第四章-传热(第七次课)-new
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第四章 传热化工原理课件(包含所有考点)
r1 r0
t1
热传导热阻
令 dQ 0 dr0
对流传热热阻
t 2 tf
dQ 当r0 时， 0 dr0 故 Q 有极大值 dQ 当r0 时， 0 dr0 只有 r 时 ，增加保温层的厚度 0
才能使热损失减少
则 r0 ------临界半径 rc
15
4.2 热传导
假设：层与层之间接触良好，两个接触表面具有相 同的温度。
特点：通过每一层的 常数或q 常数 Q 推动力 热阻 三层平壁的热传导速率 方程式： Q qS t 2 t3 t3 t 4 t1 t 2 Q b1 λ1S b2 λ2 S b3 λ3 S t1 t 4
空气自 然对流 5~25 气体强 制对流 20~100 水自然 对流 20~1000 水强制对流 水蒸汽冷凝 有机蒸汽 冷凝 1000~15000 5000~15000 500~2000 水沸腾
2500~25000
24
4.3 对流传热概述
5、保温层的临界厚度
t1 t f 总推动力 Q ln r0 r1 1 总热阻 2L 2Lr0
Q
rc
r0
25
4.3 对流传热概述
6、对流传热机理
对流传热的温度分布情况图
26
4.3 对流传热概述
（一） 对流传热分析 1) 对流传热是借流体质点的移动和混合而完成的， 它和流体的流动状况密切相关。
2) 流体层流内层中的传热：流体流动过程中，由于 有层流内层的存在，在层流内层中流体是分层流动 的，相邻层间没有流体的宏观流动，因此在垂直于 流体流动方向上不存在热对流，该方向上的传热仅 为热传导，由于流体的导热系数较低，故该层的热 阻较大，即温度梯度较大。
t1
热传导热阻
令 dQ 0 dr0
对流传热热阻
t 2 tf
dQ 当r0 时， 0 dr0 故 Q 有极大值 dQ 当r0 时， 0 dr0 只有 r 时 ，增加保温层的厚度 0
才能使热损失减少
则 r0 ------临界半径 rc
15
4.2 热传导
假设：层与层之间接触良好，两个接触表面具有相 同的温度。
特点：通过每一层的 常数或q 常数 Q 推动力 热阻 三层平壁的热传导速率 方程式： Q qS t 2 t3 t3 t 4 t1 t 2 Q b1 λ1S b2 λ2 S b3 λ3 S t1 t 4
空气自 然对流 5~25 气体强 制对流 20~100 水自然 对流 20~1000 水强制对流 水蒸汽冷凝 有机蒸汽 冷凝 1000~15000 5000~15000 500~2000 水沸腾
2500~25000
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4.3 对流传热概述
5、保温层的临界厚度
t1 t f 总推动力 Q ln r0 r1 1 总热阻 2L 2Lr0
Q
rc
r0
25
4.3 对流传热概述
6、对流传热机理
对流传热的温度分布情况图
26
4.3 对流传热概述
（一） 对流传热分析 1) 对流传热是借流体质点的移动和混合而完成的， 它和流体的流动状况密切相关。
2) 流体层流内层中的传热：流体流动过程中，由于 有层流内层的存在，在层流内层中流体是分层流动 的，相邻层间没有流体的宏观流动，因此在垂直于 流体流动方向上不存在热对流，该方向上的传热仅 为热传导，由于流体的导热系数较低，故该层的热 阻较大，即温度梯度较大。
《化工原理》第4章 传热.ppt
由于在热流方向上Q、、A均为常量，故分离变量后积分，
得
t2 dt Q
dx
t1
A 0
t2
t1
Q A
Q A(t1 t2 )
Q t1 t2 t
/ A R
通常式（4-8）也可以表示为
q Q t1 t2
A /
（4-7） （4-8）
（4-9）
12
第4章 传热
2.多层平壁稳定热传导
5
第4章 传热
1.内管 2.外管 图4-l 套管换热器中的换热
6
第4章 传热
在换热器中，热量传递的快慢可用以下指标来表示。 （1）传热速率Q(又称热流量)：指单位时间内通过传热面的 热量，单位为W。传热速率是换热器本身在一定操作条件下 的换热能力，是换热器本身的特性。 （2）热负荷Q：指换热器中单位时间内冷、热流体间所交换 的热量，单位为W。热负荷是生产要求换热器应具有的换热 能力，设计换热器时通常将传热速率与热负荷在数值上视为 相等。 （3）热通量q（又称热流密度）：指单位时间内通过单位传 热面积所传递的热量，即单位传热面积的传热速率，单位为 W／㎡。
Q A dt
(4-4)
dx
2.导热系数
导热系数在数值上等于单位温度梯度下
通过单位导热面积所传导的热量。故导
热系数是表示物质导热能力大小的一个
参数，是物质的物性。越大，导热越快。
图4-2通过壁面的热传导
10
第4章 传热
4.2.2平壁的稳定热传导
1.单层平壁导热
设有一高度和宽度很大的平壁，
厚度为。假设平壁材料均匀，导
7
第4章 传热
4.1.4 传热速率式
化工生产中经常遇到加热或冷却的传热过程。单位时间内通 过换热器传递的热量与换热面积成正比，且与冷热流体之间 的平均温度差成正比。即有
传热学-第七章newppt课件
（2）特点：凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即可传到冷却壁面上。 当凝结液不能润湿壁面时，凝结液在壁面许多点上以—颗颗小液珠的形式依
附于壁面，在重力的作用下，液珠滚下并与相通的液珠汇合成较大的液滴， 在向下滚动的同时．扫清了沿途的液珠，让出无液珠的壁面供继续凝结．凝 结过程主要是直接在冷壁面上进行的，没有凝结液膜引起的附加热阻，因此 有较高的换热强度。实验表明珠状凝结的换热系数比膜状凝结要高5—10倍 以上。 虽然如此，但到目前为止．在工业冷凝器中还没能创造出持久地保持珠状凝 结的工作条件。珠状凝结的机理及保证产生珠状凝结的条件正在广泛地研究 中。 如果冷凝壁面水平放置，壁面迟早会被冷凝液覆盖；如果冷凝壁面是竖直安 放，液珠会逐步变大而沿着壁面向下滚动，使得冷凝壁面始终能与蒸汽直接 接触，保持良好的热交换性能。 在其它条件相同时，珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。
量外，层流底层之外以紊流传递为主，换热大为增强
竖壁紊流膜段的平均表面传热系数
C o875 508 PR r0.5c(eR0 c.7e525)3
对竖壁的紊流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数
计算式为：
hhl
xc l
ht
1
xc l
式中：hl 为层流段的传热系数； ht 为湍流段的传热系数；
xc 为层流转变为湍流时转折点的高度
u v 0 x y
Thermal boundary
x
layers
u(y)
（ l u u xv u y)lg p xl y2u 2
Velocity boundary
layers
ut vt x y
al
2t y2
下脚标 l 表示液相
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附于壁面，在重力的作用下，液珠滚下并与相通的液珠汇合成较大的液滴， 在向下滚动的同时．扫清了沿途的液珠，让出无液珠的壁面供继续凝结．凝 结过程主要是直接在冷壁面上进行的，没有凝结液膜引起的附加热阻，因此 有较高的换热强度。实验表明珠状凝结的换热系数比膜状凝结要高5—10倍 以上。 虽然如此，但到目前为止．在工业冷凝器中还没能创造出持久地保持珠状凝 结的工作条件。珠状凝结的机理及保证产生珠状凝结的条件正在广泛地研究 中。 如果冷凝壁面水平放置，壁面迟早会被冷凝液覆盖；如果冷凝壁面是竖直安 放，液珠会逐步变大而沿着壁面向下滚动，使得冷凝壁面始终能与蒸汽直接 接触，保持良好的热交换性能。 在其它条件相同时，珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。
量外，层流底层之外以紊流传递为主，换热大为增强
竖壁紊流膜段的平均表面传热系数
C o875 508 PR r0.5c(eR0 c.7e525)3
对竖壁的紊流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数
计算式为：
hhl
xc l
ht
1
xc l
式中：hl 为层流段的传热系数； ht 为湍流段的传热系数；
xc 为层流转变为湍流时转折点的高度
u v 0 x y
Thermal boundary
x
layers
u(y)
（ l u u xv u y)lg p xl y2u 2
Velocity boundary
layers
ut vt x y
al
2t y2
下脚标 l 表示液相
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第四章-传热
2020/11/18
传热速率方程式可以写成推动力与阻力的形式：
或：
Q
t 1
t R
KA
q Q t t A1 r K
R—总传热面的热阻，K/W； r—单位传热面积的热阻， (m2.K)/W
2020/11/18
只要有温差存在，就一定有热量传递，单位时间传 递的热量的多少，取决于热阻的大小
Tt
2020/11/18
2020/11/18
2、传热速率与热流密度
传热速率（热流量 ）Q ：单位时间内通过传热面的热量，单
位为w。
热流密度（热通量）q ：单位时间内通过单位传热面积的热量
。单位为w/m2 传热速率与热流密度的关系为
qQ A
传热速率
传热温差（推动力） 热阻（阻力）
2020/11/18
2020/11/18
三、间壁换热过程的剖析
1、间壁式换热器
1）换热器：进行换热的设备称为换热器。 2）间壁式换热：工业上，一般情况下不允许冷、热两种流 体直接接触进行热交换，要求用固体壁面隔开，冷、热流 体分别在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量 传递。 例：套管式换热器
套管式换热器是由两种直径大小不同的直管组成的同心管 ，一种流体在内管中流动，另一种流体在内、外两壁间的 环隙中流动，通过内管管壁进行热量交换。内管壁的表面 积即为传热面积。
3、热辐射
辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体由于热的原
因而产生Байду номын сангаас电磁波在空间的传递，称为热辐射。
辐射传热的特点是： （1）能量传递过程中有能量形式的转变 （2）任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能
4、传热设备的不同形式
在化工生产中使用的传热设备可以分为三类：
传热速率方程式可以写成推动力与阻力的形式：
或：
Q
t 1
t R
KA
q Q t t A1 r K
R—总传热面的热阻，K/W； r—单位传热面积的热阻， (m2.K)/W
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只要有温差存在，就一定有热量传递，单位时间传 递的热量的多少，取决于热阻的大小
Tt
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2020/11/18
2、传热速率与热流密度
传热速率（热流量 ）Q ：单位时间内通过传热面的热量，单
位为w。
热流密度（热通量）q ：单位时间内通过单位传热面积的热量
。单位为w/m2 传热速率与热流密度的关系为
qQ A
传热速率
传热温差（推动力） 热阻（阻力）
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2020/11/18
三、间壁换热过程的剖析
1、间壁式换热器
1）换热器：进行换热的设备称为换热器。 2）间壁式换热：工业上，一般情况下不允许冷、热两种流 体直接接触进行热交换，要求用固体壁面隔开，冷、热流 体分别在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量 传递。 例：套管式换热器
套管式换热器是由两种直径大小不同的直管组成的同心管 ，一种流体在内管中流动，另一种流体在内、外两壁间的 环隙中流动，通过内管管壁进行热量交换。内管壁的表面 积即为传热面积。
3、热辐射
辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体由于热的原
因而产生Байду номын сангаас电磁波在空间的传递，称为热辐射。
辐射传热的特点是： （1）能量传递过程中有能量形式的转变 （2）任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能
4、传热设备的不同形式
在化工生产中使用的传热设备可以分为三类：
化工原理第四章--传热
2021/6/7
5
三、两流体通过间壁换热
1、间壁式换热器
2、两流体通过间壁的传热过程
（1）热流体以对流方式将热量传递到间壁的一侧壁面
（2）热量从间壁的一侧壁面以导热方式传递到另一侧 壁面 （3）最后以对流方式将热量从壁面传给冷流体
2021/6/7
6
四、传热过程
（一）传热速率 可用两种方式表示：
（1）热流量Q：
圆管：d
非圆管：de 垂直管或板：L
（4）流体类型和相变情况
液体，气体，水蒸气； 牛顿型流体，非牛顿型流体；
有无相变化
2021/6/7
36
三、对流传热的特征数关系式
目的： 将影响α的众多因素组合为若干个无因次数群，
再用实验数据确定他们之间的关系，得到不同条件 下计算α的经验关联式。
f (u, l, , , , c p , gt )
2021/6/7
34
（2）流体的（物理）性质
对α影响较大的有： ρ、μ、cp、λ 、β。
确定这些物性的温度称作定性温度。
一般用流体主体的平均温度作为定性温度：
t t1 t2 2
t1——流体进口温度 t2——流体出口温度
2021/6/7
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（3）传热表面的几何因素
传热表面的形状，排列，放置方式，管径，管长， 板高等。其中对传热影响最大的因素称作特征尺寸，
du du
dy
dr
（此处的类似是指非同类过程之间的相似性）
2021/6/7
12
二、热导率
物质的物理性质之一
表征物质的导热能力， λ越大，导热性能越好。 影响因素： 物质种类、环境温度等
（1） 固体导热系数 λ的数量级（W/m·℃）：金属：10~102
化工原理 第四章 传热资料
n
t n
→温度梯度标量，亦称温度梯度。
传热－热传导
2. 傅立叶（Fourier）定律 傅立叶定律→即导热的基本定律，指通过等温表面的导热速率与温 度梯度及传热面积成正比。
dQ
t n
dS
dQ
t n
dS
F u S y
① 傅立叶定律 与牛顿黏性定律类似。 ② 。 ③ 热量传递过程与动量传递过程类似。
注意→气体很小，有利于保温、绝热，如玻璃棉。
传热－热传导
3. 平壁导热 ① 单层平壁
Q
dt dx
S
x 0，t t1；
x b，t t2；
t1 t2
单层平壁导热
假设→①稳态、一维导热。 ②λ不随温度变化。 ③不计热损失。
Q
S b
t1
t2
Q t t1 t2 R b
Rb
S
S
q
Q S
q dQ dS
因S有三种形式，计算q时须 注明选择的基准面积。
传递速率
推动力 阻力
传热速率＝传热推动力温度差
热阻
Q t ；q t
R
R'
R Q ；R Q
传热－基本概念
6. 稳态传热与非稳态传热 稳态传热→传热系统中不积累能量的传热过程，特点是温度分布不随 时间而变，Q Const 。非稳态传热→传热系统中温度分布随时间而变化 的传热过程。 连续生产中的传热多为稳态传热；间歇操作的换热和连续生产时设备 的开工和停工阶段为非稳态传热。
典型的导热方式→固体中的热传导
传热－基本概念
② 热对流 热对流→简称对流，指流体各部分之间发生相对位移引起的热传递。 对流仅发生在流体中，有自然对流和强制对流两种形式。 自然对流→流体各处温度不同而引起密度差异，轻者↑，重者↓，流体 质点发生相对位移。强制对流→因泵或搅拌所致的质点强制运动。 对流传热→亦称给热，指流体流过固体表面时发生热对流和热传导的 联合传热。特点是壁面处流体靠导热传热，主体区靠对流来传热。
t n
→温度梯度标量，亦称温度梯度。
传热－热传导
2. 傅立叶（Fourier）定律 傅立叶定律→即导热的基本定律，指通过等温表面的导热速率与温 度梯度及传热面积成正比。
dQ
t n
dS
dQ
t n
dS
F u S y
① 傅立叶定律 与牛顿黏性定律类似。 ② 。 ③ 热量传递过程与动量传递过程类似。
注意→气体很小，有利于保温、绝热，如玻璃棉。
传热－热传导
3. 平壁导热 ① 单层平壁
Q
dt dx
S
x 0，t t1；
x b，t t2；
t1 t2
单层平壁导热
假设→①稳态、一维导热。 ②λ不随温度变化。 ③不计热损失。
Q
S b
t1
t2
Q t t1 t2 R b
Rb
S
S
q
Q S
q dQ dS
因S有三种形式，计算q时须 注明选择的基准面积。
传递速率
推动力 阻力
传热速率＝传热推动力温度差
热阻
Q t ；q t
R
R'
R Q ；R Q
传热－基本概念
6. 稳态传热与非稳态传热 稳态传热→传热系统中不积累能量的传热过程，特点是温度分布不随 时间而变，Q Const 。非稳态传热→传热系统中温度分布随时间而变化 的传热过程。 连续生产中的传热多为稳态传热；间歇操作的换热和连续生产时设备 的开工和停工阶段为非稳态传热。
典型的导热方式→固体中的热传导
传热－基本概念
② 热对流 热对流→简称对流，指流体各部分之间发生相对位移引起的热传递。 对流仅发生在流体中，有自然对流和强制对流两种形式。 自然对流→流体各处温度不同而引起密度差异，轻者↑，重者↓，流体 质点发生相对位移。强制对流→因泵或搅拌所致的质点强制运动。 对流传热→亦称给热，指流体流过固体表面时发生热对流和热传导的 联合传热。特点是壁面处流体靠导热传热，主体区靠对流来传热。
化工原理课程课件PPT之第四章传热
t1 tn1
n
Ri
i 1
t1 tn1 n bi
i1 i S
各层的温 差分布？
多层平壁导热是一种串联的导热过程，串联导热过程
的推动力为各分过程温度差之和，即总温度差，总热阻为
各分过程热阻之和，也就是串联热阻叠加原则。
天津商业大学
本科生课程 化工原理
第四章 传热
16
3、接触热阻
若以R0′表示单位传热面的接触热阻，
通过两层平壁的热通量变为 ：
q t1 t3
b1
1
R0'
b2
2
影响因素：
接触材料的种类及硬度，
接触面的粗糙程度，
接触面的压紧力，
空隙内的流体性质。
接触热阻一般通过实验测定或凭经验估计
天津商业大学
本科生课程 化工原理
第四章 传热
17
§4.2.4 圆筒壁的稳定热传导
1、单层圆筒壁的热传导
仿照平壁热传导公
2
三、传热速率与热通量
传热速率（热流量 ）Q 单位时间内通过传热面的热量，单位为W。
热通量（又称为热流密度或传热速度）q 单位传热面积的传热速率，单位为W/m2 。
传热速率与热通量的关系为 q dQ dS
传热温差以△t 表示（℃），热阻以R或R′表示 （℃/W）或 （m2·℃/W）
天津商业大学
t2 b2
t2 R2
2S
3S
t3
t4 b3
t3 b3
t3 R3
3S
天津商业大学 本科生课程 化工原理
第四章 传热
假定条件
15
t1 QR1 , t2 QR2, t3 QR3
Q t1 t2 t3 R1 R2 R3
第四章-传热
2020/8/29
化原 第四章 传热
10
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二、热量传递的基本方式
（一）热传导
热传导又称导热，是借助物质的分子或原子振动 以及自由电子的热运动来传递热量的过程。当物 质内部在传热方向上无质点宏观迁移的前提下， 只要存在温度差，就必然发生热传导。可见热传 导不仅发生在固体中，同时也是流体内的一种传 热方式。
要求是纯粹的物料等，允许冷热两流体直接接 触混合的场合。
2020/8/29
化原 第四章 传热
15
2、间壁式换热器
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主要特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开， 在换热过程中，两种流体互不接触，热量由热 流体通过间壁传给冷流体。以达到换热的目的。
若相对运动是由外力作用引起的，则称为强制 对流。如传热过程因泵、风机、搅拌器等对流 体做功造成传热方向上质点块的宏观迁移。
若相对运动是由于流体内部各部分温度的不同 而产生密度的差异，使流体质点发生相对运动 的，则称为自然对流。
2020/8/29
化原 第四章 传热
12
（三）热辐射
2020/8/29
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热辐射是一种通过电磁波来 传递热量的方式。具体地说， 物体先将热能转变成辐射能， 以电磁波的形式在空中进行 传送，当遇到另一个能吸收 辐射能的物体时，即被其部 分或全部吸收并转变为热能， 从而实现传热。
根据赫尔－波尔兹曼定律： 凡温度高于绝对零度的物体 均具有将其本身的能量以电 磁波的方式辐射出去，同时 有接受电磁波的能力，且物 体的辐射能力大致与物体的 绝对温度的4次方成正比。
2020/8/29
化原 第四章 传热
5
一、传热过程的应用
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化工基础知识点(带答案)
化学工程基础—李德华编著（第三版）知识点汇总第一章 化学工业与化学工程掌握：1. 化工基础的主要研究内容是（三传一反）。
可以为一个空或四个空。
2. 化工生产过程可认为是由（化学反应过程）和（单元操作）所组成。
第7页。
3. 化工数据：我国法定计量单位是以（国际单位制）为基础的。
所有物理量都可以由（7）个基本单位导出。
会简单的换算。
了解：1. 化学与化工的区别和联系； 联系：化工以化学学科研究的成果为基础，化学通过化工来实现其研究价值。
区别：规模：“三传”（传动、传热、传质）对反应的影响；实现原料预处理和产物的后处理涉及了“单元操作”；经济性；安全性；环保；等等工程问题。
2. 化工过程开发的主要研究方法有哪些？ 逐级经验放大法；数学模型放大法第二章 流体流动过程第一节 概述 知识点： 1. 流体是什么？流体是气体与液体的总称。
2. 流体具有哪些性质？ 具有压缩性；无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动第二节 流体静力学基本方程式 知识点： 1. 概念：密度，比体积，重点是压力垂直作用在单位面积上的力称为压强，习惯上称之为压力，用符号p 表示。
2. 压力中需掌握单位换算，以及绝对压力、真空度、表压、当地大气压之间的关系。
atm 1（标准大气压）O mH mmHg Pa 2533.1076010013.1==⨯=3.流体静力学方程式及适用条件，19页2-9。
（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；4.静力学方程在U形管上的压力测量。
重点是会选取等压面，等压面选取的条件是（静止的，连通的，同一种流体的同一水平面）。
第三节流体流动的基本方程式1.体积流量，质量流量，体积平均流速及它们之前的关系，并会简单的单位换算。
掌握公式22页的2-15,2-16。
2.定态流动时的连续性方程，即为质量流量为常数。
23页的2-20。
3.背过实际流体的伯努利方程，并理解每一项的物理意义。
《第四章传热》PPT课件
gradt dt dx
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
传热基本原理课件
《传热基本原理》PPT课件
34
多层(n层)圆筒炉墙的导热热流量
如果圆筒炉墙各层的内外高度不等，则热流 量用下式计算
《传热基本原理》PPT课件
35
式中，si/（λiFi）为第i层圆筒炉墙的 热阻，其计算方法与单层圆筒炉墙相同。 由此可见，和多层平壁炉墙一样，多层圆 筒炉墙的总热阻等于各层炉墙热阻之和。
异。
《传热基本原理》PPT课件
10
在实际计算中，为简化计算过程，一般取物 体算术平均温度下的热导率代表物体热导率的平 均值。
均0b均 t
式中 t均 —平均温度（℃），
t均＝t1
2
t
2
《传热基本原理》PPT课件
11
三、平壁炉墙上的导热 1、单层平壁炉墙的稳定导热 设单层平壁炉墙(图1-1)，其壁厚为s，材料 的热导率λ不随温度变化，表面温度分别为t1和 t2(t1＞t2)，并保持恒定。若平壁面积是厚度的 8∼10倍时，可忽略端面导热的影响，误差小于1 ％。平壁温度只沿垂直于壁面x轴方向变化，所 以它是单向稳定态导热问题。
影响对流换热的因素很多，如：流体流动的 动力；流体的流动状态；流体的物理性质；流体 与固体接触表面的几何形状、大小、放置位置； 粗糙程度以及固体表面与流体的温度等。
《传热基本原理》PPT课件
39
1、流体流动的动力 按流体流动动力的来源不同，流体流动可分为 自然流动和强制流动(或强迫流动)。 ⑴自然流动 由于流体内存在温度差，造成流体 内各部分密度不同而引起的流动。所进行的换热称 为自然对流换热，是流体和温度不同的固体表面接 触的结果，流动速度与流体性质、固体表面的位置 等因素有关。传热强度主要取决于温度差。
《传热基本原理》PPT课件
传热的基本原理和规律课件
导热系数
总结词
导热系数是描述介质导热性能的物理量。
详细描述
导热系数定义为单位时间内，通过单等条件。导热系数越大，介质的导热性能越好。常见的物 质导热系数从大到小排列为：铜、铝、铁、玻璃、木材等。
稳态导热
总结词
稳态导热是指介质中的温度分布不随时间变化的传热过程。
传热的基本原理 和规律课件
contents
目录
• 传热的基本概念 • 热传导原理 • 对流换热原理 • 辐射换热原理 • 传热规律的应用
01
CATALOGUE
传热的基本概念
传热定义
传热定义
传热是指热量从高温物体传递到 低温物体，或从一个物体的高温
部分传递到低温部分的过程。
传热分类
根据传热机理，传热可分为热传导、 热对流和热辐射三种基本类型。
热性能的参数。
辐射
辐射是指热量通过电磁波传递的 过程。辐射换热系数是表征物体 之间通过辐射进行热量传递的性
能参数。
传热过 程
热量平衡
在传热过程中，热量从高温物体 传递到低温物体，最终达到温度 平衡状态。
传热速率
传热速率受到多种因素的影响， 如物体的物理性质、传热方式、 温度差等。
02
CATALOGUE
详细描述
在稳态导热过程中，介质内部没有热量积累，热量传递速率与热量生成或损失 速率相等。此时，介质内部的温度分布只与位置有关，而与时间无关。常见的 稳态导热现象包括物体的散热、地温梯度的形成等。
03
CATALOGUE
对流换热原理
对流换热定义
对流换热是指流体与固体壁面直接接 触时，由于温度差的存在而发生的热 量传递过程。
传热规律的应用
工业传热
化工原理第四章传热-PPT课件
L
根据傅立叶定律，对此薄圆筒层可写出传导的热量为
dt dt Q A 2 rL dr dr
边界条件 得：
r 2 r 1
r r 时 ， t t 1 1
t2 t 1
r r 时 ， t t 2 2
d r r l d t Q 2
2 l ( t t2) 2 l ( t t2) 1 1 Q r 1 r 2 2 l n l n r r 1 1
热对流(convection);
热辐射(radiation)。
1、热传导 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果
固体 导电体：自由电子在晶格间的运动
非导电体：通过晶格结构的振动实现
液体 机理复杂
特点：静止介质中的传热，没有物质的宏观位移
2、热对流
流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热 对流。热对流仅发生在流体中。
的x轴方向变化，故等温面皆为垂 直于x轴的平行平面。
平壁侧面的温度t1及t2恒定。Fra biblioteko b
x
取dx的薄层，作热量衡算：
傅立叶定律： 边界条件为：
dt Q A dx
x 0 时 ， t t 1
得：
x b 时， t t 2
b
0
Q d x
t2
t1
A d t
t1 t2 Q A (t1 t2) 不随t而变 b b 式中 Q ── 热流量或传热速率，W或J/s； A
4.2 热传导
一、 傅立叶定律
1 温度场和温度梯度 温度场(temperature field)：某一瞬间空间中各点的温度
分布，称为温度场.
物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即
第四章 传热-119页精选文档
变化， (2) A=2rl (3) (2) 一维温度场，
t沿r变化。
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21
在半径r处取dr同心薄层圆筒
QAdt 2rldt
dr
dr
积分
r2Qdr t22rldt
r1
t1
Q 2l(t1 t2 )
ln r2 r1
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22
讨论：
Q t1 t2 t1 t2
l nr2 2 l R
热阻
r1
ln r2 R r1 r2 r1
2l r2 r1
b Am
令
rm
r2 r1 ln r2
——对数平均半径
Am
r1
2rml
A2 A1 ln A2
——对数平均面积
br2 r1
A1
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3
三、两流体通过间壁换热过程 （一）间壁式换热器
热流体T1
t2
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夹套式换热器
冷流体t1 T2
4
（二）传热速率与热流密度
传热速率Q（热流量）：单位时间内通过换热器的 整个传热面传递的热量，单位 J/s或W。 热流密度q （热通量） ：单位时间内通过单位传 热面积传递的热量，单位 J/(s. m2)或W/m2。
x
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18
Qt1t2 t2 t3 t3 t4
b1
b2
b3
1A 2A 3A
t1t2t3 b1 b2 b3
t1R t4i 总 总推 热动 阻力
1A 2A 3A
各层的温差
t1 t2 :t2 t3 :t3 t4 b 1 1 A :b 2 2 A :b 3 3 A R 1:R 2:R 3
t沿r变化。
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在半径r处取dr同心薄层圆筒
QAdt 2rldt
dr
dr
积分
r2Qdr t22rldt
r1
t1
Q 2l(t1 t2 )
ln r2 r1
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讨论：
Q t1 t2 t1 t2
l nr2 2 l R
热阻
r1
ln r2 R r1 r2 r1
2l r2 r1
b Am
令
rm
r2 r1 ln r2
——对数平均半径
Am
r1
2rml
A2 A1 ln A2
——对数平均面积
br2 r1
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三、两流体通过间壁换热过程 （一）间壁式换热器
热流体T1
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夹套式换热器
冷流体t1 T2
4
（二）传热速率与热流密度
传热速率Q（热流量）：单位时间内通过换热器的 整个传热面传递的热量，单位 J/s或W。 热流密度q （热通量） ：单位时间内通过单位传 热面积传递的热量，单位 J/(s. m2)或W/m2。
x
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Qt1t2 t2 t3 t3 t4
b1
b2
b3
1A 2A 3A
t1t2t3 b1 b2 b3
t1R t4i 总 总推 热动 阻力
1A 2A 3A
各层的温差
t1 t2 :t2 t3 :t3 t4 b 1 1 A :b 2 2 A :b 3 3 A R 1:R 2:R 3
第4章传热-PPT精品
列管式换热器
2、间壁式换热和间壁式换热器
主要特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开， 在换热过程中，两种流体互不接触，热量由热流 体通过间壁传给冷流体。
设备：列管式换热器、套管式换热器。 适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
2、间壁式换热和间壁式换热器
冷、热流体通过间壁两侧的传热过程包括以下三个步骤： （1）热流体以对流方式将热量传递给管壁； （2）热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另一侧； （3）传递至另一侧的热量又以对流方式传递给冷流体。
三、平壁的稳态热传导
1、单层平壁热传导
由傅立叶定律：
Q A dt
dx
Q
分离变量后积分，可得导热速率方程为：
t1
Q b A(t1 t2)
t2
Q
(t1
t2) b
t R
传热推 热阻
动
力
b
A
上式也可写为：
Q
q
A
b(t1
t2)
式中q为单位面积的导热速率，称为热流密度，单位为W/m2。
适用范围：使用不多，常用于高温气体热量的回 收或冷却。
四、 稳态传热和非稳态传热
稳态传热：传热系统中各点的温度仅随位置的变化而变化， 不随时间变化而变化。 特点：在同一热流方向上的传热速率为常量。
非稳态传热：传热系统中各点的温度不仅随位置不同而不 同，而且随时间发生变化。 连续生产过程中所进行的传热多为稳态传热。 在间歇操作的换热设备中或连续操作的换热设备处于开、 停车阶段以及改变操作条件时所进行的传热，都属于非稳 态传热。
2、多层平壁的热传导
在稳定传热时，通过串联平壁的导热速率
都是相等的。
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由此可知， 由此可知，壁温总是比较接近热阻小 的那一侧流体的温度。 的那一侧流体的温度。
流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过， 流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过，温度 2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过 由150℃降至80℃；壳程冷却用水，进口温度为15℃，出口温 150℃降至80℃；壳程冷却用水，进口温度为15℃， 降至80℃ 15℃ 度为65℃，与气体作逆流流动，两者均处于湍流。 度为65℃，与气体作逆流流动，两者均处于湍流。已知气体 65℃ 侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数， 侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数，管 壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计， 壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计，气体平均比热为 1.02kJ/kg·℃，水的比热为4.17kJ/kg ℃，不计温度变化对比 1.02kJ/kg ℃ 水的比热为4.17kJ/kg·℃ 4.17kJ/kg 热的影响，试求：（1 冷却水用量；（2 热的影响，试求：（1）冷却水用量；（2）如冷却水进口温 ：（ ；（ 度上升为20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度， 度上升为20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时 20℃ 对数平均温差为多少？（3 此时的出口水温将为多少？（4 对数平均温差为多少？（3）此时的出口水温将为多少？（4） ？（ ？（ 此时的冷却水用量为多少？ 此时的冷却水用量为多少？
单程列管式换热器
单程列管式换热器
浮头式换热器
U型管式换热器
常用的热补偿的方法，主要有以下几种： 常用的热补偿的方法，主要有以下几种： 热补偿的方法
浮头补偿：换热器两端管板之一不固定在外壳上（此端称为 换热器两端管板之一不固定在外壳上（
浮头） 当管子受热或受冷时，连同浮头一起自由伸缩， 浮头 ） ， 当管子受热或受冷时 ， 连同浮头一起自由伸缩 ， 而 与外壳的膨胀无关。 与外壳的膨胀无关。
0 .8
三 列管式换热器在设计和选用时应考虑的问题
流体通道的选择 管程：1、不清洁和易结垢的流体。 管程： 不清洁和易结垢的流体。
2、腐蚀性流体 3、压力高的流体 4、有毒流体
壳程：1、饱和蒸气 壳程：
2、被冷却的流体 3、流量小或粘度大的流体 4、若两流体温差较大，h大的走壳程 若两流体温差较大，
缺点：操作压力和温度不太高、不易检修。 缺点：操作压力和温度不太高、不易检修。
平板式换热器 结构：由一组长方形的薄金属板平行排列， 结构 ： 由一组长方形的薄金属板平行排列 ， 夹紧组装于
支架上而构成。两相邻板片的边缘衬有垫片， 支架上而构成。两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后板 间形成密封流体通道， 间形成密封流体通道，板片通常压制成凹凸的波纹状
优点：传热系数大、结构紧凑、具有可拆结构。 优点：传热系数大、结构紧凑、具有可拆结构。 缺点：操作压力和温度不太高。 缺点：操作压力和温度不太高。
螺旋板式和平板式换热器均属高效、紧凑式换热器。 螺旋板式和平板式换热器均属高效、紧凑式换热器。一般都 高效 换热器 不能耐高温高压 不能耐高温高压。 耐高温高压。
壁温：（1 壁温：（1）管壁清洁无垢 ； ：（ （2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005 m 2 ⋅ °C / w 外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005
解：忽略管壁热阻，并假设壁温为 忽略管壁热阻，
Tw
1.当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得： 1.当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得： 当壁很薄时
流体流速的选择
在传热系数与流动阻力之间作经济上的权衡。 在传热系数与流动阻力之间作经济上的权衡。
冷却介质或加热介质终温的选择
在加热剂（或冷却剂）耗量与传热温差之间作经济上的权 在加热剂（或冷却剂） 衡。
管子的规格和排列方法 折流挡板 管程和壳程数 流体通过换热器的阻力损失
一、填空选择题
在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K 侧的对流传热系数， 接近于 侧的对流传热系数，而壁温接近于 侧 流体的温度值。 流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是 。间壁换热器中总传热 系数K 一侧的α 系数K的数值接近于热阻 （大、小）一侧的α值。间壁 换热器管壁温度tW接近于α tW接近于 换热器管壁温度tW接近于α值 （大、小）一侧的流体 温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中， 温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导 热系数愈小， ），其两侧 热系数愈小，则该壁面的热阻愈 （大、小），其两侧 的温差愈 （大、小）。 (3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中， (3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热 由多层等厚平壁构成的导热壁面中 系数愈大， ，其两侧的温差 系数愈大，则该壁面的热阻愈 愈 。
例 如当流体在圆形管内作强制湍流时
λ du ρ 0 .8 c p µ n h = 0 . 023 ( ) 于管径的影响； 流速对h的影响大于管径的影响； 大于管径的影响 流速加倍， 不会成倍增加，增加74%； 流速加倍，h不会成倍增加，增加74%； 74% 增加流速即增加湍动程度， 增加流速即增加湍动程度，其它能增加湍动程度的方法同样 增加湍动程度 可提高h 可提高h值，例如在管内加麻花或选用螺紋管。 例如在管内加麻花或选用螺紋管。 在管内加麻花或选用螺紋管
（6）＿B＿。 ）＿B （7）＿B＿。 ）＿B
计算题
有一换热器，管内通90℃的热流体， 有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数 90℃的热流体
α1
2 管外有某种液体沸腾，沸点为50℃ 50℃， 为1100 w / m ⋅ °C ，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，
膜系数
α2
为5800 w / m 2 ⋅ °C 。试求以下两种情况下的
注意事项
当用蒸汽加热时，蒸汽由上部接管进入夹套， 当用蒸汽加热时，蒸汽由上部接管进入夹套，冷凝水由下 部接管中排出；冷却时， 则冷却水由下部进入， 部接管中排出 ； 冷却时 ， 则冷却水由下部进入 ， 由上部流 出。 由于夹套内部清洗困难，一般用不易产生垢层的水蒸汽、 由于夹套内部清洗困难，一般用不易产生垢层的水蒸汽、 冷却水等作为载热体。 冷却水等作为载热体。
消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种， (4) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上 加 、 或 ；翅片管换热器安装翅片的目 。 的是 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好， (5) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知 b1>b2>b3，导热系数λ 在稳定传热过程中， b1>b2>b3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热 ，各层导热速率 。 阻 在蒸气—空气间壁换热过程中 为强化传热， 空气间壁换热过程中， （６） 在蒸气 空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中 在工程上可行。 的 在工程上可行。 A 提高蒸气流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸 在蒸气一侧管壁加装翅片， 气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积 （７）在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为50℃，现因某 在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为50℃， 50℃ 种原因，两者的温度各升高100℃ 100℃， 种原因，两者的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的 辐射传热量相比， 辐射传热量相比，应该 。 A 减小 B 增大 C 不变
补偿圈补偿 ： 在外壳上焊上一个补偿圈 。 当外壳和管子热 在外壳上焊上一个补偿圈。
胀冷缩时，补偿圈发生弹性形变，达到补偿的目的。 胀冷缩时，补偿圈发生弹性形变，达到补偿的目的。
U形管补偿：将管子两端都固定在同一管板上，每根管子可 将管子两端都固定在同一管板上，
以自由伸缩，与其他管子和外壳无关。 以自由伸缩，与其他管子和外壳无关。
换热器形式
结构特点
优点
关注点 当两流体温差较 大时，应考虑热 补偿 结构比较复杂， 造价较高
固定管板式 两端管板和壳体 结构简单、 制成一体 成本低 有一端管板不与 消除了热应 外壳连为一体， 力影响、易 可以沿轴向自由 清洗和检修 浮动 U型管式换热器 结构比浮头 每根管子都弯成 式简单、消 U型 除了热应力 的影响
T − Tw Tw − t = 1 1
α1
α
2
90 − T w T w − 50 = 1 1 1100 5800
则 2.同理 2.同理
Tw = 56.4°C
T − Tw Tw − t = 1 1 + R0
90 − Tw Tw − 50 = 1 1 + 0.005 1100 5800
α1
α2
则
Tw = 84°C
缺点：设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修困难。 缺点：设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修困难。
6.3 夹套式换热器 结构特点
容器外部装上一个夹套， 容器外部装上一个夹套，在夹套和器壁间形成密闭的空间 ，成为一种流体的通道。 成为一种流体的通道。
优点
该换热器结构简单，主要用于反应器的加热或冷却， 该换热器结构简单 ，主要用于反应器的加热或冷却， 适于 传热量不大的场合。 传热量不大的场合。
二、传热的强化
强化传热的目的：以最小的传热设备获得最大的生产能力。 强化传热的目的：以最小的传热设备获得最大的生产能力。 强化传热的途径： 强化传热的途径： 1、加大传热面积 、 替普通金属管。 替普通金属管。 加大传热面积可以增大传热量，但设备增 加大传热面积可以增大传热量，
投资和维费也随之增加。 大 ， 投资和维费也随之增加 。 可采用翅片或螺旋翅片管代
板翅式换热器
板翅式换热器的翅片形式
优点：结构高度紧凑、轻巧、单位体积设备所的传热 优点：结构高度紧凑、轻巧、
面能达到2500m 面能达到2500m2/m3。可在200℃至绝对零度范围内使用。 可在200 至绝对零度范围内使用。 200℃ 板翅式换热器允许操作压力也比较高，可达5MPa。 5MPa。 板翅式换热器允许操作压力也比较高，可达5MPa