化工原理第四章傳熱

第四章傳熱

第一節(jié)概述第二節(jié)熱傳導(dǎo)

第三節(jié)對(duì)流傳熱

第四節(jié)傳熱過(guò)程計(jì)算第五節(jié)

熱輻射第六節(jié)

換熱器化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!一、傳熱在化學(xué)工程中的應(yīng)用二、傳熱的基本方式熱傳導(dǎo)(conduction);熱對(duì)流(convection);熱輻射(radiation)?；ぎa(chǎn)品加工過(guò)程中的溫度控制以及各種單元操作（如裂解、重整、聚合等）對(duì)溫度有一定的要求。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：4.1概述化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!1、熱傳導(dǎo)氣體分子做不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果

固體導(dǎo)電體：自由電子在晶格間的運(yùn)動(dòng)非導(dǎo)電體：通過(guò)晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)液體機(jī)理復(fù)雜特點(diǎn)：靜止介質(zhì)中的傳熱，沒(méi)有物質(zhì)的宏觀位移化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!強(qiáng)制對(duì)流：因泵（或風(fēng)機(jī)）或攪拌等外力所導(dǎo)致的對(duì)流稱(chēng)為強(qiáng)制對(duì)流。

流動(dòng)的原因不同，對(duì)流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中有可能同時(shí)發(fā)生自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。自然對(duì)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(chǎn)生相對(duì)位移，這種對(duì)流稱(chēng)為自然對(duì)流。2、熱對(duì)流

流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過(guò)程稱(chēng)為熱對(duì)流。熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!冷熱流體的接觸方式一、直接接觸式板式塔化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!列管換熱器傳熱面為殼內(nèi)所有管束壁的表面積熱流體T1T2冷流體t1t2化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!熱負(fù)荷Q’：工藝要求，同種流體需要溫升或溫降時(shí)，吸收或放出的熱量，單位J。傳熱速率Q：熱流量，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)換熱器的整個(gè)傳熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位J/s或W。熱流密度q：熱通量，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位傳熱面積傳遞的熱量，單位J/(s.m2)或W/m2。一、基本概念化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!三、冷熱流體通過(guò)間壁的傳熱過(guò)程t2t1T1T2對(duì)流對(duì)流導(dǎo)熱冷流體Q熱流體化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!溫度場(chǎng)(temperaturefield)：某一瞬間空間中各點(diǎn)的溫度分布，稱(chēng)為溫度場(chǎng).

式中：t——溫度；

x,y,z——空間坐標(biāo)；

τ——時(shí)間。

物體的溫度分布是空間坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)，即t=f(x，y，z，τ)4.2熱傳導(dǎo)

一、傅立葉定律

1溫度場(chǎng)和溫度梯度

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!等溫面：在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)中所有溫度相同的點(diǎn)組成的面。t1t2t1>t2等溫面Q等溫面的特點(diǎn)：（1）等溫面不能相交；（2）沿等溫面無(wú)熱量傳遞?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，它指出：?jiǎn)挝粫r(shí)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(shí)間傳導(dǎo)的熱量，簡(jiǎn)稱(chēng)傳熱速率，w

A——導(dǎo)熱面積，即垂直于熱流方向的表面積，m2

λ——導(dǎo)熱系數(shù)(thermalconductivity)，w/m.k。式中的負(fù)號(hào)指熱流方向和溫度梯度方向相反。

2傅立葉定律化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!1.固體熱導(dǎo)率

金屬材料10～102W/(m?K)建筑材料10-1～10W/(m?K)絕熱材料10-2～10-1W/(m?K)在一定溫度范圍內(nèi)：對(duì)大多數(shù)金屬材料a<0，t

對(duì)大多數(shù)非金屬材料a>0

，

t

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!3.氣體熱導(dǎo)率t，一般情況下，隨p的變化可忽略；氣體不利于導(dǎo)熱，有利于保溫或隔熱。0.006～0.4W/(m·K)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!傅立葉定律：邊界條件為：取dx的薄層，作熱量衡算：得：不隨t而變

式中Q──熱流量或傳熱速率，W或J/s；A──平壁的面積，m2；b──平壁的厚度，m；

──平壁的熱導(dǎo)率，W/(m·℃)或W/(m·K)；t1,t2──平壁兩側(cè)的溫度，℃?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!不隨t變化，

t～x成呈線形關(guān)系。3．當(dāng)隨t變化時(shí)若隨t變化關(guān)系為：則t～x呈拋物線關(guān)系。

如：1～t1，2～t2化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!層第三層第二層對(duì)于穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程：Q1=Q2=Q3=Q化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!例：某冷庫(kù)外壁內(nèi)、外層磚壁厚均為12cm，中間夾層厚10cm，填以絕熱材料。磚墻的熱導(dǎo)率為0.70w/m·k，絕熱材料的熱導(dǎo)率為0.04w/m·k，墻外表面溫度為10℃，內(nèi)表面為-5℃，試計(jì)算進(jìn)入冷庫(kù)的熱流密度及絕熱材料與磚墻的兩接觸面上的溫度。按溫度差分配計(jì)算t2、t3℃℃解：根據(jù)題意，已知t1=10℃，t4=-5℃，b1=b3=0.12m，b2=0.10m，λ1=λ3=0.70w/m·k，λ2=0.04w/m·k。按熱流密度公式計(jì)算q：化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!根據(jù)傅立葉定律，對(duì)此薄圓筒層可寫(xiě)出傳導(dǎo)的熱量為邊界條件

得：設(shè)不隨t而變

式中Q──熱流量或傳熱速率，W或J/s；

──熱導(dǎo)率，W/(m·℃)或W/(m·K)；t1,t2──圓筒壁兩側(cè)的溫度，℃；r1,r2──圓筒壁內(nèi)外半徑，m?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!2．3．圓筒壁內(nèi)的溫度分布上限從改為t～r成對(duì)數(shù)曲線變化(假設(shè)不隨t變化)4．平壁：各處的Q和q均相等；圓筒壁：不同半徑r處Q相等，但q卻不等?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)計(jì)算，可參照多層平壁。對(duì)于、二、三層圓筒壁有化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!例在一60×3.5mm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)λ=0.07W/m·℃，外層為20mm的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.15W/m·℃?，F(xiàn)用熱電偶測(cè)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)λ=45W/m·℃。試求每米管長(zhǎng)的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。解：每米管長(zhǎng)的熱損失此處，r1=0.053/2=0.0265mr2=0.0265+0.0035=0.03mr3=0.03+0.04=0.07mr4=0.07+0.02=0.09m化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!對(duì)流傳熱：是在流體流動(dòng)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(dòng)進(jìn)行熱量傳遞的，與流體的流動(dòng)情況密切相關(guān)。

當(dāng)流體作層流流動(dòng)時(shí)，在垂直于流體流動(dòng)方向上的熱量傳遞，主要以熱傳導(dǎo)（亦有較弱的自然對(duì)流）的方式進(jìn)行。

4.3對(duì)流傳熱

一、對(duì)流傳熱的基本概念化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!式中

Q——對(duì)流傳熱速率，W；A——傳熱面積，m2Δt——對(duì)流傳熱溫度差，Δt=T-TW或Δt=t-tW，℃；T——熱流體平均溫度，℃；TW——與熱流體接觸的壁面溫度，℃；t——冷流體的平均溫度，℃；tW——與冷流體接觸的壁面溫度，℃；a——對(duì)流傳熱系數(shù)(heattransferconfficient)，W/m2·K（或W/m2·℃）。簡(jiǎn)化處理：認(rèn)為流體的全部溫度差集中在厚度為δt的有效膜內(nèi)，但有效膜的厚度δt又難以測(cè)定，所以以α代替λ/δt而用下式描述對(duì)流傳熱的基本關(guān)系

Q=αA（T-Tw）二、對(duì)流傳熱速率牛頓冷卻定律Q=α’A（tw-t）化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!5.是否發(fā)生相變蒸汽冷凝、液體沸騰相變>無(wú)相變4.傳熱面的形狀，大小和位置形狀：如管、板、管束等；大?。喝绻軓胶凸荛L(zhǎng)等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置還是水平放置。3.流動(dòng)形態(tài)

層流、湍流

湍>層

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!準(zhǔn)數(shù)符號(hào)及意義準(zhǔn)數(shù)名稱(chēng)符號(hào)意義努塞爾特準(zhǔn)數(shù)（Nusselt）Nu=αl/λ

表示對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)（Reynolds）Re=luρ/μ

確定流動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)（Prandtl）Pr=cpμ/λ

表示物性影響的準(zhǔn)數(shù)格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)（Grashof）Gr=βgΔtl3ρ2/μ2

表示自然對(duì)流影響的準(zhǔn)數(shù)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!

Nu=0.023Re0.8Prn

式中n值視熱流方向而定，當(dāng)流體被加熱時(shí)，n=0.4，被冷卻時(shí)，n=0.3。應(yīng)用范圍：Re>10000，0.7<Pr<160，管長(zhǎng)與管徑比L/di>50。若L/di<50時(shí)，α須乘以（1+（di/L）0.7）進(jìn)行校正。特性尺寸：取管內(nèi)徑，定性溫度：流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。五、流體無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式

1流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)

1.1圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)

1.1.1低粘度流體

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!例：常壓下，空氣以15m/s的流速在長(zhǎng)為4m，φ60×3.5mm的鋼管中流動(dòng)，溫度由150℃升到250℃。試求管壁對(duì)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：此題為空氣在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流定性溫度t=（150+250）/2=200℃查200℃時(shí)空氣的物性數(shù)據(jù)（附錄）如下Cp=1.026×103J/kg.℃λ=0.03928W/m.℃μ=26.0×10-6N.s/m2ρ=0.746kg/m3

Pr=0.68特性尺寸d=0.060-2×0.0035=0.053ml/d=4/0.053=75.5>60化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制滯流時(shí)，應(yīng)考慮自然對(duì)流及熱流方向?qū)?duì)流傳熱系數(shù)的影響。當(dāng)自然對(duì)流的影響比較小且可被忽略時(shí)，按下式計(jì)算：

Nu=1.86Re1/3Pr1/3（di/L）1/3（μ/μw）0.14應(yīng)用范圍：Re<2300，0.6<Pr<6700，（Re·Pr·di/L）>10。特性尺寸：取管內(nèi)徑di定性溫度：除μw取壁溫外，均為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。1.2流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制滯流化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!對(duì)于垂直管，自然對(duì)流的影響較大，可作近似校正。如強(qiáng)制對(duì)流方向和自然對(duì)流方向相同時(shí)，α值按上式計(jì)算結(jié)果減少15%，方向相反時(shí)，加大15%。L/d4030201510f1.021.051.131.181.28校正系數(shù)f的數(shù)值在過(guò)渡流時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)可先用湍流時(shí)的計(jì)算公式計(jì)算，根據(jù)所得的α值再乘以校正系數(shù)φ，即可得到過(guò)渡流下的對(duì)流傳熱系數(shù)。1.3流體在圓形直管內(nèi)作過(guò)渡流化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!采用上述各關(guān)聯(lián)式計(jì)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(jì)算具體采用何種當(dāng)量直徑，根據(jù)所選用的關(guān)聯(lián)式中的規(guī)定而定。或1.5流體在非圓形管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!流體在管束外強(qiáng)制垂直流動(dòng)——多管化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!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(rùn)濕壁面，因而能形成一層完整的膜。在整個(gè)冷凝過(guò)程中，冷凝液膜是其主要熱阻。滴狀冷凝：若冷凝液不能潤(rùn)濕壁面，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。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，多為膜狀冷凝過(guò)程。蒸汽冷凝時(shí)的傳熱推動(dòng)力是蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差。六、流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)

1蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!膜狀冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)1.1水平管束外定性溫度：tSr，其它膜溫n——水平管束在垂直列上的管數(shù)r——飽和蒸汽的冷凝潛熱化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!層流Re<1800Re>1800湍流特性尺寸：管或板高H定性溫度：膜溫化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!(5)強(qiáng)化措施：目的：減少冷凝液膜的厚度水平管束：減少垂直方向上管數(shù)，采用錯(cuò)列；垂直板或管：開(kāi)縱向溝槽，或在壁外裝金屬絲?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!汽泡產(chǎn)生的條件問(wèn)題：為什么汽泡只在加熱面?zhèn)€別地方產(chǎn)生？過(guò)熱度：t=tW－ts

汽化核心：一般為粗糙加熱面的細(xì)小凹縫處汽化核心生成汽泡長(zhǎng)大脫離壁面新汽泡形成攪動(dòng)液層化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!2.3影響因素及強(qiáng)化措施（1）液體的性質(zhì)（2）溫度差核狀沸騰階段:t2.5，，t

（3）操作壓力化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!對(duì)流傳熱計(jì)算公式有兩種類(lèi)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(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、首先分析所處理的問(wèn)題是屬于哪一類(lèi)，如：是強(qiáng)制對(duì)流或是自然對(duì)流，是否有相變等。2、選定相應(yīng)的對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算式，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(dòng)類(lèi)型不能確定時(shí)，采用試差法進(jìn)行計(jì)算，再進(jìn)行驗(yàn)證。4、計(jì)算公式中的各物性數(shù)據(jù)的單位。對(duì)流傳熱系數(shù)小結(jié)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!熱流體固體壁面一側(cè)固體壁面一側(cè)另一側(cè)固體壁面另一側(cè)冷流體twTw對(duì)流對(duì)流導(dǎo)熱冷流體熱流體tTQ化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁(yè)!（一）恒溫傳熱4.4.2傳熱平均溫度差兩種流體進(jìn)行熱交換時(shí)，在沿傳熱壁面的不同位置上，在任何時(shí)間兩種流體的溫度皆不變化，這種傳熱稱(chēng)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。Δt=T-t式中T——熱流體的溫度℃；t——冷流體的溫度℃?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁(yè)!并流

參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)分別以相同的方向流動(dòng)。生產(chǎn)上換熱器內(nèi)流體流動(dòng)方向大致可分為下列四種情況：逆流

參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)分別以相對(duì)的方向流動(dòng)。錯(cuò)流

參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)彼此呈垂直方向流動(dòng)。

折流簡(jiǎn)單折流：一側(cè)流體只沿一個(gè)方向流動(dòng)，而另一側(cè)的流體作折流，使兩側(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?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁(yè)!假設(shè)：傳熱為穩(wěn)定操作過(guò)程。兩流體的比熱為常量?？倐鳠嵯禂?shù)為常量（K不隨換熱器的管長(zhǎng)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=-WhcphdT=Wccpcdt根據(jù)假定，則有（1）逆流和并流時(shí)的平均溫度差化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁(yè)!從上式可以看出：Δt~Q關(guān)系呈直線，其斜率為將總傳熱速率微分方程代入上式，則有由于K為常量，積分上式有dQ=KΔtdS化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁(yè)!例現(xiàn)用一列管式換熱器加熱原油，原油在管外流動(dòng)，進(jìn)口溫度為100℃,出口溫度為160℃；某反應(yīng)物在管內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)口溫度為250℃，出口溫度為180℃。試分別計(jì)算并流與逆流時(shí)的平均溫度差。解：并流℃

逆流℃

℃

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁(yè)!流向的選擇1.所需傳熱面積逆流優(yōu)于并流?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁(yè)!3.溫度差分布逆流時(shí)的溫度差分布更均勻。T2并流T1t1t2t1t2T1T2逆流4.并流操作適用于熱敏性物料、粘稠物料等的加熱，或生產(chǎn)工藝要求溫度不能過(guò)高或過(guò)低的場(chǎng)合?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁(yè)!4.4.3總傳熱系數(shù)K——總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)twTw管內(nèi)對(duì)流管外對(duì)流導(dǎo)熱冷流體熱流體tTdQdQ1dQ3dQ2（一）總傳熱系數(shù)計(jì)算化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁(yè)!（1）平壁dA=dA1=dA2=dAm討論：（2）以外表面為基準(zhǔn)(dA=dA1)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁(yè)!（二）污垢熱阻

Rd1、Rd2——傳熱面兩側(cè)的污垢熱阻，(m2·K)/W（三）提高K值的討論

設(shè)法減小控制熱阻。（1）減小污垢熱阻——防結(jié)垢、及時(shí)清洗?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁(yè)!對(duì)穩(wěn)定傳熱過(guò)程式中S1、S2、Sm分別代表熱流體側(cè)傳熱面積、冷流體側(cè)傳熱面積和平均傳熱面積。Tw、tw分別代表熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的壁溫α1、α2分別代表熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)整理上式可得4.4.4壁溫的計(jì)算化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁(yè)!(c)計(jì)算單位面積傳熱量℃(d)管壁溫度Q/S1=K1Δtm=242×271=65580W/m2T——熱流體的平均溫度，取進(jìn)、出口溫度的平均值T=(500+400)/2=450℃管內(nèi)壁溫度

(b)平均溫度差在p=981kN/m2，水的飽和溫度為179℃℃化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁(yè)!1.設(shè)計(jì)型計(jì)算已知：qm1、T1、T2（生產(chǎn)任務(wù)），t1、qm2等求：傳熱面積A或校核換熱器是否合適步驟:（1）計(jì)算熱負(fù)荷；（2）計(jì)算tm；（3）計(jì)算1、2及K；（4）計(jì)算A若A實(shí)>A計(jì)

或Q換>Q需要，換熱器合適。傳熱計(jì)算化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁(yè)!一、基本概念1.輻射：物體通過(guò)電磁波來(lái)傳遞能量的過(guò)程。2.熱輻射：物體由于熱的原因以電磁波的形式向外發(fā)射能量的過(guò)程。特點(diǎn)：能量形式的轉(zhuǎn)換不需要任何介質(zhì)4.5熱輻射化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁(yè)!QQQNQ能量守恒定律： ——吸收率 ——反射率 ——穿透率

3.物體對(duì)熱輻射的作用總能量Q；被物體吸收Q；被反射Q；穿過(guò)物體Q

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁(yè)!

4.輻能流率輻射功率，物體在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的輻射能幅能流，物體單位面積上產(chǎn)生的輻射能輻射流率，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的輻能流化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁(yè)!6、斯蒂芬—波爾茨曼（Stephen-Boltzman）定律全輻射能為所有單色輻射能之和，即對(duì)黑體

σ稱(chēng)為斯蒂芬—波爾茨曼輻射常數(shù)，其值為5.67×10-8w/(m2·K4)c0稱(chēng)為黑體輻射系數(shù)上式說(shuō)明，黑體的全發(fā)射能力正比于熱力學(xué)溫度的四次方，此關(guān)系稱(chēng)為斯蒂芬—波爾茨曼定律，亦稱(chēng)四次方定律。(W/m2)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁(yè)!7、克?；舴蚨蒚1>T2α1

α2=1對(duì)灰體:熱交換達(dá)到平衡時(shí)T1=T2,Q=0任意物體:q1q0（1-α

1）q0α

1q0Ⅰ灰體Ⅱ黑體克希霍夫定律化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁(yè)!（一）輻射傳熱速率二、兩固體間的相互輻射①兩面積無(wú)限大的平行平板②兩平面有限大的平行平板化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁(yè)!1.溫度的影響

ＱT4；低溫可忽略，高溫可能成為主要方式2.幾何位置的影響3.表面黑度的影響

Ｑ，可通過(guò)改變大小強(qiáng)化或減小輻射傳熱4.輻射表面間介質(zhì)的影響減小輻射散熱，在兩換熱面加遮熱板（小熱屏）（二）影響輻射傳熱的主要因素化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁(yè)!二、間壁式換熱器的類(lèi)型（一）夾套換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：

A小釜內(nèi)小強(qiáng)化措施：釜內(nèi)加攪拌釜內(nèi)加蛇管外循環(huán)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁(yè)!2.噴淋式優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單管內(nèi)能耐高壓管外比沉浸式大缺點(diǎn)：噴淋不易均勻占地面積大化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁(yè)!（四）列管換熱器管板、管束、封頭、殼體化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁(yè)!2.浮頭式特點(diǎn)：可完全消除熱應(yīng)力,便于清洗和檢修,結(jié)構(gòu)復(fù)雜化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁(yè)!三、列管換熱器的選用1.根據(jù)工藝任務(wù)，計(jì)算熱負(fù)荷2.計(jì)算tm3.依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取K，估算A4.確定冷熱流體流經(jīng)管程或殼程，選定u由u和qm估算單管程的管子根數(shù)，由管子根數(shù)和估算的A，估算管子長(zhǎng)度，再由系列標(biāo)準(zhǔn)選適當(dāng)型號(hào)的換熱器?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁(yè)!(1)流體流程選擇管程：不清潔或易結(jié)垢、腐蝕性、壓力高的流體殼程：飽和蒸汽、需要冷卻、粘度大或流量小的流體原則：傳熱效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清洗方便(2)流體流速的選擇u選擇是經(jīng)濟(jì)權(quán)衡，要避免層流流動(dòng)uK，在同Q、tm下A，節(jié)省設(shè)備費(fèi)uHf，操作費(fèi)用增加化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁(yè)!圓缺形圓盤(pán)形多管程：管內(nèi)流體u加擋板：增大殼程流體的湍動(dòng)殼程化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁(yè)!3.增大K減小壁、污垢及兩側(cè)流體熱阻中的主要熱阻提高較小一側(cè)有效提高的方法(無(wú)相變)：增大流速——多管程加擾流元件——?dú)こ碳訐醢甯淖儌鳠崦嫘螤詈驮黾哟植诙然ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁(yè)!增加剛性；提高湍動(dòng)程度；增加A；易于液體均勻分布化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁(yè)!（二）螺旋板式換熱器化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁(yè)!（三）板翅式換熱器優(yōu)點(diǎn)：流體湍動(dòng)程度高，K大；結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積的A較大；缺點(diǎn)：易堵塞，清洗困難；構(gòu)造復(fù)雜化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁(yè)!3、熱輻射因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱(chēng)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)。任何物體只要在絕對(duì)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(shí)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。化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁(yè)!二、間壁式傳熱面為內(nèi)管壁的表面積套管換熱器冷流體t1t2熱流體T1T2化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁(yè)!熱載體及其選擇

加熱劑：熱水、飽和水蒸氣礦物油或聯(lián)苯等低熔混合物、煙道氣等用電加熱冷卻劑：水、空氣、冷凍鹽水、液氨等冷卻溫度30C水加熱溫度180C飽和水蒸氣化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁(yè)!非穩(wěn)態(tài)傳熱

二、穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱

穩(wěn)態(tài)傳熱

式中 A──總傳熱面積，m2。化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第74頁(yè)!式中K──總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)或W/(m2·K)；Q──傳熱速率，W或J/s；A──總傳熱面積，m2；

tm──兩流體的平均溫差，℃或K?？倐鳠崴俾史匠蹋悍€(wěn)態(tài)傳熱：化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第75頁(yè)!不穩(wěn)定溫度場(chǎng)

穩(wěn)定溫度場(chǎng)

一維溫度場(chǎng)：若溫度場(chǎng)中溫度只沿著一個(gè)坐標(biāo)方向變化。一維溫度場(chǎng)的溫度分布表達(dá)式為：

t=f(x,τ)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第76頁(yè)!

注意：沿等溫面將無(wú)熱量傳遞，而沿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與等溫面的垂直方向?yàn)樽畲?。?duì)于一維溫度場(chǎng)，等溫面x及(x+Δx)的溫度分別為t(x,τ)及t(x+Δx,τ)，則兩等溫面之間的平均溫度變化率為：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?。t+tt-ttnQdA化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第77頁(yè)!熱導(dǎo)率

在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量=f(結(jié)構(gòu),組成,密度,溫度,壓力）金屬固體>非金屬固體>液體>氣體

表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第78頁(yè)!2.液體熱導(dǎo)率金屬液體較高，非金屬液體低；非金屬液體水的最大；水和甘油：t，其它液體：t，0.09～0.6W/(m·K)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第79頁(yè)!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)λ不隨溫度變化，視為常數(shù)；平壁的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。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)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第80頁(yè)!討論：

2．分析平壁內(nèi)的溫度分布上限由1．可表示為推動(dòng)力：熱阻：為化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第81頁(yè)!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λ1，λ2，λ3，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A，在穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程中，穿過(guò)各層的熱量必相等。2多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第82頁(yè)!同理，對(duì)具有n層的平壁，穿過(guò)各層熱量的一般公式為式中i為n層平壁的壁層序號(hào)?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第83頁(yè)!Qt2t1r1rr2drL設(shè)圓筒的內(nèi)半徑為r1，內(nèi)壁溫度為t1，外半徑為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(zhǎng)度為L(zhǎng)，則半徑為r處的傳熱面積為A=2πrL。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)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第84頁(yè)!討論：1．上式可以為寫(xiě)對(duì)數(shù)平均面積對(duì)數(shù)平均半徑化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第85頁(yè)!r1r2r3r4t1t2t3t4

對(duì)穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程，單位時(shí)間內(nèi)由多層壁所傳導(dǎo)的熱量，亦即經(jīng)過(guò)各單層壁所傳導(dǎo)的熱量。

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)λ1，λ2，λ3皆視為常數(shù)；層與層之間接觸良好，相互接觸的表面溫度相等，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)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第86頁(yè)!根據(jù)各層溫度差之和等于總溫度差的原則，整理上三式可得同理，對(duì)于n層圓筒壁，穿過(guò)各層熱量的一般公式為注：對(duì)于圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，通過(guò)各層的熱傳導(dǎo)速率都是相同的，但是熱通量卻不相等。化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第87頁(yè)!保溫層界面溫度t3解得t3=131.2℃

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第88頁(yè)!傳熱過(guò)程高溫流體湍流主體壁面兩側(cè)層流底層湍流主體低溫流體湍流主體對(duì)流傳熱溫度分布均勻?qū)恿鞯讓訉?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（thermalboundarylayer）：溫度邊界層。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。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層流底層傳熱方向?qū)α鱾鳠崾疽鈭D化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第89頁(yè)!

三、影響對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素1.引起流動(dòng)的原因自然對(duì)流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動(dòng)。強(qiáng)制對(duì)流：由于外力和壓差而引起的流動(dòng)。強(qiáng)>自

2.流體的物性

，，，cp

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第90頁(yè)!無(wú)相變時(shí)，影響對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素可用下式表示：八個(gè)物理量涉及四個(gè)基本因次：質(zhì)量M，長(zhǎng)度L，時(shí)間T，溫度θ。通過(guò)因次分析可得，在無(wú)相變時(shí)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為：即四、對(duì)流傳熱中的因次分析化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第91頁(yè)!

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(duì)流傳熱系數(shù)時(shí)，不能超出實(shí)驗(yàn)條件范圍。在應(yīng)用關(guān)聯(lián)式時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、應(yīng)用范圍2、特性尺寸無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)Nu、Re等中所包含的傳熱面尺寸稱(chēng)為特征尺寸。通常是選取對(duì)流體流動(dòng)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(duì)流傳熱過(guò)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(chēng)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(gè)無(wú)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。簡(jiǎn)化：強(qiáng)制對(duì)流Nu=f(Re,Pr)自然對(duì)流Nu=f(Pr,Gr)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第92頁(yè)!Nu=0.023Re0.8Pr1/3（μ/μw）0.14應(yīng)用范圍Re>10000，0.7<Pr<16700，L/di>60。特性尺寸取管內(nèi)徑定性溫度除μw取壁溫外，均為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。當(dāng)液體被加熱時(shí)（μ/μw）0.14=1.05當(dāng)液體被冷卻時(shí)（μ/μw）0.14=0.95

對(duì)于氣體，不論加熱或冷卻皆取1。1.1.2高粘度流體

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第93頁(yè)!Re=duρ/μ=(0.053×15×0.746)/(0.6×10-5)=2.28×104>104(湍流)Pr=cpμ/λ=(1.026×103×26.0×10-5)/0.03928=0.68W/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化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第94頁(yè)!

當(dāng)自然對(duì)流的影響不能忽略時(shí)，而自然對(duì)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(dòng)方向不同而異。對(duì)水平管，按下式計(jì)算應(yīng)用范圍：Re<2300；l/d>50；當(dāng)管子較短，l/d<50時(shí)，計(jì)算所得的α值應(yīng)校正。特性尺寸：取管內(nèi)徑di定性溫度：壁溫tw與流體進(jìn)、出口平均溫度的平均值tm，即膜溫。Δt=tw-tmNu=0.74Re0.2(GrPr)0.1Pr0.2化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第95頁(yè)!流體在彎管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于受離心力的作用，增大了流體的湍動(dòng)程度，使對(duì)流傳熱系數(shù)較直管內(nèi)大。式中α?——彎管中的對(duì)流傳熱系數(shù)，w/（m2?℃）

α——直管中的對(duì)流傳熱系數(shù)，w/（m2?℃）

R——彎管軸的彎曲半徑，m1.4流體在彎管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第96頁(yè)!2流體在管外強(qiáng)制對(duì)流

2.1流體在管束外強(qiáng)制垂直流動(dòng)——單管化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第97頁(yè)!加熱表面形狀特征尺寸GrPr

范圍cn水平圓管外徑d0104~1090.531/4109~10120.131/3垂直管或板高度L104~1090.591/4109~10120.101/3Nu=c（GrPr）n定性溫度:取膜的平均溫度，即壁面溫度和流體平均溫度的算術(shù)平均值。式中的c、n值見(jiàn)表3自然對(duì)流

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第98頁(yè)!滴>膜

冷凝過(guò)程的熱阻——冷凝液膜化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第99頁(yè)!1.2蒸汽在垂直管外（或垂直板上）冷凝qm——冷凝液量，kg/sM——冷凝負(fù)荷，kg/s.m化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第100頁(yè)!1.3影響因素和強(qiáng)化措施(1)液體物性，，

，r

(2)不凝氣體不凝氣體存在，導(dǎo)致，需定期排放。(3)蒸汽流速與流向（u>10m/s）同向時(shí)，t，；反向時(shí)，t，；u，(4)蒸汽過(guò)熱r’=r+cp(tv-ts)影響較小化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第101頁(yè)!

對(duì)液體對(duì)流加熱時(shí)，在液相內(nèi)部伴有由液相變成氣相的過(guò)程稱(chēng)為沸騰。工業(yè)上沸騰的方法有兩種：(1)管內(nèi)沸騰：液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受熱沸騰。(2)大溶積沸騰（池內(nèi)沸騰）：加熱壁面浸沒(méi)在液體中，液體在壁面受熱沸騰。沸騰傳熱的應(yīng)用：精餾塔的再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽鍋爐等。2液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)

2.1沸騰傳熱的特點(diǎn)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第102頁(yè)!2.2沸騰曲線1）自然對(duì)流階段t<5C2）核狀沸騰階段25C>t>5C3）不穩(wěn)定膜狀沸騰

250C>t>25C工業(yè)上：核狀沸騰4）穩(wěn)定膜狀沸騰優(yōu)點(diǎn)：大，tW小化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第103頁(yè)!（4）加熱面新的、潔凈的、粗糙的加熱面，大

（5）強(qiáng)化措施表面粗糙化：將表面腐蝕，燒結(jié)金屬粒；加表面活性劑（乙醇、丙酮等）化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第104頁(yè)!4.4傳熱過(guò)程計(jì)算dAt2G1，T1G2，t1T2化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第105頁(yè)!4.4.1總傳熱速率方程式中Q──傳熱速率，W；

tm──兩流體的平均溫度差，℃；A──傳熱面積，m2；K──總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)。化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第106頁(yè)!在傳熱過(guò)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(shí)溫度不同，但各點(diǎn)的溫度皆不隨時(shí)間而變化，即為穩(wěn)定的變溫傳熱過(guò)程。該過(guò)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(lái)加熱另一種在較低溫度下進(jìn)行沸騰的液體。(2)間壁兩側(cè)流體皆發(fā)生溫度變化，這時(shí)參與換熱的兩種流體沿著傳熱兩側(cè)流動(dòng)，其流動(dòng)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(dòng)方向大致可分為下列四種情況。(二）變溫傳熱

化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第107頁(yè)!T2T1t1t2T1T2t1t2圖兩側(cè)流體變溫時(shí)的溫度變化并流逆流錯(cuò)流折流12121212圖換熱器中流體流向示意圖化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第108頁(yè)!Q~T和Q~t為直線關(guān)系，即T=mQ+kt=m?Q+k?Δt=T-t=(m-m?)Q+(k-k?)溫度T1傳熱量QT2t1Δt1t2Δt20化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第109頁(yè)!式中Δtm稱(chēng)為對(duì)數(shù)平均溫差。當(dāng)Δt2/Δt1≤2時(shí)，可用（Δt2+Δt1）/2代替對(duì)數(shù)平均溫度差。注：（1）應(yīng)用上式求Δtm時(shí)，取換熱器兩端的Δt中數(shù)值大的為Δt2，小的為Δt1。（2）上式對(duì)并流也適用?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第110頁(yè)!逆流操作時(shí)，因Δt2/Δt1<2，則可用算術(shù)平均值℃由上例可知：當(dāng)流體進(jìn)、出口溫度已經(jīng)確定時(shí)，逆流操作的平均溫度差比并流時(shí)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，而且可以接生加熱介質(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(duì)輪流體的溫度有限制時(shí)才采用并流操作。注：流體流動(dòng)方向的選擇化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第111頁(yè)!2.載熱體消耗量t1t2T1T1T2并T2逆加熱任務(wù)：t1t2（T2并）min=t2（T2逆）min=t1逆流優(yōu)于并流?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第112頁(yè)!方法：先按純逆流的情況求得其對(duì)數(shù)平均溫度差Δtm逆，然后再乘以校正系數(shù)εΔt,即Δtm=εΔt·Δtm逆

校正系數(shù)εΔt與冷、熱兩種流體的溫度變化有關(guān)，是R和P的函數(shù)，即εΔt=f(R，P)式中R=(T1-T2)/(t2-t1)=熱流體的溫降/冷流體的溫升

P=(t2-t1)/(T1-t1)=冷流體的溫升/兩流體的最初溫差根據(jù)冷、熱流體進(jìn)、出口的溫度，依上式求出R和P值后，校正系數(shù)εΔt值可根據(jù)R和P兩參數(shù)從相應(yīng)的圖中查得。（2）錯(cuò)流和折流時(shí)的平均溫度差化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第113頁(yè)!管內(nèi)對(duì)流管外對(duì)流管壁熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)傳熱化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第114頁(yè)!K1——以外表面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)，W/(m2.K)dm——對(duì)數(shù)平均直徑，m以?xún)?nèi)表面為基準(zhǔn)：d1/d2<2可用算術(shù)平均值化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第115頁(yè)!（2）若污垢熱阻與壁阻可忽略時(shí)，有或若則當(dāng)1、2相差較大時(shí)：若則或應(yīng)提高較小，進(jìn)而提高K。當(dāng)1、2相差不大時(shí)，二者應(yīng)同時(shí)提高?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第116頁(yè)!例在一由?25×2.5mm鋼管構(gòu)成的廢熱鍋爐中，管內(nèi)通入高溫氣體，進(jìn)口500℃,出口400℃。管外為p=981kN/m2壓力（絕壓）的水沸騰。已知高溫氣體對(duì)流傳熱系數(shù)a1=250W/m2·℃，水沸騰的對(duì)流傳熱系數(shù)a2=10000W/m2·℃，鋼管λ=45W/m·℃

。忽略污垢熱阻。試求管內(nèi)壁平均溫度Tw及管外壁平均tw。解：(a)總傳熱系數(shù)以管子內(nèi)表面積S1為基準(zhǔn)化工原理第四章傳熱共137頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第117頁(yè)!管外壁溫度

℃

由此題計(jì)算結(jié)果可知：由于水沸騰對(duì)流傳熱系數(shù)很大，熱阻很小，則壁溫接近于水的溫度，即壁溫總是接近對(duì)流傳熱系數(shù)較大一側(cè)流體的溫度。又因管壁熱阻很小，所以管壁兩的溫度比較接近?；ぴ淼谒恼聜鳠峁?37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第118頁(yè)!二、操作型計(jì)算（1）已知：換熱器A，qm1、T1，qm2、t1

求：出口T2、t2（2）已知：換熱器A，qm1、T1，T2、t1求：qm2、

t2注意：列管式換熱器中流通面積傳熱面積化工原理第四章傳熱共1