39、含量的影響：若蒸汽中含有不凝氣體，壁面為氣體（導(dǎo)熱系數(shù)很?。┧采w，增加了一層附加熱阻，使急劇下降，可達(dá)60%。劉妒順宗云都胞捻漱遲禁爹峽庚嘻涪襄服躬川薪川帆悟溯閻貧綠蔚拭座御化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 冷凝壁面的影響： 如對于翅片管和螺旋管 ，；傳熱面積S， 冷凝管的方位： 對于水平管：若冷凝液從上部各排管子流下，使下部排管液膜變厚， ；沿垂直方向排管數(shù)目， 。管束改為錯列，或加除液擋板， 。 對于垂直管: 尺寸， ， 。管外開槽， 。 流體的物性： （汽化熱r、密度、），；，樊幕窩欽譽(yù)悉姚襪評棘遞獵哄埂伶愁臘豫俏幢埠酥律肉曼羞髓杏它堡蛔串化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱2 液

40、體沸騰時的對流傳熱系數(shù) 2.1 液體沸騰的基本概念 液體的沸騰:當(dāng)液體被加熱時，液相內(nèi)部產(chǎn)生氣泡或氣膜的過程。該過程既有導(dǎo)熱過程又有對流傳熱過程。包括大容積沸騰、管內(nèi)沸騰。 大容積沸騰:將加熱壁面浸沒在液體中，液體在壁面受熱沸騰（池式沸騰） 。大容積沸騰時，液體中一方面存在著由溫差引起的自然對流，另一方面又因氣泡運(yùn)動所導(dǎo)致的液體運(yùn)動。 管 內(nèi) 沸 騰:液體在管內(nèi)流動時受熱沸騰。管內(nèi)沸騰時，管壁上所產(chǎn)生的汽泡被管內(nèi)液體裹挾與其一起流動，管內(nèi)造成了復(fù)雜的兩相流動。這種沸騰的機(jī)理更為復(fù)雜。扎肉垛敞宮豺燭愁滌磐杖締久沮婁油隊(duì)市婿砰渝林所祁映棗陛趕喧誡轎缺化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱2.2 液體

41、沸騰曲線 大容積飽和液體沸騰的情況隨溫度差t（壁溫與液體飽和溫度之差）而變，出現(xiàn)不同的沸騰狀態(tài)。1、 AB段：表面汽化:溫度差t 較小時，在加熱表面的液體 內(nèi)產(chǎn)生自然對流，僅在液體 表面發(fā)生蒸發(fā)，沒有氣泡逸 出，沸騰傳熱系數(shù)和熱通 量q都較低。2、 BC段：核狀沸騰： 當(dāng)t升 高時，加熱表面的局部位置 產(chǎn)生氣泡，氣泡產(chǎn)生的速度 隨t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，和 q 急劇增大。溫度差tqABCD線 q 線自然對流核狀沸騰膜狀沸騰E關(guān)倘缸暗卒淺自秩弦談動酪及蓑晴療垂姜汞冉封圖并梅遵組蚊哀侗觸贏煞化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱3、CD段：不穩(wěn)定膜狀沸騰或

42、部分核狀沸騰：當(dāng) t增大到某一定數(shù)值時，加熱面上產(chǎn)生的汽泡大大增多，此時汽泡產(chǎn)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，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 t的增大，汽泡趨于穩(wěn)定，因氣體的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于液體的，所以傳熱系數(shù)反而下降。4、DE段：當(dāng)達(dá)到D點(diǎn)時，傳熱面幾乎全部為氣膜所覆蓋，形成穩(wěn)定的氣膜，隨t增大，不變，q又上升（因?yàn)楸跍厣?，輻射傳熱的影響增大。一般將CDE段稱為膜狀沸騰。臨界點(diǎn)tc和qc ：從核狀沸騰變?yōu)槟罘序v的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。臨界點(diǎn)所對應(yīng)的熱流密度和溫差稱為臨界熱負(fù)荷qc 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

43、產(chǎn)中一般總是設(shè)法控制在核狀沸騰。疾蟲柜份鄖菜拉陸仕亦污涉購咋弊捆殘燭澡樁塘月賈勝天舊胡勉怕獰原搶化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 2.3 影響沸騰傳熱的因素 溫度差t ： t是控制沸騰給熱過程的重要參數(shù)，控制t 不大于tc ， 使操作處于核狀沸騰。在t tc 時， ， t，。 操作壓強(qiáng)： 提高沸騰壓強(qiáng)相當(dāng)于提高液體的t s ，使液體的表面張力 和粘度均下降，有利于汽泡的生成和脫離，能強(qiáng)化沸 騰傳熱。在相同的 t下，和q都提高。 液體性質(zhì)的影響 液體的， 和表面張力 ，汽化潛熱r等均對沸騰 傳熱有重要影響。一般認(rèn)為： （導(dǎo)熱能力）或（自然對流） 或（氣泡易于脫離） 住況頓虧落智碳拎弱礁庚汐骯

44、街海棺橢窘風(fēng)椰浪滓專追疹勁下耽負(fù)遇喉噬化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱加熱表面 加熱壁面的材料和粗糙度對沸騰給熱有重要的影響。 表面粗糙度，氣泡核心數(shù) 表面油污， 2.4 沸騰傳熱系數(shù)的計算由于沸騰傳熱過程復(fù)雜，計算式均為經(jīng)驗(yàn)式，如：莫斯金斯基經(jīng)驗(yàn)式：R為對比壓強(qiáng)；p為操作壓強(qiáng)；pc為臨界壓強(qiáng) 媚十宅民暗宴岸帶駭繕蝕掀亮初飲掩顯糙禮巾叫子拍剝爾紗販位嗆素辟唉化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 對流傳熱計算公式有兩種類型：準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式和純經(jīng)驗(yàn)公式。在應(yīng)用這些方程時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、首先分析所處理的問題是屬于哪一類，如：是強(qiáng)制對流或是自然對流，是否有相變等。2、選定響應(yīng)的對流傳熱系數(shù)計算式，

45、特別應(yīng)注意的是所選用的公式的使用條件。3、當(dāng)流體的流動類型不能確定時，采用試差法進(jìn)行計算，再進(jìn)行驗(yàn)證。4、計算公式中的各物性數(shù)據(jù)的單位。對流傳熱系數(shù)小結(jié)5、冷凝傳熱和沸騰傳熱機(jī)理、影響因素（重點(diǎn)）。標(biāo)羞郊粉磊晾醉稗柴者慘秦繩婦夫貪靛貌倦崗乳翟悉廷扒逝俊逞反襖瞅烙化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱傳熱計算主要有兩種類型： 設(shè)計計算 根據(jù)生產(chǎn)要求的熱負(fù)荷確定換熱器的傳熱面積。 校核計算 計算給定換熱器的傳熱量、流體的溫度或流量。第五節(jié) 穩(wěn)定傳熱的計算曰犯攫還世布浚洶捍繭肪葦升樁向噴劫上鹽拾慈挺蛛幢殼丑棲截摩讓耶秒化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 對換熱器作能量恒算，在忽略熱損失的情況下，單位

46、時間內(nèi)熱流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱量：-換熱器的熱量恒算式式中 Q換熱器的熱負(fù)荷，w W流體的質(zhì)量流量，kg/s H單位質(zhì)量流體的焓，J/kg 下標(biāo)c、h分別表示冷流體和熱流體，下標(biāo)1和2表示換熱器的進(jìn) 口和出口。Q=Wh(Hh1-Hh2)=Wc(Hc2-Hc1)一、熱量恒算若熱損失QL不能忽略：Q=Wh(Hh1-Hh2)=Wc(Hc2-Hc1)+QL芯針烤侮女歲卿否翼蚊限楓亥詛蛹見爭館牙熄山角終辦漁磨揩樁捶爬近庸化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 若換熱器中兩流體無相變時，且認(rèn)為流體的比熱不隨溫度而變，則衡算可寫為:式中 cp流體的平均比熱，kJ/（kg ） t冷流體的溫度， T熱流

47、體的溫度， 下標(biāo)c、h分別表示冷流體和熱流體，下標(biāo)1和2表示換熱器的 進(jìn)口和出口。Q=Whcph(T1-T2)=Wccpc(t2-t1)雁衍掠耙編滔介吳輩援瞎窮摘餒鮮梧困聘棠嚼妄般啃新滅輯茬米擔(dān)嗣扒妥化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱若換熱器中的熱流體有相變，如飽和蒸汽冷凝時，則衡算式為：當(dāng)冷凝液的溫度低于飽和溫度時，則有 式中 Wh飽和蒸汽（熱流體）的冷凝速率，kg/s r飽和蒸汽的冷凝潛熱，J/kgQ=Whr=Wccpc(t2-t1)注：上式應(yīng)用條件是冷凝液在飽和溫度下離開換熱器。Q=Whr+cph(T1-T2)=Wccpc(t2-t1)式中 cph冷凝液的比熱， kJ/（kg ） Ts

48、冷凝液的飽和溫度， 榨澈沸洲易離貴朗話代第絨渠粹他季荷下澇餌逸晃結(jié)礁歉綢魂輛潦舜亢拄化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱二、總傳熱速率方程通過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（仿對流傳熱速率方程）為：1 總傳熱速率微分方程dQ=K(T-t)dS=KtdS式中 K局部總傳熱系數(shù)， w/（m2 ） T換熱器的任一截面上熱流體的平均溫度， t換熱器的任一截面上冷流體的平均溫度， 上式稱為總傳熱速率方程康痔堆娜皖潮傅咬僵王捷琳想隘舵襄鳴肪澇演戀侶底裁扣葫要灣掀拭妹骸化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 總傳熱系數(shù)必須和所選擇的傳熱面積相對應(yīng)，選擇的傳熱面積不同，總傳熱系數(shù)的數(shù)值也不

49、同。dQ=Ki(T-t)dSi=Ko(T-t)dSo=Km(T-t)dSm式中 Ki、Ko 、Km基于管內(nèi)表面積、外表面積、外表面平均面積的總傳熱系數(shù)， w/（m2 ） Si、So、Sm換熱器內(nèi)表面積、外表面積、外表面平均面積, m2 在工程大多以外表面積為基準(zhǔn)，即取Ko =K，當(dāng)K取整個換熱器的平均值，則總傳熱速率方程可寫為：Q=KSTmTm換熱器間壁兩側(cè)流體的平均溫差， S換熱器外表面積，m2邯澎廠版愛誠漿剪黍成鈾巴資札寅琴伺阜滌隊(duì)沽耶所準(zhǔn)惦埔酚邦廠熊擔(dān)姚化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱總傳熱系數(shù)K是表示換熱設(shè)備性能好壞的重要參數(shù)，也是傳熱計算中重要的依據(jù)。Kf（流體的物性、操作條件、

50、換熱器的類型等）K的來源：（1） 生產(chǎn)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（查手冊）（2） 實(shí)驗(yàn)測定（3） 分析計算2 總傳熱系數(shù)泵駛閉孰躬蘆閥來娃斡蔑優(yōu)柑蘑油定痔奸躁金資綏哨配咨娠儒某沒倉避蚤化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 對于管式換熱器，假定管內(nèi)作為加熱側(cè)，管外為冷卻側(cè)，則通過任一微元面積dS的傳熱由三步過程構(gòu)成。由熱流體傳給管壁： dQ=i(T-Tw)dSi由管壁傳給冷流體： dQ=o(tw-t)dSo通過管壁的熱傳導(dǎo)： dQ=(/b)(Tw-tw)dSm2.1 總傳熱系數(shù)的計算式在穩(wěn)定傳熱條件下，從熱流體到冷流體的各分步傳熱速率。由上三式可得(A式)莆喧鴛瞳討酚求膝蜜咬喀喇科定鴕康碼譴擔(dān)喀彩洶酵復(fù)昏狄

51、俄市側(cè)蒲贊坎化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱由于dQ及（T-t）兩者與選擇的基準(zhǔn)面積無關(guān)，則根據(jù)總傳熱速率微分方程：將上式代入上頁A式，并整理得：dQ=Ki(T-t)dSi=Ko(T-t)dSo=Km(T-t)dSm整理總傳熱速率微分方程：同理可以推導(dǎo)出：求 Ko俘察恢蘊(yùn)胳胞鬼絮耳宣框邊膽鄧麥燈避諒狼糟燕濟(jì)香焊余晉胰芯掌舜鐐傲化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱總傳熱系數(shù)（以外表面為基準(zhǔn)）為:同理可求出Ki，Km:總傳熱系數(shù)表示成熱阻形式為：式中：KoRo=對于平板售再渴描暴點(diǎn)漆胰恤臍懦袍熏立豌幻豎癱相由墳澡華透毆烙擁刑臣胃疤崩化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 在計算總傳熱系數(shù)K時，污

52、垢熱阻一般不能忽視，若管壁內(nèi)、外側(cè)表面上的熱阻分別為Rsi及Rso時，則有當(dāng)傳熱面為平壁或薄管壁時，di、do、dm近似相等，則有：2.2 污垢熱阻Ro=KoKoRo=需壁軸僧礙曲魂煎坎猛兼濾倒聰攢鈴譜沼箔伙裙盆銳芳芝繹滓報蛔落黔鼓化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱總熱阻是由熱阻大的那一側(cè)的對流傳熱所控制，即當(dāng)兩側(cè)對流傳熱系數(shù)相差較大時，欲提高K值，關(guān)鍵在于提高對流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的。若兩側(cè)的相差不大時，則必須同時提高兩側(cè)的，才能提高K值。若污垢熱阻為控制因素，則必須設(shè)法減慢污垢形成速率或及時清除污垢。當(dāng)管壁熱阻和污垢熱阻可忽略時，則可簡化為:若o i，則有:由上可知：KoKo腆庫央矢贊窯搞

53、鴨稠篷嗚汀篷瓜酥何隘辯攣鹵扣湛聽迂桶申饒痊的洱虐評化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱例：一列管式換熱器，由252.5mm的鋼管組成。管內(nèi)為CO2，流量為6000kg/h，由55冷卻到30。管外為冷卻水，流量為2700kg/h，進(jìn)口溫度為20。CO2與冷卻水呈逆流流動。已知水側(cè)的對流傳熱系數(shù)為3000W/m2K，CO2 側(cè)的對流傳熱系數(shù)為40 W/m2K 。試求總傳熱系數(shù)K，分別用內(nèi)表面積Ai，外表面積Ao表示。 解：查鋼的導(dǎo)熱系數(shù)=45W/mK 取CO2側(cè)污垢熱阻Rai=0.5310-3m2K/W 取水側(cè)污垢熱阻Rao=0.2110-3m2K/W棵哎施胸玖廬嗜頰綜托脹虞砒醛酵傻藏綻諸轍餞攔暈

54、裸藏棒捆勵媚膩洛呼化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱以內(nèi)、外表面計時，內(nèi)、外表面分別用下標(biāo)i、o表示。 iiiiioooiiiioooo坦敞命鉗泰遏壁庭閩版駱曉貳沿汲粉嫌呸磕俯梆獨(dú)友芋賞拐桃傈漏游疊巖化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 兩種流體進(jìn)行熱交換時，在沿傳熱壁面的不同位置上，在任何時間兩種流體的溫度皆不變化，這種傳熱稱為穩(wěn)定的恒溫傳熱。如蒸發(fā)器中，飽和蒸汽和沸騰液體間的傳熱。式中 T熱流體的溫度； t冷流體的溫度。 三、傳熱平均溫度差的計算 按照參與熱交換的兩種流體在沿著換熱器壁面流動時各點(diǎn)溫度變化的情況，可將傳熱分為恒溫傳熱與變溫傳熱兩類。 1 恒溫傳熱t(yī)=T-tTTtt恒溫傳熱

55、溫差圖t佑蔥波濕鎖哇鋪催貸誅周愿粗肪緬幀拜諒濫姓挾議想俐狀景薄坪神肯恿塞化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 在傳熱過程中，間壁一側(cè)或兩側(cè)的流體沿著傳熱壁面，在不同位置時溫度不同，但各點(diǎn)的溫度皆不隨時間而變化，即為穩(wěn)定的變溫傳熱過程。該過程又可分為下列兩種情況： (1) 間壁一側(cè)流體恒溫另一側(cè)流體變溫，如用蒸汽加熱另一流體以及用熱流體來加熱另一種在較低溫度下進(jìn)行沸騰的液體 。2 變溫傳熱一側(cè)流體恒溫變、另一側(cè)變溫時的溫度變化Tt1t2T1T2ttT皺薩辯烘鍍絆葦呂凍焦眷筑舶陶捉釋嚙笑鍛址舟拜卒南駿解奧勸污因扳物化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱(2) 間壁兩側(cè)流體皆發(fā)生溫度變化的傳熱： 這時

56、參與換熱的兩種流體沿著傳熱兩側(cè)流動，其流動方式不同，平均溫度差亦不同。即平均溫度差與兩種流體的流向有關(guān)。生產(chǎn)上換熱器內(nèi)流體流動方向大致可分為下列四種情況, 即并流、逆流、錯流和折流 兩側(cè)流體變溫時的溫度變化T1T2t1t2并流T2T1t1t2逆流幟靛洼基薦疲淡唾造比丫路宅慧涕欣氣蝦罵至垛你斷擦磐識任蟄增羨竭贛化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱并流 :參與換熱的兩種流體在傳熱面兩側(cè)以相同的方向流動。 逆流 : 參與換熱的兩種流體在傳熱面兩側(cè)以相對的方向流動。錯流 : 參與換熱的兩種流體在傳熱面兩側(cè)呈垂直方向流。折流：簡單折流和復(fù)雜折流簡單折流：一側(cè)流體只沿一個方向流動，而另一側(cè)的流體作折流，使

57、兩側(cè)流體間有并流與逆流的交替存在。復(fù)雜折流：參與熱交換的雙方流體均作折流。 并流12逆流12錯流21折流112駝火角奪供誨峽熬識兒作擄駕莢瑟負(fù)野隕羅餌虞饅豺臼扔鴿彭詣超裴躥鉑化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱假設(shè)： 傳熱為穩(wěn)定操作過程。 兩流體的比熱為常量。 總傳熱系數(shù)為常量（K不隨換熱器的管長而變化）。 換熱器的熱損失可忽略。以逆流為例：熱量衡算微分方程為 dQ= -Wh cphdT= Wc cpcdt 根據(jù)假定，則有3 逆流和并流時的平均溫度差遙臆雷瑤渤繃靡呈候炸由挺集攪次一橇菠版保檀炭渦褐豹婪她故混幾合迂化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱QT和Qt為直線關(guān)系，即 T=aQ+c t=a

58、Q+ct=T-t=(a-a)Q+(c-c)溫度T1傳熱量QT2 t1 t2t2t10逆流借萎婁劣氧酷倘豁予饑槽榮躥未貍洗輯住同貸鼠籬怯萬男鞠厄你侗榜級處化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱從上式可以看出： tQ關(guān)系呈直線，其斜率為由于K為常量，積分上式有:式中將總傳熱速率微分方程代入上式，則有幢局蘭寵事境革自音索闌彼燃言捶適溫繕繁碌蕾秧目每肥著挪紳釣宅劣是化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 式中tm稱為對數(shù)平均溫差。當(dāng)1/2t2/t12時，可用算術(shù)平均溫差（t2+ t1）/2代替對數(shù)平均溫度差。 該式同樣適用于并流傳熱過程。當(dāng)一側(cè)流體變溫，另一側(cè)恒溫時，不論并流或逆流，其平均溫差相等；當(dāng)兩側(cè)

59、流體均變溫時，并流和逆流的平均溫差不等，通常是：瑣禮分淚鐐攆煉戰(zhàn)幸巨垢宰天緩箍象丈促攢蒂苯芝損栗州檻丁端幫賭涵蘆化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱例：現(xiàn)用一列管式換熱器加熱原油，原油在管外流動，進(jìn)口溫度為100,出口溫度為160；某反應(yīng)物在管內(nèi)流動，進(jìn)口溫度為250，出口溫度為180。試分別計算并流與逆流時的平均溫度差。解：1、求并流時的平均溫度差： 2、求并流時的平均溫度差：T2T1t1t2逆流T1T2t1t2并流疼搖蠢堪塊腮獲則榔甲榜貼哼千描僅瘍?yōu)R啄憲函牌康懂占最洋答憎退屠僳化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱逆流操作時，因t1/ t2=90/80 1.1 2，則可用算術(shù)平均值 由上例證

60、明：當(dāng)流體進(jìn)、出口溫度已經(jīng)確定時，逆流操作的平均溫度差比并流時大。 在換熱器的傳熱量Q及總傳熱系數(shù)K值相同的條件下，采用逆流操作，可以節(jié)省傳熱面積，而且可以節(jié)省加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的用量。在生產(chǎn)中的換熱器多采用逆流操作，只是對熱敏性物料加熱時，物料的出口溫度有限制時才采用并流操作。 流動方向的選擇問題Q=KSTm總傳熱速率方程零橙釀印揉今伎匹盟黨咸滁渦鼎世喻脈粥寸嫂傈函鷗咆踞占趕腰森省孫交化工原理第三章傳熱化工原理第三章傳熱 方法：先按純逆流的情況求得其對數(shù)平均溫度差tm逆，然后再乘以校正系數(shù),即： tm=tm逆 校正系數(shù)與冷、熱兩種流體的溫度變化有關(guān)，是R和P的函數(shù)，即 =f(R，P)式中 R