最新化工原理-第五章-传热过程与传热设备
化工原理课后答案(中国石化出版社) 第5章 传热
第五章传热1.一立式加热炉炉墙由厚150mm的耐火材料构成，其导热系数为λ1＝1.3W/(m·K)，其内外表面温度为ll00℃及240℃，试求通过炉墙损失的热量(W/m2)；若外加一层25mm，λ2＝0.3W/(m·K)的绝热材料，并假定炉内壁温度仍为1100℃，而热损失降至原来的57％，求绝热层外壁温度及两层交界面处的温度。
解：q='q='=q解'=q解得：'2t=609.8℃2某加热炉炉墙由耐火砖、绝热层与普通砖组成，耐火砖里侧温度为900℃，普通砖外侧温度为50℃，各层厚度分别为：耐火砖140mm，绝热层(石棉灰)20mm，普通砖280mm；各层导热系数：λ1＝0.93W/(m·K)，λ2＝0.064W/(m·K)，λ3=0.7W/(m·K)。
(1)试求每m2炉墙的热损失；(2)若普通砖的最高耐热温度为600℃，本题条件下，是否适宜?解： （1）2332211419.9847.028.0064.002.093.014.050900m W b b b t t q =++-=++-=λλλ（2）2333439.9847.050m W t t t q =-=-=λ 解得：3t =444℃ 适宜3.用平板法测定某固体的导热系数，试件做成圆形薄板，直径d ＝120mm ，厚度为δ，与加热器的热表面及冷却器的冷表面直接接触。
所传递的热量(一维导热)0.96A ，电压为t 2＝30℃；由于安)，试求： (1)差。
2.67 W /(m·K)。
(2) 解：Q A =0113.0⨯λλA解得：))/((236.34K m W ⋅=δλ 不忽略空气缝隙的影响：08.580113.067.2101.01078.3101.030180323221141=⨯+⨯+⨯⨯-=++-=---λδλδλλA b A b t t Q解得：))/((778.37K m W ⋅=δλ 相对误差：%4.9%100778.37778.37236.34-=⨯-δδδ(2)如果计入辐射传热，导热速率Q 应减小，得出的导热系数应减小，所以上题的误差将减小。
化工原理 第五章 传热
对流传热 ?自然对流 ? ?强制对流
牛顿冷却定律： Q 牛顿冷却定律：
发生在 流体内部 流体 有宏观位移
= αA(t 1 ? t 2 )
对流传热系数或给 热系数， 热系数，W/m2?K 《化工原理》电子教案/第五章 化工原理》电子教案/
1
《化工原理》电子教案/目录 化工原理》
目录
第三节 对流传热
一、实验法求α 实验法求α 二、各种情形下的α经验式 各种情形下的α
（一）无相变 1、管内层流 2、管内湍流 3、管外强制对流 4、自然对流 （二）有相变 1、冷凝 2、沸腾
对流传热系数小结 α的数量级
t1 ? t 2 t1 ? t 2 Q= = ln r2 r1 (r2 ? r1 ) 2πLλ (r2 ? r1 ) ln r2 r1 2πLλ
r2 ? r1 令rm = 对数平均半径 对数平均半径 ln r2 r1 r2
当
三种平均的比较
t
r1
3
=
i
λ i Ami
总推动力 总热阻
教材更正： 教材更正：
b1
b2 b3
P141例5-4中每米管长的热损失计算式左边应 例 中每米管长的热损失计算式左边应 为Q，不应为 ，不应为Q/L，单位应为 ，不应为 ，单位应为W，不应为W/m。 。
推动力 Q = qA = 对每一层均有： 对每一层均有： 热阻
Q= t ?t t ?t t1 ? t 2 = 2 3 = 3 4 b1 λ1 A b2 λ2 A b3 λ3 A t1 ? t 4
t t2 t3 t4
t1
Q
和比定理
∑b
最新化工原理讲稿(上册)-应化第五章传热3
▪ 欲有效提高 K 值，应采取措施提高控制性热阻侧的α。
第五节 两流体间的传热计算
(二) 考虑污垢热阻的总传热系数
▪ 换热器在运行一段时间后，流体介质中的可沉积物会在换热表面上生成 垢层，有时换热面还会被流体腐蚀而形成垢层。 ▪ 垢层产生附加热阻，使总传热系数减小，传热速率显著下降。 ▪ 因垢层导热系数很小，即使厚度不大，垢层热阻也很大，往往会成为主 要热阻，必须给予足够重视。 ▪ 如管壁内、外侧的污垢热阻分别是Rsi和Rso，则总热阻为：
第五节 两流体间的传热计算
四、 总传热系数K
总传热系数 K 综合反映传热设备性能，流动状况和流体物
性对传热过程的影响。
物理意义：
Q K
A t m
表征间壁两侧流体传热过程的强弱程度。
K = f（流体物性、操作条件、换热器本身特性等）
第五节 两流体间的传热计算
㈠ 传热系数K 的确定方法
⒈选用经验数据
K x Ax
Q K x Ax T t m
－－传热速率方程式
第五节 两流体间的传热计算
Kx1Ax 1 iAi Amo1Ao
平壁：Ai=Am=Ao
Q = K·A·△tm
圆筒壁：Ai≠Am≠Ao
Q = Ki·Ai·△tm= Km·Am·△tm =Ko·Ao·△tm
第五节 两流体间的传热计算
传热速率方程式与牛顿冷却定律的比较
dA m
thT
热 Φ Tw
Φ
流
体
tw
冷 流
th,w
tc,w 体
tct
流体通过间壁的热交换
第五节 两流体间的传热计算
管外壁到冷流体的给热速率： d3 Q odoA (tw － t)
化工原理课件-5传热
或
t1 t2 t2 t3 t3 t4 Q b1 b2 b3 1S 2 S 3 S
31
二、多层平壁的一维稳态热传导
三层平壁稳态热传导速率方程 t1 t4 Q b3 b1 b2 1S 2 S 3 S 对n层平壁，其传热速率方程可表示为
b
(Tw t w ) dS m o (t w t )dS o
或
T Tw Tw t w tw t dQ 1 b 1
i dSi
dS m
o dS o
49
一、总传热速率微分方程
根据串联热阻叠加原理，可得
(T Tw ) (Tw t w ) (t w t ) T t dQ 1 b 1 1 b 1 i dSi dS m o dSo i dSi dS m o dS o
图5-7 多层圆筒壁的热传导
42
二、多层圆筒壁的稳态热传导
热传导速率可表示为
Q t1 t4 t1 t4 r3 r2 r4 r2 r1 r3 r2 r4 r3 1 1 1 ln ln ln 2 L1 r1 2 L2 r2 2 l 3 r3 1S m1 2 S m 2 3 S m3
动画22
图5-1 套管式换热器 1-内管 2-外管
20
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
图5-2 单程管壳式换热器 动画21 1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封头,6-管板 ,7-挡板,8-泄水池
21
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
间壁式换热器内冷、热流体间的传热过程包括以 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；
化工原理传热
化工原理传热
传热是化工工程中非常重要的一个环节。
它在诸多化工过程中起着至关重要的作用。
传热的目的是将热量从一个物体或介质传递到另一个物体或介质中，以实现热量的平衡。
常见的传热方式有传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子碰撞传递。
当两个物体的接触表面存在温度差异时，热量会从高温区域向低温区域传导。
传导的速率取决于物质的导热性能、温度差和物质的厚度及表面积。
对流是指热量通过介质的流动传递。
当液体或气体流经固体表面时，会带走固体表面的热量，然后将其释放到其他地方。
对流的速率取决于介质的流速、流动性质、热交换表面积和温度差。
辐射是指发射和吸收电磁辐射传递热量。
所有物体都会辐射热能，其强度与物体的温度和表面特性有关。
辐射的速率取决于温度差、辐射表面的特性和表面积。
在化工过程中，传热通常与反应、分离和加热等操作密切相关。
通过合理设计和优化传热设备，可以提高化工过程的效率和产量。
例如，在化工反应过程中，提供适当的传热方式和设备，可以加快反应速率和提高产品质量。
在化工分离过程中，通过传热可以实现不同组分的分离和纯化。
在加热过程中，传热设备可以提供所需的加热功率和温度控制。
综上所述，传热在化工工程中起着重要的作用。
通过合理选择和设计传热设备，可以提高化工过程的效率和产量，同时实现能量的合理利用。
化工原理-第五章-传热过程与传热设备.ppt
逆、并流：
tm
t2 t1 ln t2
t1
29
§5.5 传热效率和传热单元数
T1
T2
t
实际传热速率：
Q mhcph th1 th2 mccpc tc2 tc1
最大可能传热速率：
Q m a x 1 m h cp hth 1 tc 1 Q m a x 2 m c c p cth 1 tc 1
t2
套管式
换热器要解决的两大问题： 所需的冷流体（热流体）的量？ 传热面积？
热量衡算方程 传热速率方程 总传热系数和壁温的计算
5
§5.3.1 热量衡算方程
无相变时： QmhcphT1 T2 mccpc t2 t1
t1 T1
T2
t1
T T w tw
T2 t
t
冷凝液 T
t
T 1
t2
有相变时：Q m r
T1 T2 ln(T1 / T2 )
52
27
例2
t1 T1
T2 t
( 2 ) Q m s 1 c p 1 ( T 1 T 2 ) 0 . 5 3 ( 2 4 5 1 7 5 ) 1 0 5 k J / s = 1 0 5 0 0 0 W
A逆K( Q tm)逆1 10 00 5 00 60 915.2m 2
t1
间壁的导热
Q TW tW b
T
Am
冷流体侧的对流传热 QCA(tWt)
T w tw
t
T1
t2
4
§5.3
传热过程的基本方程
t1 T1
T2 t
已知换热任务：
mc, tC1 pc
1）把热流体（冷流体）从温度T1（t1）降温
化工原理讲稿-应化第五章传热3
第五节 两流体间的传热计算 三、传热速率方程式
① 热流体与壁面的对流传热； ② 管壁的导热； ③ 管壁与冷流体侧的对流传热。
第五节 两流体间的传热计算
在逆流套管换热器中取微元管 段dl进行分析：
热流体对管内壁的对流传热速率：
d1Q idi(A TT w )
管内壁至管外壁的导热速率：
dQ 2
总传热系数K W/(m2·K) 12~60 800~1800 350左右 280~850 12~35 1400~4700 30~300 60~350 290~870
第五节 两流体间的传热计算
⒉实验测定：
通过实验测定现有换热器的流体流量和温度，再由传热基本
方程计算 K 值：
Ko
Ao
Q tm
实验测定的 K 值较为可靠。实测 K 值的方法不仅是为了在 缺乏工业实验数据时提供设计依据，而且还可以借助实测的 K 值判断换热器的工作状况，从而寻求强化传热的措施。
K 1 o1 id d o i R sid d o i d do mR so 1 o K 1 i 1 iR sid d m i R so d d o i 1 od d o i
第五节 两流体间的传热计算
污垢热阻的大致数值
流体种类
水(u<1m/s, t<50℃) 海水 河水 井水 蒸馏水 锅炉给水 未处理的凉水塔用水 经处理的凉水塔用水 多泥沙的水 盐水
Rsi
ddoi
1 0.610-32.510325(0.510-31)25
5600
22.545
50 20
0.026426Km W1
K o3.7 78m W 2K 1
% K 'oK o3.7 83.5 7 30.67 % 5
化工原理5.1-5.2化工生产中的传热过程及传导传热
r1
d1
Q
2Lt
b
r2 r1 ln r2
2Lt
b
rm
r1
多层圆筒壁的传导传热：
Q
2Lt
1 ln d n1
n
dn
结
例题
5-1 若炉灶的炉壁顺序地由厚24cm耐火砖(=0.90 W.m-1. K-1)、12cm绝热砖(=0.20 W.m-1.K-1)和24cm建筑砖( = 0.63W.m-1.K-1)砌成,传热稳定后,耐火砖的内壁面温度为 940℃,建筑砖的外壁面温度为50 ℃.试求每秒钟每平方米 壁面因传导传热所散失的热量,并求各砖层交界面的温度.
对数平均值：rm (r2 r1 )
ln( r2 ) r1
Q
2Lt
b
r2 r1 ln r2
2Lt
b
rm
r1
r
r2 r1
Q
t1
t2
圆筒壁的传导传热
多层圆筒壁的传导传热：
Q
2L(t1 t4 )
1 ln r2 1 ln r3 1 ln r4
1 r1 2 r2 3 r3
显热(sensible heat) = 物质质量×比定压热容×温度变化
= m×cp×△t (无相变)
定态传热和非定态传热
定态传热(steady heat transfer)：传热面各点的温度不随
时间而改变。
均衡的连续操作
t t(x, y, z)
非定态传热(non-steady heat transfer)：传热面各点温度 随时间而变化。
热层,第一层是40mm厚的矿渣棉(=0.07 W.m-1.K-1),第二层
化工原理 第五章 传热
第一节概述一、传热过程在石油加工和石油化工中的应用传热就是热量传递过程。
因为石油加工和几乎所有的化工过程都是在一定的温度和压力下进行的，因此不论是原料、中间产品，还是产品.都要根据生产工艺要求，进行加热和冷却。
如原油在365℃左右进行常压蒸馏，重油在405℃左右进行减压蒸馏(其真空度为720mmHg左右)，经过蒸馏所得到的汽油、煤油、柴油等产品又要冷却到25～40℃左右；再如氮肥生产中，氮气与氢气的混合气体要在一定压力和500℃左右的高温才能在催化剂的作用下合成氨，而氨与未反应的氮气、氢气的分离，则需要经过冷却与冷凝把混合气中的氨以液体形式分离出来。
可见，传热过程在石油加工和化工过程中的应用十分广泛。
除了生产中原料和产品的加热和冷却外，还常常将生产中排出的高温气体或液体中的热量通过换热加以回收利用；再有一些高温设备和管道的保温以及低温设备和管道的隔热，目的是消弱和抑制热量的传递。
这些都是为了节约能源和维持操作稳定进行。
因此，传热过程在石油加工和化工生产中占有很重要的地位。
此外，人们日常生活也与传热过程密切相关。
化工中的传热过程，常常是在冷流体与热流体之间进行的。
冷、热流体有三种基本的接触方式：即直接混合式、间壁式及蓄热式二、工程上常用的换热方法1.混合式的换热混合式换热是冷、热两流体在直接接触和混合中进行的。
例如，乙醇水溶液的精馏塔，塔釜中液体可以采取间接蒸汽加热，也可采用直接蒸汽加热。
当采用直接蒸汽加热时，即把蒸汽直接通入釜内液体中，用蒸汽冷凝放出的热量来加热液体。
生产中常用的混合式换热器有凉水塔、湿式混合冷凝器等。
由此可见，混合式换热方法仅适用于无须回收的蒸汽冷凝，或其凝液不要求很纯的物料，允许冷热两种流体直接接触混合的场合。
混合式换热具有传热速度快、效率高、设备简单等优点。
2.蓄热式换热蓄热式换热器又称蓄热器，蓄热式换热就是在蓄热器中进行，如图5-2所示。
蓄热器内装有耐火砖之类的蓄热介质(填充物)。
化工原理(第五章传热)好
根据换热器总热量恒算式
T 1 T 2 Q W 1C p1 1
1 W 2C p 2
t 2 t1 Q
两式相减 m T 1 t 2 T 2 t 1 Q
T 1 t 2 T 2 t 1 Q KA
ln T 1 t 2 T 2 t1
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K称为传热系数 对于平壁，有
流体通过间壁的热量交换
Q = KA(T-t) = KA△T
对于圆筒壁，有
化 工 原 理 Q =2πl（T－ t）/( 1 a1d1 + b
λdm
+
1
a2d2
)
换热器标准规定，换热面积以管外径计算，故有 1 bd 1 d1 /( ) = KA1△T 2πd l （ T － t ） Q= 1 + + a1 λdm a2d2 1 bd1 d1 其中： K= 1/( ) + + a1 λdm a2d2 当管较薄或管径较大时，d1、d2、dm相差为大，为了简化 计算，可按平壁处理，面积以管外径计算，则有 1 b 1 A (T － t) /( ) = KA1△T Q= 1 + + a1 a2 λ 1 b 1 其中： K= 1/( ) + + a1 a2 λ
第五章 传 热
Chapter 5 Heat Transfer
第一节 概述(Introduction)
化 工 原 理 化工生产的传热问题 化工生产需要大规模地改变物质的化学性质和物理性质，而 这些性质的变化都涉及热能的传递。 化学反应：向反应器提供热量或从反应器移走热量； 蒸发、蒸馏、干燥：按一定的速率向这些设备输入热量；
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获取 K 的另外两种途径
化工原理第五章第一节讲稿共24页PPT资料
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3、间壁式换热
间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别在壁 的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。 传热过程可分为三步： •热流体将热量传给固体壁面（对流传热） •热量从壁的热侧传到冷侧（热传导） •热量从壁的冷侧面传给冷流体（对流传热） 壁的面积称为传热面，是间壁式换热器的基本尺寸。
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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
传热速率
传热温差（推动力） 热阻（阻力）
传热温差以△T表示，热阻通常以R表示
若在换热器封头内设置隔板，将管束的全部管子平均分隔 成若干组，流体每次只通过一组管子，然后折回进入另一组 管子，如此往复多次，最后从封头接管流出换热器。这种换 热器称为多管程列管式换热器。
2020/1/13
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谢谢！
xiexie!
1）绝大多数化学反应过程都要求在一定的温度下进行，为 了使物料达到并保持指定的温度，就要预先对物料进行加 热或冷却，并在过程中及时取出放出的热量或补充需要吸 收的热量。
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2）一些单元操作过程，例如蒸发、蒸馏、干燥等，需要按 一定的速率向设备输入或输出热量。 3）在高温或低温下操作的设备，要求保温，以减少它们和 外界传热。 4）对于废热也需合理的利用与回收。 2、化工生产中传热过程的两种情况 1）强化传热：各种换热设备中的传热。 2）削弱传热：如对设备和管道的保温，以减少热损失
化工原理(第五章传热第五节)
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流体在管束外横掠流动
化 工 原 理 由于各排的给热系数不同，则整个管束的平均给热系数应按 下式求出： a1A1+ a2A2 + a3A3 + … am = A1+A2 + A3 + … 式中：A1、A2、A3……分别为第一排，第二排，第三排…… 的传热面积； a1 、 a2 、 a3……分别为第一排，第二排，第三排…… 的传热系数。
d A2 π d 2dl d 2 = = d Am π d mdl d m
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1 = d2 ＋ b d2 ＋ 1 a2 a1 d1 λ dm K2
当间壁为平壁，或管壁很薄或管径较大时，dA1 、dA2 、dAm 和 dA 相等或近似相等，则： 1 = 1 ＋ b ＋ 1 a2 a1 λ K2
Q QR
Q A + QR + QD = Q Q A QR QD + + =1 Q Q Q
QA
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QD
A+ R + D =1
A、R 和 D 分别为物体吸收率、反射率和透过率。 单色吸收率、反射率和透过率
a(λ , T ) + r (λ , T ) + d (λ , T ) = 1
基本概念
化 工 原 理 黑体(绝对黑体)：能将辐射能全部吸收的物体，即 A=1, R=D=0。自然界中并不存在绝对黑体，例如没有光泽的黑墨 表面，其吸收率 A=0.96~0.98，定义黑体的目的是为了在计 算中确定一个比较的标准。 镜体(绝对白体)：能将辐射能全部反射的物体，即 R=1, A=D=0。自然界中也不存在绝对镜体，例如表面抛光的铜， 其反射率 R=0.97。 0.97 透热体：辐射能全部透过的物体，即D=1, A=R=0。例如对 称双原子气体 O2、N2、H2 等都是透热体。 灰体：能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体。灰 体也是理想物体，其特点为：吸收率 A 与波长无关；为不透 热体 (A+R=1)。工业上常见的固体材料均可视为灰体。
第5章 化工原理 传热学
(6)
总推动力 总热阻
(7)
推广至n层平壁，多层平壁的热传导速率方程式 t tn 1 t Q 1 bi R S 温差与热阻的关系： i
(8)
各层的温差与热阻成正比，温差越大，热阻越大。
5.2.4 圆筒壁的稳定热传导
（1）单层圆筒壁的稳定热传导
5.2 热传导
5.2.1 傅里叶定律 5.2.2 热导率 5.2.3 平壁的稳定热传导 5.2.4 圆筒壁的稳定热传导
5.2.1傅里叶定律
温度场
温度的分布状况。
等温面和等温线 温度梯度 沿等温面法线方向的温度的变化率。
gradt lim
熔盐加热系统是管道 化溶出的关键工序，管道 化溶出工艺中，氧化铝矿 浆加热过程全部在多套管 中完成。
氧化铝管道化溶出 alumina tube digestion
回转窑：有气体流动、燃料燃烧、热 量传递和物料运动等过程所组成的。 回转窑使燃料能充分燃烧，燃料燃 烧的热量能有效的传给物料，物料 接受热量后发生一系列的物理化学 变化，最后形成成品熟料。
推广至 n 层圆筒壁， 多层圆筒壁的热传导速率方程式
Q t1 t n / r ) i 2li i 1
(12)
多层圆筒壁热传导
5.3 两流体间的热量传递
5.3.1 两流体通过间壁传热的分析 5.3.2 传热速率和传热系数 5.3.3 传热温差和热量衡算 5.3.4 复杂流向时的平均温差
q
dQ dA
(1)
传热速率=传热推动力(温度差) /传热热阻
（4）稳态传热和非稳态传热
稳态传热
物理量不随时间而变
Q, q, T f ( x, y, z )
化工原理课件--传热单元操作与设备
对流传热：流体与固体壁面间的热量传递过程。
自然对流：由于温度不同导致密度差异 而引起的移动；
方式 强制对流：由于外力引起的移动；
3、热辐射 传热机理：通过发射电磁波的形式向外辐射能量； 特 点：传热过程不需要介质； 注：实际传热过程中三种方式结合进行。
三、工业换热器的类型
◆换热器：用于热量交换的设备。
2、对流传热膜系数总准数关联式 （1）无相变化时，对流传热系数的特征关联式
（2）通过 量纲分f 析的u 无, 量l 纲,数为, ： ,,c p ,g t
努塞尔准数 雷诺数 普兰特准数 格拉斯霍夫准数
lAlu ac pfl3 2g 2th
3、流体无相变化时的对流传热系数关联式 （1）圆形直管内强制对流
(1)灰体：对各种波长具有相同吸收率的理想化物体。 A=ε
(2)辐射能： 二、两固体间的热辐射
EA E 0
总辐射系数，W/(m2.K4) 角系数 （见P165表4-11）
Q12 C12A1T10041T2004
三、辐射对流联合传热
1、对流传热：
Q Ca C A W T W T
辐射传热：
统一形式： 壁面散失的总热量为：
K
Q S
Ktm
第三节 传热速率与热负荷 一、热负荷：生产要求换热器单位时间
传递的热量。
二、热负荷与传热速率 传热速率：换热器单位时间传递的热量，是换
热器的生产能力。
热负荷：生产要求换热器单位时间传递的 热量，是生产任务。
生产上，为保证完成任务，要求换热器的传热速率大于或等于热负荷。
三、热量衡算与热负荷的确定
W/m2; σ0-辐射常数， σ0=5.67×10-8 W/(m2.K4)。
化工原理课件第五章 传热
温度场的通式
温度场的通式：
t f x, y, z,
式中： t —— 某点的温度，k；
X，y，z —— 这点的空间坐标；
θ —— 时间，s。
若在稳定温度场中， 表示式为：
t f x, y, z
稳定温度场和不稳定温度场
（1）不稳定温度场 —— 温度随时间而改变 的温度场，称为：不稳定温度场 。
称为：传热速率，用Q表示，单位：J/s， 即w（瓦）。
（三）辐射
1、辐射——是一种以电磁波传递能量的现象。 物体可以由不同原因发出辐射能。
2、热辐射——物体因热而发出辐射能的过程， 称为：热辐射radiation。
3、 只要物体的绝对温度大于 0K，便会不停地 将热量以电磁波的形式传递出去，同时也不断 地将其他物体辐射来的能量转为热量。辐射与 吸收能 量的差额转变为低温物体的热量。但 是，只有物体具有较高温度时， 辐射才为主 要形式。
传热面上不同局部面积的热通量可以不同。
3、热流量Q与热通量q的关系
式中：
q dQ dA
Q——热流量，单位为：J/s，即w（瓦） 。
q——热通量（热流密度），单位为：J/(m2·s)，即 w/m2。
A——传热面积， m2 。
热流量Q与热通量q的关系
（1）热通量q基于微元面dA，热通量q可以 用于局部地区。
1、热源——电热、饱和水蒸汽、烟道气、高 温载体等。
2、冷源——冷却水、空气、冷却盐水等。 冷却水——河水、海水、井水等。
二、传热的三种基本方式
• 1、热传导（导热） • 2、对流 • 3、辐射
（一）热传导（简称：导热）
1、热传导——热量从物体内部温度较高
的部分传递到温度较低的部分或者传递到与 之接触的另一物体的过程，称为：热传导， 简称：导热conduction。
化工原理第五章传热(王晓敏)ppt课件
420
19.31 Wm1
0.0004 13.993 0.265
(b)界面温度
t1 t2 R 1 0 .0004 2 3 .0 9 1 4 0 t1 t4 R0 .00 0 1 .9 4 3 0 .3 29 65
tt1 1 tt4 25 50 0 8 t20 0 0 2 .0 1 4 0 t2 4.9 9 C 9
13
第二节 热传导
一、傅立叶定律 1. 温度场和等温面 • 温度场：物体或空间各点温度的分布；
非稳态温度场： tf(x ,y ,z, )
稳态温度场： tf(x ,y ,z)
•等温面：温度相同的点组成的面，等温面彼此不相交。
2. 温度梯度
lim t t •温度梯度的方向垂直于等温 n0 n n 面，以温度增加方向为正。
ll0(1t)
2. 液体的导热系数
• 水的λ最大；
• 多数液体（除水和甘油）的λ随温度升高略有减小；
• 纯液体的λ比溶液大；
3. 气体的导热系数
• 气体的λ很小，有利于保温；气体的λ随温度升高而增大；
• 一般情况下，气体的λ与压力无关； 导热系数大致范围：
金属：2.3~420 W/m.K； 建筑材料： 0.25~3 W/m.K；
解：此题为单层圆筒壁的热传导问题。
已知条件：
蒸汽导管外表面的半径 r2＝0.426/2＝0.213m
温度 t2＝177℃
保温层的外表面的半径 r3＝0.213＋0.426＝0.639m
温度 t3＝38℃
由：
Q t2 t3 ln r3 r2
pp2t精 选l l版
27
可得每米管道的热损失为：
l3A
ppt精选版
dx
“化工原理”第5章_《传热》_复习题
“化工原理”第五章传热复习题一、填空题2.（2分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为___________________.当管内水的流速为0.5m/s 时,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kW/（m2.K）).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m/s时,此时传热系数α=_____________.6.（2分）实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________.7.（2分）热量传递的方式主要有三种:_____、_______、__________.16.（2分）对流传热中的努塞特准数式是＿＿＿＿＿＿, 它反映了＿＿____________。
17.（2分）对流体传热中普兰德准数式为＿＿＿＿＿＿＿, 它反映了＿___________＿＿＿＿＿＿＿＿。
20.（2分）用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量W1＿＿W2，所需传热面积A1＿＿＿A2。
21.（2分）列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于___________________，折流挡板的形状有____________________，____________________等。
22.（5分）在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管______；易结垢的流体走管______；高压流体走管______；有腐蚀性流体走管______；粘度大或流量小的流体走管______。
23.（2分）列管换热器的管程设计成多程是为了________________________；在壳程设置折流挡板是为了______________________________________。
25.. 当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变为原来的_________倍。
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§5.3.1 热量衡算方程
无相变时： QmhcphT1 T2 mccpc t2 t1
t1 T1
T2
t1
T T w tw
T2 t
t
冷凝液 T
t
T 1
t2
有相变时：Q mr
T T w tw
蒸汽
T
t
t
t1
§5.3.2 总传热速率方程
T1
T2
t
一、总传热速率方程
dQthtwhtwhtwCtwCtC
t1
t2
逆流
T2
t
t2
t1
0
A
逆流和并流流动时的传热速率
QKAt2 t1 lnt2
KAtm
t1
t1
§5.4 传热过程的平均温差 tm的计算T 1
T1 t
t1
以逆流流动为例推导对数平均温差的计算
t2
逆流
T2
dQKtdA
t
t2
t1
dQ m h c ph dT
dT dQ
m
1 hc
ph
dTt
化工原理-第五章-传热过程与传 热设备
§5.1 换热器的分类与型式
套管式
间壁式换热器 列管式
t1
夹 套 式
t1
T1
T2
T1
t2
套管式
t1 T1
T2 t
T2
t2
T1
列管式
T2
夹套式
§5.1 换热器的分类与型式
t1 T1
T2 t
列管式换热器 管程数：单管程、双管程、多管程 壳程数：单壳程、双壳程、多壳程
T2 t
关于污垢热阻
见附录十一
t1 T1
T2 t
计算K值时，污垢热阻一般可忽略不计
通常根据污垢层的厚度及其导热系数，估算污垢热阻。
传热面上有污垢存在时，热阻增大: 在相同传热面积时，传热速率下降。 在传热负荷相同时，所需传热面积增加。
§5.2.4 壁温的计算
热流体侧的壁温
twh
th
Q
hAh
冷流体侧的壁温
0.26～0.53 0.14
污垢热阻 米2·小时·℃/千卡 0.0001 0.0001 0.00024 0.00068 0.0003 0.0003 0.00068 0.00006 0.0001 0.00021 0.00031 0.00021 0.0012 0.0021 0.0003～0.00062 0.00016
bQ t wc t wh A m
Q tc c Ac
t1 T1
T2 t
T2
t1
T T w tw
t
T 1
t2
壁温的计算与讨论：
t1
T1
T2
QthtWhtWhtWCtWCtC
1
b
1
hAh
Am
CAC
t
1
th tWh h Ah C பைடு நூலகம்C
tWC tC
1
h Ah
C AC
1．一般换热器金属壁的大，即b/（Am）小，热阻小，tWh=tWC；
t1 T1
t1 T2 T2 T1
t2
单管程、单壳程
t1
T2
t2
双管程列管式
T1
t2
双管程、双壳程
t1
§5.2间壁式换热器的传热过程分析 T1
T2
t
三个串联传热环节：
热流体侧的对流传热 QhA(TTW) T2
t1
间壁的导热
Q TW tW b
T
Am
冷流体侧的对流传热 QCA(tWt)
T w tw
t
t1
T1
t1 T1
T2 t
T2
错流
折流
t2
列管式
错流、折流等其他流动方式的tm的计算
tmtm,逆
其中：
P
tC2 tC1 th1 tC1
冷流体的温升
两流体的最初温P2差 58图5-18
2 、 若 h C ： ， 则 t h t W ： t h W t C , c即 t W t h ：
3．如果两侧有污垢，还应考虑污垢热阻的影响。
Q thtWh tW htWC tW CtC
(1hR h)A 1h
b
A m
(1CR C)A 1C
§5.4 传热过程的平均温差 tm的计算
一．恒温差传热 T
1
b
1
thtC 1 b
1
总推动 总热阻
hdAh
thtC
dAm
CdAC hdAh dAm CdAC
T2
t1
1
KxdA
T
Tw
dA th
出
-------总传热速率方程 x，Ax
Q K x tdA =KA△tm
进
= tm
1
T1 K：总传热系数，W/m2K
KA
△tm：对数平均温差
tw
t
tc
t2
§5.3.2 总传热速率方程
T1
t2
§5.3
传热过程的基本方程
t1 T1
T2 t
已知换热任务：
mc, Cpc t1
1）把热流体（冷流体）从温度T1（t1）降温
T1
T2
（升温）到T2(t2）。 2）把质量为m的流体气化（或冷凝）
mh, Cph
t2
套管式
换热器要解决的两大问题： 所需的冷流体（热流体）的量？ 传热面积？
热量衡算方程 传热速率方程 总传热系数和壁温的计算
tm Tt
t
t
t1
T1
T2
t
QKAtm
二．逆流、并流流动时的传热 0
T
T1
t
t2
t1 0
T1
t1 0
并流 t
t
A0 T1
T2 t2 t2
A
0
A
T2 t
逆流 t
A
T2 t1 A
§5.4 传热过程的平均温差 tm的计算
t1 T1
t
逆流和并流流动时的对数平均温差tm
T1 t1
tm
t2 ln
t1 t2
水 (u< 1m/ s， t<5 0℃ )
水蒸气
液体
气体
流体
蒸馏水 海水
清净的河水 未处理的凉水塔用水 经处理的凉水塔用水
经处理的锅炉用水 硬水、井水
优质、不含油 劣质、不含油
往复机排出 处理过的盐水
有机物 燃料油
焦油 空气 溶剂蒸气
m2·K／kW 0.09 0.09 0.21 0.58 0.26 0.26 0.58 0.052 0.09 0.176 0.264 0.176 1.06 1.76
0
1
1
dA
A
B
dQ m c c pc dt
dt
1
dQ
m c c pc
dQm ccpc m hcph
dt KtdA lnt2 BKA
B
t1
dQ dt B
t2
Q
dt BdQ
t1
0
t2 t1 B Q
tm
t2 ln
t1 t2
t1
§5.4 传热过程的平均温差 tm的计算
三、错流、折流等其他流动方式时的传热
K 1 O1 OR SO bA O m A A iA O i R SiA A O i
内侧污垢热阻 外侧污垢热阻
K 1i O A A iOR SO A A O i bA m iA 1i R Si
对于厚度为b的平壁 1 1b1
K0i Rs0Rsi
t1 T1
T2 t
t1
常用流体在传热表面形成的污垢热阻，大致范围如下：T 1
总传热速率方程： QKAtm
t1 T1
T2 t
1 KA
--称为总传热热阻
外表面为基准KO 1AOO 1AOA bmi1Ai
1 1 bA O AO
KO O Am iAi 1 1 b1
内表面基准 KiAi OAOAmiAi
1 Ai bA i 1
Ki OAO Am i
§5.3.2 总传热速率方程
二、污垢热阻