最新化工原理-第五章-传热过程与传热设备
第五章 传热
t
T
t 间壁式
热流体 蓄热式
冷流体
T 直接接触式
间壁式换热器
t1 T1 t2
套 管 式 列 管 式 夹 套 式
T2
t1 T1 T2
套管式
T1 T2
t2
夹套式
列管式
2 稳态传热和不稳态传热
稳态传热：传热面各点的温度不随时间而改变。 (稳定传热)
不稳态传热： 传热面各点温度随时间而变化。如 (不稳定传热) 间歇操作。
例：内径为0.0254m，外径为0.0508m的厚壁不锈钢， 导热系数为21.63w/(mk)。外包厚度为0.0254m的石棉 层，其导热系数为0.2423w/(mk)管的内壁温度为 538℃，石棉层外表面温度为37.8℃，管长3.05m。求： 1）单位时间损失的热量；2）不锈钢管壁和石棉层接 触面上的温度。 解：此题为多层圆筒壁的热传导问题。 已知： λ1= 21.63w/(mk); λ2= 0.2423w/(mk) 直径: d1＝0.0254m; d2＝0.0508m; d3＝0.0508+0.0254×2=0.1016m 温度: t1＝538℃; t3＝37.8℃ 管长:L=3.05m
器壁间的传导传热
T1 T 2
Am
冷流体－器壁
' ' T T ' ' h2 A （ T T ) w 2 w 1 h2 A2
谭天恩化工原理PPT课件CH5传热及设备
2
《化工原理》电子教案/目录
目录
第四节 间壁式换热器的传热
一、换热器简介 二、间壁式换热器的传热过程分析 三、间壁式换热器的传热过程计算
1、总传热速率方程 2、Q的计算 3、 K的计算 4、tm的计算 5、传热单元数法
设 计 型
习题6、课壁温操的作计型算
3
《化工原理》电子教案/目录
10/141
三、一维平壁稳态热传导
2、无限大多层平壁一维稳态导热（无内热源）
特点：同单层平壁 此外，通过每一层的Q（或 q）都相同
对每一层均有：
Q
qA
推动力 热阻
t
t1
Q t1 t2 t2 t3 t3 t4 b1 1 A b2 2 A b3 3 A
和比定理
t1 t4
3
总推动力 总热阻
A
1
A
总推动力 总热阻
牛顿冷却定律：Q At4 t0
《化工原理》电子教案/第五章
Q
t0
t4
12/141
四、一维圆筒壁稳态热传导
1、无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热源） 特点：属一维导热，A常数， Q为常数， q常数
Q qA A dt 常数
dr
A 2rL
dt
Q
t
dr
2rL
t1
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，它涉及到许多工艺过程和设备的设计
与操作。在化工生产中，传热过程不仅影响着产品质量和生产效率，还直接关系到能源的利用效率和环境保护。因此，对于化工原理传热的深入理解和掌握，对于化工工程师来说至关重要。
传热的基本原理包括传热方式、传热系数、传热表达式等。传热方式主要包括
传导、对流和辐射三种方式。传导是指热量通过物质内部的传递，对流是指热量通过流体的对流传递，而辐射是指热量通过电磁波的辐射传递。传热系数是描述传热效果的物理量，它与传热介质的性质、流体状态、流体性质等因素有关。传热表达式则是用来描述传热过程的数学表达式，可以通过传热方程和传热系数来进行计算和分析。
在化工生产中，传热过程通常涉及到换热器、蒸发器、冷凝器等设备。换热器
是用来实现不同流体之间热量交换的设备，它包括了许多种类，如壳管式换热器、板式换热器等。蒸发器是将液态物质转化为气态物质的设备，它在化工生产中应用广泛。而冷凝器则是将气态物质转化为液态物质的设备，也是化工生产不可或缺的一部分。
在传热过程中，热传导、对流传热和辐射传热是相互作用的。热传导是传热过
程中最基本的方式，它在许多设备和工艺中都有重要的应用。对流传热则是流体在传热过程中的一种重要方式，它受到流体的流动状态、速度、流体性质等因素的影响。而辐射传热则是在高温条件下的一种重要传热方式，它在许多高温工艺和设备中都有重要的应用。
总的来说，化工原理传热是化工工程师必须要深入了解和掌握的一个重要内容。通过对传热的基本原理、传热设备和传热过程的深入研究，可以更好地指导化工生产实践，提高生产效率，降低能源消耗，保护环境，实现可持续发展。希望本文能为化工工程师提供一些有益的参考和帮助。
《传热学》资料第五章传热过程与传热器
《传热学》资料第五章传热过程与传热器
一、名词解释
1．传热过程:热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程.
2．复合传热:对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.
3．污垢系数:单位面积的污垢热阻.
4．肋化系数: 肋侧表面面积与光壁侧表面积之比.
5．顺流:两种流体平行流动且方向相同
6．逆流: 两种流体平行流动且方向相反
7．效能:换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比.
8．传热单元数:传热温差为1K时的热流量与热容量小的流体温度变化1K所吸收或放出的热流量之比.它反映了换热器的初投资和运行费用,是一个换热器的综合经济技术指标.
9．临界热绝缘直径:对应于最小总热阻(或最大传热量)的保温层外径.
二、填空题
1．与的综合过程称为复合传热。
(对流传热，辐射传热)
2．某燃煤电站过热器中，烟气向管壁传热的辐射传热系数为20 W／(m2．K)，对流传热系数为40 W／(m2．K)，其复合传热系数为。
(60W／(m2．K))
3．肋化系数是指与之比。
(加肋后的总换热面积,未加肋时的换热面积)
4．一传热过程的热流密度q＝1．8kW／m2，冷、热流体间的温差为30℃，则传热系数为，单位面积的总传热热阻为。
(60W／(m2．K)，0．017(m2.K)／W)
5．一传热过程的温压为20℃，热流量为lkW，则其热阻为。
(0．02K／W)
6．已知一厚为30mm的平壁，热流体侧的传热系数为100 W／(m2．K)，冷流体侧的传热系数为250W／(m2．K)，平壁材料的导热系数为0．2W／(m·K)，则该平壁传热过程的传热系数为。
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。
(化工原理实验)传热实验
冷却
生物加工过程中需要进行冷却 处理，传热实验可以为冷却实 验提供条件和数据分析。
反应器
生物化学反应需要进行加热或 冷却等处理，通过传热实验法， 可以对反应过程进行优化和改 进。
传热实验在制药工程中的应用
加热
在制药过程中，采用传热实验 法可以对制药反应温度、保证 药品纯度等方面进行优化。
冷却
制药反应过程中需要进行冷却 处理，通过传热实验法，可以 为冷却实验提供条件和数据分 析。
热导率
热导率是物质对热的传导能力的描述，是指 单位时间内，单位面积、单位温度差下，热 能流过物质的数量。
传热实验对工业生产的重要性
减少能源浪费
通过深入研究传热原理，优化设计，能更好地 利用能源，避免能源浪费。
提高生产质量和效率
传热实验能够为新工艺的开发提供理论支持， 增强生产质量。
传热实验在环境保护中的应用
常用传热设备及原理
导热油加热器
采用导热油为加热介质，进行 热能转移，广泛应用于工业生 产中。
热风炉
使用热风作为热能载体，将燃 料燃烧产生的热量转化为热风 形式，进行物料干燥或烘烤。
太阳能热水器
利用太阳能进行能量转换，将 阳光转化为热能，达到加热水 的目的。
换热器
将两个或多个流体进行换热的 设备，用于控制温差、维护热 平衡、降低能耗等。
石油化工生产中，传热实验可 以为换热器的设计和优化，控 制流体温度偏差，保证生产正 常运行。
“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a =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a = _______________ .
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__________________ 。
仃.（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100C冷却到40C,
冷却水初温为15 C，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 C,方案口是令冷却水终温为35C，贝U用水量W, _______________ W2，所需传热面积A, _______ A?。
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
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
《化工原理传热》课件
2. 对流过程
3. 辐射过程
由于物质宏观运动引起的热量传递。对流 换热速率受流体流动速度、流体性质、换 热表面形状和大小等因素影响。
通过电磁波辐射传递热量，不受物质直接 接触限制。辐射换热速率与物质发射率、 温度差和辐射波长等因素有关。
02
热传导
热传导基本概念
01
热传导是热量在物质内部由高温向低温方向传递的 过程。
传热过程强化措施
01
02
03
04
增加换热面积
采用翅片、波纹等结构增加换 热面积，提高换热效率。
提高流速
通过增加流体速度，增强流体 对流换热能力。
改变换热表面性质
采用粗糙表面、改变材料属性 等手段，增强换热表面的热传
导和辐射能力。
使用热管技术
利用热管的高效传热特性，实 现快速、均匀的热传递。
传热过程的优化与控制
该定律指出，热量总是沿着温 度降低的方向传递，且传递速
率与温度梯度成正比。
导热系数与热阻
01 导热系数是描述物质导热性能的参数，其 值取决于物质的种类、温度和压力。
02
导热系数越大，物质的导热性能越好；反 之，导热系数越小，导热性能越差。
03
热阻是阻碍热量传递的阻力，其值与导热 系数成反比。
04
了解导热系数和热阻对于传热过程的分析 和优化非常重要。
第5章 第1,2节 传热
2.液体的导热系数
液体可分为金属液体和非金属液体。
液态金属的导热系数比一般液体的要高。 大多数液态金属的导热系数随温度升高而降 低。 在非金属液体中，水的导热系数最大。 除水和甘油外，液体的导热系数随温度升高 略有减小。一般说来，纯液体的导热系数比 其溶液的要大。
3.气体的导热系数
气体的导热系数随温度升高而增大。 在相当大的压强范围内，气体的导热系数 随压强的变化可以忽略不计。只有在过高 或过低的压强（高于 2 ×105kPa或低于 3kPa）下才考虑压强的影响，此时随压强 增高导热系数增大。 气体的导热系数很小，对导热不利； 但是有利于保温、绝热。 举例：建筑节能材料中多孔材料的应 用
或冷却时，通常需要用另一种流体供给或 取走热量，此种流体称为载热体。
其中起加热作用的载热体称为加热剂 （或加热介质）；起冷却（或冷凝）作用 的载热体称为冷却剂（或冷却介质）。 为了提高传热过程的经济效益，必须 选择适当温位的载热体。
工业上常用的加热剂和冷却剂所适用的温 度范围如表4-1和表4-2所示。若所需的加热温 度很高，则需采用电加热。
第五章
主要学习内容：
传热学
第一节 概述
（1）传热基本方式及其特点：传导、对流、辐射 （2）冷热流体的热交换方式：直接接触式、蓄热 器式和间壁式热交换 （3）载热体的选择
学习重点：
（1）冷热流体的热交换方式及其特点与常用应用 范围
化工原理讲稿(中国石油大学)第五章 传热3
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
0.00026
0.00058 0.00026 0.0006 0.0004
气体
空气 压缩气体 天然气 焦炉气
第五节 两流体间的传热计算
【例题】
空气冷却器，冷却管为φ25×2.5mm的钢管，钢的导热系数λ=45W/(m· K)。空
气在管内流动。已知管外冷却水的对流传热系数为2800 W/(m2· K)，管内空气
K 'o' 70.70W m 2 K 1
K 'o' K o 70.70 37 .53 % 88 .38 % Ko 37 .53
第五节 两流体间的传热计算
(三) 壁温的计算
对一间壁式换热器，假设热流体走外侧：
Q αo Ao(T TW )
Q Tw T o Ao
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。
成熟的经验K值作
为设计依据。
第五节 两流体间的传热计算
化工原理(第五章传热第五节)
吉 首 大 学
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。
角系数φ 总辐射系数 C1-2
1 2
Aw1或Aw2 Aw 1 Aw 1 Aw 1 Aw 1
1 ＜1 1 1 1
1 1 C0 + − 1 ε1 ε 2
ε1ε 2C0 ε1C0
1 1 C0 + − 1 ε1 ε 2 1 A 1 C0 + 1 − 1 ε1 A2 ε 2
流体无相变的给热系数
化 工 原 理 流体在圆管内强制湍流 当Re＞10000，Pr=0.6~160，管长与管径比(l/d) ＞50，且 管壁温度与流体平均温度相差不大时，有经验公式：
Nu=0.023Re0.8Prn
吉 首 大 学
即：
ad = 0.023 ( duρ ) 0.8 Pr µ λ
n
当流体被加热时，n =0.4，当流体被冷却时，n = 0.3
吉 首 大 学
灰体的辐射能力
第5章 化工原理 传热学
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5.3.1 两流体通过间壁传热的分析
对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中， 与流体的流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共同作用的结果。 当流体被加热或冷去时，一般用另一种流体来 供给或取走热量。这另一种流体称为载热体； 1．加热剂：提供热量的载热体。热水、饱和蒸汽、矿物 油、联苯、熔盐、烟气等； 2．冷却剂：取走热量的载热体。冷水、空气、盐水、液 氨。或氟里昂、液氮。 套管换热器示意（逆流） 大多数情况下不允许传热的两种流体相互混合，因而需要用间壁将它们隔开，这种 传热设备称为热交换器（简称换热器） www.neu.edu.cn
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 www.neu.edu.cn
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。
回转窑
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（2）传热的三种基本方式
热的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同而引起的。
根据热力学第二定律，热量总是自动地从温度较高的物体传给温度较的物体；
化工原理课件--传热单元操作与设备
2、几点说明
（1）当传热面为平壁时：
S0 SmSi
11
1
R R （2）当忽略管壁热阻和污垢热阻时S0 ：
K0
Si i
（3）提高K的方法：设法减小起决定性作用的热阻。 （4）K值也可以选取经验数据或进行实验测定。
1 11
K 0 i
二、污垢热阻的影响 污垢热阻不可忽略，选用经验值。 三、强化传热途径 1、增大传热面积 2、增大传热温度差 3、增大传热系数
◆载热体：参与换热的两种流体。
热载热体（热流体）：加热剂（水蒸
载热体
汽）
冷载热体（冷流体）：冷却剂（水、冷
冻盐水、空气）
1、间壁式：冷热流体通过间壁传递热量； 特点：两种流体不直接混合，保持原状态；
2、混合式：冷热两种流体直接混合； 特点：传热速度快；
适用于：废热回收； 3、蓄热式 4、中间载热体式换热器：热管；
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
t
t 2、变温传热： m Tt
（1）一类：
化工原理课件第五章 传热
lim t t
n0 n n
温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以 温度增加的方向为正。如图5-1所示。偏倒数的 意义是指：只考虑法向上的温度差。
（二）傅立叶定律的表达式
傅立叶（Fourier）定律是传热导的基本定律。
傅立叶定律——导热通量q与温度梯度
因此：导热一般在固体、静止或滞流流体中 进行而不能在真空中进行。
（二）对流
1、对流heat convection——是指流体各部 分质点发生相对位移而引起的热量传递。
2、热对流又有两种形式：自然对流和强制对 流。
（1）自然对流：因温差引起流体流动； （2）强制对流：靠施加外力的办法强迫流体
流动，称为：强制对流。 3、传热速率——单位时间内所传递的热量，
第五章 传热
热量传递
• 热量传递heat transfer——简称：传热。
第一节 概述
一、传热在工业生产中的应用
（一）传热的应用
1、强化传热——在传热设备中,加热或冷却 物料,希望热量以所期望的速率进行传递,使 其达到指定温度。
2、削弱传热——对设备或管道进行保温，减 少热量损失。
（二）热源和冷源
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。
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，它涉及到许多工艺过
程中的能量转移和热平衡问题。在化工生产中，传热过程不仅影响
着产品的质量和产量，还直接关系到能源的利用效率和生产成本。
因此，对于化工原理传热的研究和应用具有重要的意义。
首先，我们来了解一下传热的基本原理。传热是指热量从高温
区传递到低温区的过程。在化工生产中，常见的传热方式包括传导、对流和辐射。传导是指热量通过物质内部的分子振动传递，对流是
指热量通过流体的流动传递，而辐射则是指热量通过电磁波辐射传递。这三种传热方式在化工过程中经常同时存在，相互作用，共同
影响着热量的传递效果。
在化工原理传热中，热传导是最基本的传热方式。热传导的速
率取决于传热介质的导热系数和温度梯度。导热系数越大，温度梯
度越大，传热速率就越快。在化工设备中，常见的传热设备包括换
热器、冷凝器、蒸发器等，它们利用传热原理实现了物料之间的热
量交换。通过合理设计传热设备的结构和选用合适的传热介质，可
以有效提高传热效率，降低能源消耗和生产成本。
除了传热设备的设计，传热过程中的传热表面也是影响传热效
果的重要因素。传热表面的形态和材质对传热速率有着直接的影响。通过增大传热表面积和改善传热表面的热传导性能，可以提高传热
效率，实现更高效的能量转移。
在化工生产中，传热过程还经常涉及相变热的问题。相变热是
指物质在相变过程中吸收或释放的热量。在化工原理传热中，常见
的相变热包括蒸发、冷凝、凝固和熔化等。通过合理控制相变热的
过程，可以实现对物料温度的精确控制，保证生产过程的稳定性和
产品质量。
化工原理5.3热交换的计算课件
r2 r’1 r1
Q L 3.67kW.m1 当1' 400 时 ' 当 2 20000 时 Q L 2.18kW.m1
可见：提高原来已经很大的这侧流体的传热膜系数，对 总传热的影响是不大的；而降低热阻大的这侧流体的热阻， 对传热速率的提高则是有意义的。
5.3 热交换(heat exchange)的计算
教学目的：
学习总传热方程及其推导，比较不同
传热形式，并计算各种换热方式的温 差，了解强化传热过程的途径。
重点难点：
总传热方程及传热温差的计算
课
型：
理论知识
第五章 传热过程及换热器
复
习
传导传热（heat conduction): Fourier heat equation
qm 20.2 1.10 3600 37.0kg h 1 2160
例5-5 在某以一定尺寸的套管换热器中，热流体与冷流 体并流换热。热流体由120℃降到70 ℃，冷流体由20 ℃ 到60 ℃。若换热器及有关条件（流体进口温度及流量等） 不变，将并流改为逆流，求冷、热流体排出温度。可设 传热系数、物料的比容及设备的热损失不变。 T1=120 ℃ T2=70 ℃ T1=120 ℃ T’2=？ t2=60 ℃ t1=20 ℃ t’2=？ t1=20 ℃
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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
§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
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
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
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 AC
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；
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Βιβλιοθήκη Baidu(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