化工原理 第五章 传热
化工原理.传热过程的计算
污垢热阻Rd的倒数称为污垢系数（dirty factor）
（6）平壁与薄管的总传热系数计算
d1 1 1 b d1 1 d1 Rd 1 Rd 2 K 1 dm d2 2 d2
当传热壁为平壁或薄壁管时，
A1 A2 Am
1 1 b 1 Rd 1 Rd 2 K 1 2
r ─热流体的汽化潜热，kJ/kg；
2.2 冷凝液出口温度T2低于饱和温度TS :
Q qm1 r c p1 Ts T2 qm2c p 2 t2 t1
TS ─热流体的饱和温度，℃。
二、传热平均温度差
1. 恒温传热
饱 和 蒸 汽 液
体
沸 腾 t
t T t t m
无热损失：Q qm1 H1 H 2 qm2 h2 h1
Q ─ 热流体放出或冷流体吸收的热量，W；
qm1,qm2 ─ 热冷流体的质量流量，kg/s；
h1,h2 ─ 冷流体的进出口焓，J/kg； H1,H2 ─ 热流体的进出口焓， J/kg 。
1.无相变，且Cp可视为常数
热量衡算式：
dQ3 2 dA2 (t w－t )
对于稳态传热
dQ dQ1 dQ2 dQ3
总推动 力
T Tw Tw t w tw t T t dQ 1 b 1 1 b 1 1dA1 dAm 2 dA2 1dA1 dAm 2 dA2
1 1 dm b 1 dm （4）以壁表面为基准： K m 1 d1 2 d 2
d1 2 近似用平壁计算 d2
（5）污垢热阻
d1 1 1 b d1 1 d1 Rd 1 Rd 2 K 1 dm d2 2 d2
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。
化工原理第五章传热过程计算与换热器
5.4 传热效率和传热单元数
• 当传热系数K和比热cpc为常数时，积分上式可得
• 式中NTUc（Number of Transfer Unit）称为对冷流体而言的传热单 元数，Dtm为换热器的对数平均温差。
• 同理，以热流体为基准的传热单元数可表 示
• 在换热器中，传热单元数定义 为
5.4 传热效率和传热单元数
• 2．由选定的换热器型式计算传热系数K；
• 3．由规定的冷、热流体进出口温度计算参数e、CR； • 4．由计算的e、CR值确定NTU。由选定的流动排布型
式查取e—NTU算图。可能需由e—NTU关系反复计算 NTU；
• 5．计算所需的传热面积
。
5.5 换热器计算的设计型和操作型问题
• 例5-2 一列管式换热器中，苯在换热器的管内 流动，流量为1.25 kg/s，由80℃冷却至30℃； 冷却水在管间与苯呈逆流流动，冷却水进口温 度为20℃，出口温度不超过50℃。若已知换热 器的传热系数为470 W/（m2·℃），苯的平均 比热为1900 J/（kg·℃）。若忽略换热器的散 热损失，试分别采用对数平均温差法和传热效 率—传热单元数法计算所需要的传热面积。
• 如图5-4所示，按照冷、热流 体之间的相对流动方向，流体之 间作垂直交叉的流动，称为错流 ；如一流体只沿一个方向流动， 而另一流体反复地折流，使两侧 流体间并流和逆流交替出现，这
种情况称为简单折流。
•图 P2
•55
5.3 传热过程的平均温差计算
•通常采用图算法，分三步： •① 先按逆流计算对数平均温差Dtm逆； •② 求出平均温差校正系数φ；
•查图 φ
•③ 计算平均传热温差： • 平均温差校正系数 φ <1，这是由于在列管式换热器内增设了
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
第五章传热一、基本知识1. 下列关于传热与温度的讨论中正确的是。
①绝热物系温度不发生变化②恒温物体与外界（环境）无热能交换③温度变化物体的焓值一定改变④物体的焓值改变，其温度一定发生了变化2. 下列关于温度梯度的论断中错误的是。
①温度梯度决定于温度场中的温度分布②温度场中存在温度梯度就一定存在热量的传递③热量传递会引起温度梯度的变化④热量是沿温度梯度的方向传递的3. 传热的目的为。
①加热或冷却②换热，以回收利用热量③保温④萃取4. 根据冷、热两流体的接触方式的不同，换热器包括（）等类型。
①直接混合式②蓄热式③间壁式④沉降式5. 热量传递的基本方式为。
①热传导（简称导热）②对流传热③热辐射④相变传热6. 下列有关导热系数论断中正确的是——。
①导热系数入是分子微观运动的一种宏观表现②导热系数入的大小是当导热温差为「C、导热距离为1m导热面积为lm2 时的导热量，故入的大小表示了该物质导热能力的大小，入愈大，导热越快③一般来说，金属的导热系数数值最大，固体非金属次之，液体较小，气体最小④大多数金属材料的导热系数随温度的升高而下降，而大多数非金属固体材料的导热系数随温度的升高而升高⑤金属液体的导热系数大于非金属液体的导热系数，非金属液体中除水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度的升高而减小，一般情况下，溶液的导热系数低于纯液体的导热系数⑥气体的导数系数随温度的升高而增大，在通常压力下，导热系数与压力变化的关系很小，故工程计算中可不考虑压力的影响7. 气体的导热系数值随温度的变化趋势为。
①T升高，入增大②T升高，入减小③T升高，入可能增大或减小④T变化，入不变8. 空气、水、金属固体的导热系数分别为入l、入2、入3，其大小顺序。
①入l ＞入2＞入3 ②入l ＜入2＜入3 ③入2＞入3＞入l ④入2＜入3＜入l9. 水银、水、软木的导热系数分别为入l、入2、入3其大小顺序为。
①入l＞入2＞入3 ②入l＜入2＜入3 ③入l＞入3＞入2 ④入3＞入l＞入210. 下列比较铜、铁、熔化的铁水三种物质导热系数的大小论断中正确的是。
化工原理第五章传热过程计算与换热器
一．恒温差传热
T
t
tm T t
t
二．变温差传热
T
t1 0
T1
t1 浙江大学0本科生课程
过程工程原理
t
并流 t
0
T1 t2
t
A0 T1
T2 t2 t2
t
逆流 t
A0 第五章 传热过程计算与换热器
A T2
A T2 t1
A
13/25
§5.2.4 tm的计算
T1 t1
以冷、热流体均无相变、逆流流动为例：
t
T
11/2t5
1 1 b 1
T
KA 1 A1 Am 2 A2
Tw tw
考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热
阻，则上式变为：
t
1 1
KA 1 A1
Ra1
b
Am
Ra2
1
2 A2
浙江大学本科生课程 过程工程原理
第五章 传热过程计算与换热器
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§5.2.4 tm的计算
Q KAtm
T1
T
浙江大学本科生课程 过程工程原理
第五章 传热过程计算与换热器
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幻灯片2目录
习题课
浙江大学本科生课程 化工原理
第五章 传热过程计算与换热器
26/14
设 计 型
习题课 操作型 t1
LMTD法：
对数平均温差法
Q Ktm A
(1) T1
T2
Q mhc ph T1 T2 (2)
Q mc c pc t2 t1
浙江大学本科生课程
过程工程原理
第五章 传热过程计算与换热器
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§5.2.4 tm的计算
“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。
化工原理.传热过程的计算
管内对流:
dQ2 b dAm (Tw tw )
dQ3 2dA2(tw－t)
对于稳态传热 dQ dQ1 dQ2 dQ3
总推动 力
dQ T Tw Tw tw tw t
T t
1
b
1
1b 1
1dA1 dAm 2dA2 1dA1 dAm 2dA2
总热阻
dQ T t 1
KdA
第五节 传热过程的计算
Q KAtm
Q — 传热速率，W K — 总传热系数，W /(m20C) A — 传热面积，m2 tm — 两流体间的平均温度差，0 C
一、热量衡算
t2 , h2
热流体 qm1, c p1
T1, H1
T2 , H 2
冷流体 qm2, cp2,t1, h1
无热损失：Q qm1H1 H 2 qm2 h2 h1
变形：
dQ dT
qm1 c p1＝常数
dQ dt
qm2c p2＝常数
d (T t) dT dt 常数 dQ dQ dQ
斜率＝dt t1 t2
dQ
Q
由于dQ KtdA
d(t) t1 t2
KtdA
Q
分离变量并积分：
Q KA t1 t2 ln t1 t2
tm
t1 t2 ln t1
t2
讨论：（1）也适用于并流 （2）较大温差记为t1，较小温差记为t2 （3）当t1/t2<2，则可用算术平均值代替
tm (t1 t2 ) / 2
（4）当t1＝t2，tm t1＝t2
结论： (1) 就提高传热推动力而言，逆流优于并流。 当换热器的传热量Q及总传热系数K相同的条 件下，采用逆流操作，所需传热面积最小。
第五章第一节 化工原理 谭天恩
第二节 热传导
（三）圆筒壁的稳定热传导 （1）通过单层圆筒壁的稳定热传导 假定： （1）稳定温度场； （2）一维温度场。
A 2rl
dr 2l dt r Q
dt Q 2rl dr
r2
r1
dr 2l t2 t1 dt r Q
r2 2l ln (t1 t 2 ) r1 Q
金属：2.3~420W/m· K 固体： 建筑材料：0.25~3W/m· K 绝缘材料：0.025~0.25W/m· K 液体：0.09~0.6W/m· K 气体：0.006~0.4W/m· K
第二节 热传导
三、平壁的稳定热传导
（一）单层平壁的稳定热传导 假设： （1）A大，b小； （2）材料均匀； （3）温度仅沿x变化， 且不随时间变化。
Q A(T tw )
Q A(tw t )
流体被加热时：
T——热流体的平均温度；tw——壁温； t——冷流体的平均温度；A——传热面积； α ——给热系数（对流传热系数） （3）热辐射 辐射：物体以电磁波的方式传递能量的过程。 辐射能：以辐射的形式所传递的能量。 热辐射：因热的原因引起的电磁波辐射。 辐射传热：不同物体间相互辐射和吸收的综合结果。 自然界中凡是温度高于绝对零度的物体，都会不停的向 四周发射辐射能。
第五章
传热
第一节 概 述
一、传热过程在化工程产中的应用
加热或冷却
换热 保温
二、传热的三种基本方式 热传导（导热）、对流、辐射 （1）热传导： 物体质点在无宏观机械运动的条件下，靠分子的微观 运动完成的传热过程。 特点：没有物质的宏观位移 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来实现 液体：机理复杂
化工原理传热过程的计算
K 700～1800
300～800 200～500 50～300
100～350 50～250 10～60
两流体 气体－气体 蒸气冷凝－气体 液体沸腾－液体 液体沸腾－气体 水蒸气冷凝－水 有机物冷凝－有机物 水蒸气冷凝－水沸腾 水蒸气冷凝－有机物沸腾
K 10～40 20～250 100～800 10～60 1500～4700 40～350 1500～4700 500～1200
Q ─ 热流体放出或冷流体吸收的热量，W； qm1,qm2 ─ 热冷流体的质量流量，kg/s； h1,h2 ─ 冷流体的进出口焓，J/kg； H1,H2 ─ 热流体的进出口焓， J/kg 。
1.无相变，且Cp可视为常数
热量衡算式：
Q qm1c p1 T1 T2 qm2cp2 t2 t1
式中： cp1,cp2 ── 热冷流体的比热容， J/(kg·℃) ； t1,t2 ── 冷流体的进出口温度， ℃ ； T1,T2 ── 热流体的进出口温度， ℃ 。
1 K
1
1
Rd1
b
Rd 2
1
2
当传热壁热阻很小，可忽略，且流体清洁，污
垢热阻液可忽略时，则：
11 1
K 1 2
（7）换热器中总传热系数的经验值
两流体 水－水 有机物－水
有机物粘度μ<0.5mPa·s μ＝0.5~1.0mPa·s μ>1.0mPa·s
有机物－有机物 冷流体粘度μ<1.0mPa·s μ>1.0mPa·s
2.有相变时
2.1 饱和蒸汽冷凝：
Q qm1r qm2c p2 t2 t1
r ─热流体的汽化潜热，kJ/kg；
2.2 冷凝液出口温度T2低于饱和温度TS :
化工原理(传热)
4.１概述传热是指由于温度差引起的能量转移,又称热传递。
由热力学第二定律可知,凡是有温度差存在时,热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。
无论在能源、宇航、化工、动力、冶金、机械、建筑等工业部门,还是在农业、环境保护等其他部门中都涉及到许多有关传热的问题。
应予指出，热力学和传热学两门学科既有区别又有联系。
热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态,确定系统由一种平衡状态变到另一种平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率,因此可以认为传热学是热力学的扩展。
热力学（能量守恒定律)和传热学(传热速宰方程)两者的结合,才可能解决传热问题：化学工业与传热的关系尤为密切；这是因为化工生产中的很多过程和单元操作,都需要进行加热和冷却。
例如：①化学反应通常要在一定的温度下进行,为了达到并保持一定的温度，就需要向反应器输入或从它输出热；②在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热:③化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收等都涉及传热的问题。
由此可见，传热过程普遍地存在于化工生产中,且具有极其重要的作用。
化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况:①一种是强化传热过程,如各种换热设备中的传热;②另一种是削弱传热过程，如设备和管道的保温,以减少热损失。
为此必须掌握传热的共同规律。
本章讨论的重点是传热的基本原理及其在化工中的应用4．1.1传热的基本方式根据传热机理的不同,热传递有三种基本方式:传导、对流和热辐射传热可以靠其中的一种方式或几种方式同时进行。
1．热传导（又称导热）若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导(又称导热)。
热传导的条件是系统两部分之间存在温度差,此时热量将从高温部分传向低温部分，或从高温物体传向与它接触的低温物体，直至整个物体的各部分温度相等为止。
化工原理传热习题及答案
化工原理习题及答案第五章传热姓名____________班级____________学号_____________成绩______________一、填空题：1.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=,此时单位面积的热损失为_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 1140w2.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为120mm, λ=,此时单位面积的热损失为_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 1000w3.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为150℃, 而环境温度为20℃,要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料,其导热系数λ=,则其厚度不低于_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 91mm4.（6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,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为,此时传热系数α=_____________.***答案*** α=0.023(λ/d)Re Prα=3.81(kw.m.K)5.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形管内湍流的传热系数表达式为_____________________.当管内水的流速为,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为,此时传热系数α=________________.***答案*** α=0.023(λ/d)Re Prα=5.26(kw.m.K)6.（3分）牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。
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 )
化工原理讲稿(中国石油大学)第五章 传热3
热流体放出热量： Q1 m1[ 1 c p ,1 T1 T2 ] 冷流体吸收热量： Q2 m2 [ 2 c p , 2 t 2 t1 ] 能量守恒： Q1＝Q2+Qf
Qf=0
Q1＝Q2
第五节 两流体间的传热计算
例： 在一套管换热器中，用冷却水将1.25kg/s的
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
T t m Q
1 K x Ax
推动力 阻力
－－传热速率方程式
Q K x Ax T t m
第五节 两流体间的传热计算
1 1 1 K x A x i Ai Am o Ao
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
1 1 Ko o
Ko o
若αo >>αi，1/αo可忽略，此时有：
1 1 Ki i
Ki i
第五节 两流体间的传热计算
结论：
称1/αo 或1/αi 称为控制热阻，即α小一侧的热阻对传热起决定性作用， 如水蒸汽和空气换热；
当存在控制性热阻时，K 值总是接近α小的值； 当存在控制性热阻，壁温(Tw、tw)总是接近于α大的流体主体温度 欲有效提高 K 值，应采取措施提高控制性热阻侧的α。
化工原理--传热 ppt课件
• 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；
绝缘材料： 0.025~0.25 W/m.K； 液体： 0.09~0.6 W/m.K；
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15
气体：0.006~0.4 W/m.K
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 n0 n n 温面，以温度增加方向为正。
3. 傅立叶定律--热传导的基本定律 •单位实际时间内传导的热量与温度梯度和导热面积成正比。
dQ ldA t
n
传热方向与温度梯度方p向pt课相件 反
• 利用余热，以降低能耗；
•绝热
醋酸乙烯气体
冷油
冷凝器
冷凝器
醋酸气体 加热器
乙炔气体
反
精
精醋酸
应
粗醋酸 馏
乙烯液
器
乙烯液体 塔
体产品
200℃
150℃
热油
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9
2. 传热的三种基本方式
一、热传导（conduction)
• 依靠物体中微观粒子的热运动而传热；
• 特点：物体内部无宏观运动，靠物体各部分的直接接触产 生热量传递；
稳定导热时，通过各层热量相等：
Q
l1A
t1 t 2 b1
t1 b1
t1 R1
l1A
l2A
t2 t3 b2
t2 b2
t2 R2
l2A
l3A
t3 t4 b3
化工原理_15传热过程概述
16
热辐射
热辐射
因热的原因而产生的电磁波在空间的传递 称为热辐射。 1. 可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。
2. 不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形 式的转换。
3. 任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐 射能，但仅当物体的温度较高、物体间的温度 差较大时，辐射传热才能成为主要的传热方式。
t1 tn 1 Q bi S i
32
二、多层平壁的一维稳态热传导
接触热阻
因两个接触表面粗糙不平而产生的附加热阻。
接触热阻包括通过实际接触面的导热热阻和 通过空穴的导热热阻（高温时还有辐射传热）。
接触热阻与接触面材料、表面粗糙度及接触 面上压力等因素有关，可通过实验测定。
33
二、多层平壁的一维稳态热传导
第五章 传 热
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握传热的基本原理和规律 ，并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程 的有关问题。
1
第五章 传 热
5.1 传热过程概述
2
概述
传热
热量从高温度区向低温度区移动的过程称为热 量传递，简称传热。 化工生产中对传热过程的要求 一是强化传热过程，如各种换热设备中的传热。 二是削弱传热过程，如对设备或管道的保温，以 减少热损失。
对流
对流是由流体内部各部分质点发生宏观运 动和混合而引起的热量传递过程 对流传热 在化工生产中特指流体与固体壁面之间的 热量传递过程。
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对流
对流传热速率可由牛顿冷却定律描述
dQ t dS
微分对流 传热通量 对流传 热系数 温度差
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第五章 传 热
5.1 传热过程概述 5.1.1 热传导及导热系数 5.1.2 对流 5.1.3 热辐射
柴诚敬化工原理课后答案(05)第五章 传热过程基础
第五章 传热过程基础1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m 2，厚度为0.02 m ，实验测得电流表读数为0.5 A ，伏特表读数为100 V ，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。
解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即 Lt t SQ 21-=λ 式中 W 50W 1005.0=⨯==IV Qm 02.0C 50C 200m 02.0212=︒=︒==L t t S ，，， 将上述数据代入，可得()()()()C m W 333.0C m W 5020002.002.05021︒⋅=︒⋅-⨯⨯=-=t t S QL λ2．某平壁燃烧炉由一层400 mm 厚的耐火砖和一层200 mm 厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。
设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t λ=+，绝缘砖的导热系数为20.30.0003t λ=+，W /(m C)⋅︒。
两式中的t 可分别取为各层材料的平均温度。
解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q Q Q ==21 （5-32） 或 23221211b t t S b t t SQ -=-=λλ （5-32a ） 式中 115000.80.00060.80.0006 1.250.00032t t t λ+=+=+⨯=+21000.30.00030.30.00030.3150.000152t t t λ+=+=+⨯=+代入λ1、λ2得2.0100)00015.0315.0(4.01500)0003.025.1(-+=-+t t t t解之得C 9772︒==t t())()C m W 543.1C m W 9770003.025.10003.025.11︒⋅=︒⋅⨯+=+=t λ则 ()22111m W 2017m W 4.09771500543.1=-⨯=-=b t t S Q λ3．外径为159 mm 的钢管，其外依次包扎A 、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 mm ，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B 层保温材料的厚度为100 mm ，导热系数为1.0 W /(m·℃)，设A 的内层温度和B 的外层温度分别为170 ℃和40 ℃，试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？解：()()mW 150m W 100159100502159ln 0.11159502159ln 1.014017014.32ln 21ln 2123212121=++⨯++⨯+-⨯⨯=+-=r r r r t t L Q πλπλA 、B 两层互换位置后，热损失为()()mW 5.131m W 100159100502159ln 1.01159502159ln 0.114017014.32ln 21ln 2123212121=++⨯++⨯+-⨯⨯=+-=r r r r t t L Q πλπλ4．直径为57mm 3.5φ⨯mm 的钢管用40 mm 厚的软木包扎，其外又包扎100 mm 厚的保温灰作为绝热层。
“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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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
自然 对流 导热 导热
辐射传热
靠电磁波传热
电热炉烧水
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第二节 热传导
一、傅里叶定律
1、基本概念
传热速率 Q： ： 单位时间传递的热量， 单位时间传递的热量，J/s 热通量 q： 单位传热面积上的传热速率，J/m2s，矢量，方向为传热 ： 单位传热面积上的传热速率， ，矢量，
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目录
第五章 传热及设备
第一节 概述 第二节 热传导
一、傅里叶定律 二、热导率 三、一维平壁稳态热传导 四、一维圆筒壁稳态热传导
《化工原理》电子教案/第五章 化工原理》电子教案/
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四、一维圆筒壁稳态热传导
思考2 思考2： 气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好， 气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿 在外面好？ 在外面好？
i =1
3
=
i
λi A
总推动力 总热阻
0
x
作业： 作业：
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b
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三、一维平壁稳态热传导
思考1：若上述平壁的右侧与环境进行对流传热， 思考 ：若上述平壁的右侧与环境进行对流传热，设环境温 度为t 对流传热系数为α 则传热量如何计算？ 度为 0、对流传热系数为α，则传热量如何计算？
第五章 传热及设备
第一节
传热有三种方式： 举例电热炉烧水) 传热有三种方式：(举例电热炉烧水) 热传导 导热） （导热）
相互接触的物质之间 发生在 静止的物质内部 层流流动的物质内部
概述
热量入
靠分子或原子的无规则若运动 机理： 气体靠分子或原子的无规则若运动； 机理： 气体靠分子或原子的无规则若运动； 固体金属靠自由电子，非金属靠晶格的震动 固体金属靠自由电子， 金属靠自由电子 液体两种观点（见教材） 两种观点 液体两种观点（见教材）
《化工原理》电子教案/第五章 化工原理》电子教案/
r dQ ?t q = r = ?λ r dA 9/141 ?n
三、一维平壁稳态热传导
1. 无限大单层平壁（无内热源）稳态导热 无限大单层平壁（无内热源） 单层平壁 特点：属一维导热， 为常数 为常数， 为常数 特点：属一维导热，A为常数， Q为常数
t2 r2
dr
积分， 在(t1，t2)积分，得：Q = t 1 ? t 2
可见温度分布 可见温度分布 为对数关系 0
r b
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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） 、无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热源） 一维稳态导热
《化工原理》电子教案/目录 化工原理》
目录
第六节 辐射传热
一、基本概念 二、物体的辐射能力 三、两灰体组成的封闭体系的辐射传热速率 四、气体热辐射的特点 五、辐射、对流的联合传热 辐射、
第五章小结 第三版第18次印刷的教材更正
5
《化工原理》电子教案/目录 化工原理》
< 2 时，可用算术平均代替
r1
t1 t2 r2 0 b r
t1 ? t 2 t1 ? t 2 于是 Q = = b b 2πLλrm λAm
t ?t 推动力 对照：平壁： 对照：平壁： Q = 1 2 = b λA 热阻
《化工原理》电子教案/第五章 化工原理》电子教案/
dt Q = qA = ? λA = 常数 dr A = 2πrL
若λ为常数，则： 为常数，
t)积分 积分， 在(t1，t)积分，得：
t Q dt = dr 2πrLλ t1 r1
Q Q
ln r r1 t1 ? t = Q 2πLλ
ln r2 r1 2πLλ
n → 0
t ?l
n
q
l
n
r ?n
等温面及温度梯度 7/141
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2、傅里叶定律 负号表示q 负号表示q与温度梯度方向相反
r dQ ?t q = r = ?λ r ?n dA
相差越大， 且x与y相差越大， 与 相差越大 对数平均值与x、 对数平均值与 、y 中最小者越接近
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《化工原理》电子教案/第五章 化工原理》电子教案/
四、一维圆筒壁稳态热传导
2、无限长多层圆筒壁一维稳态导热（无内热源） 、无限长多层圆筒壁一维稳态导热（无内热源） 一维稳态导热 对每一层均有： 对每一层均有：
6、壁温的计算
3
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第五节 间壁式换热器介绍（教材第六章） 间壁式换热器介绍（教材第六章）
一、列管式换热器（管壳式换热器） 列管式换热器（管壳式换热器） 二、其它类型的换热器 三、传热过程的强化
4
dt ?t Q = qA = ? λ A = ? λA = 常数 dx ?n
t
无限厚
若λ为常数，则： 为常数， t1 ? t 2 dt = 常数 = dx b
t1 ? t 2 推动力 Q = qA = = 热阻 b λБайду номын сангаас
b
t1
无限长
面的法线方向
等温面： 等温面：温度相同的点组成的面 t 两等温面的温差与两等温面间的任一 温度变化率： 温度变化率：
距离之比
r dQ q= r dA
等温面 等温面
t+?t ?
t 两等温面的温差与两等温面间的法向距离 温度梯度 r ： 最短） ?n （最短）之比 lim ?t = ?t
推动力 Q = qA = 热阻
t2 ? t3 t3 ? t4 t1 ? t 2 Q= = = b1 λ1 Am 1 b2 λ 2 Am 2 b3 λ 3 Am 3 Q= t1 ? t 4
t t1 t 2 r1 r2 0 t2 r t3 t4
∑b
i =1
二、热导率λ 热导率λ
属物性
物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小， 物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小， 故物质的λ越大，导热性能越好。 故物质的λ越大，导热性能越好。 一般地， 一般地， λ导电固体> λ非导电固体， λ液体> λ气体（见图5-4） 见图 ） 影响因素：与物质种类、T、浓度有关，一般与 P 无关 影响因素：与物质种类、 、浓度有关， T↑ ， λ气体↑ ↑ λ水↑， λ甘油↑，其它液体的 λ ↓ λ金属↓， λ非金属↑。 获取方法：查相关物性数据手册，如附录二～ 获取方法：查相关物性数据手册，如附录二～四。
《化工原理》电子教案/目录 化工原理》
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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 习题课 ?操作型 ?
可见温度分布为直线 可见温度分布为直线
Q
0
Q
t2 b x
dx
r dQ ?t q = r = ?λ r ?n dA 《化工原理》电子教案/第五章 化工原理》电子教案/
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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） 、无限大多层平壁一维稳态导热（无内热源） 多层平壁一维稳态导热 特点： 特点：同单层平壁 此外，通过每一层的 （ 此外，通过每一层的Q（或 q）都相同 ）
i =1
3
=
总推动力 总热阻