传热学(第四版)于明志-第10章传热过程分析与换热器热计算.ppt

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【精品】传热学第十章传热过程和换热器计算PPT课件

传热方程式： Φ= KAΔt
式中：K为传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过程，
K的计算公式不同。
K 1 R tot
10.2 换热器的型式
1 换热器的定义：用于使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定工艺要求的装置。
2 换热器的分类：
混合式：换热器内冷、热流体直接接触、互相混合来实现热量交换。
传热工程技术的两个方向：强化传热技术与削弱传热技术（又称隔热保温技术）。
无论是强化传热还是削弱传热，一般都是从改变传热温差和改变传热热阻两方面入手。以换热器内的传热过程为例：
kAtm 1 tm R tkmRh1 R tm Rh2
kA
传热强化途径：（1）加大传热温差 t m ；（2）减小传热热阻 R k 。
Ti
dq
T
dT c
In
Ti
To
T dq
dT c
Out
In
dT h
To
Out
2 算术平均温差
平均温差的一种最简单的形式是算术平均温差，即
tm,算术 tma2 x tmin
tm,对数
tmax tmin ln tmax
tmin
算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，
当 tmax tmin 2时，两者的差别小于4％；当 tmax tmin1.7时，两者的差别小于2.3％。
通常，对逆流的对数平均温差进行修正以获得其他复杂流动方式下的平均温差。
tm(tm)ctf
教程中图10-23~10-26分别给出了管壳式换热器和交叉流式换热器的。
值取决tc
Rth th tctc
式中：下标h、c分别表示两种流体，上角标 ` 表示进口，`` 表示出口，图表中均以P为横坐标，R为参量。

传热学第十章

（2）管壳式换热器由管子和外壳构成。
（2）管壳式换热器由管子和外壳构成。
2壳程、4管程换热器
管壳式换热器结构牢固可靠、耐高温高压。
列管式冷凝器实例
波纹管换热器
波纹换热管
（3）肋片管式换热器由带肋片的管束构成的换热装置。
肋片管式换热器适用于管内液体和管外气体之间的换热，且两侧表面传热系数相差较大的场合。
（4）板翅式换热器由金属板和波纹板形翅片层叠、交错焊接而成。
板翅式换热器结构紧凑、传热系数高。
（5）板式换热器由若干片压制成型的波纹状金属板叠加而成。
（5）板式换热器
1 ,2 介质 3 环行孔道
垫圈 4 板片密封
垫圈 5 激光切焊
焊缝 6 焊接密封
流道
特点：结构紧凑 ,占用空间小；传热系数高；端部温差小(可达1℃); 热损失小，热效率高(≥98%); 适应性面式，在工程中最常用混合式—适用于冷热流体为同类介质的场合回热式(蓄热式) —适用于气体与气体间的换热,
为非稳态过程
2. 按表面的紧凑程度分: 紧凑式与非紧凑式紧凑程度用当量直径d e (d h) 或传热面积密度 β来衡量 (β---单位体积中的传热面积)
kAo hi Ai 2 l di ho Ao
ri r0
通过肋壁的传热系数
10-2 换热器的类型
换热器：换热器也称热交换器，是把热量从一种介质传给另一种介质的设备
换热器广泛应用于广泛应用于化工、能源、机械、交通、制冷空调、航空航天以及日常生活等各个领域。
换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛采用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能利用的主要设备。
紧凑式—β≥700m2/m3, 或dh≤6mm 层流换热器—β＞3000m2/m3, 或100μm ≤dh≤1mm 微型换热器–β＞15000m2/m3, 或100μm≤dh≤1mm

传热学PPT学习课件PPT教案

第10页/共66页
气膜冷却
气膜冷却基本原理是：从高温环境的壁面上的孔向主流引入二次气流（冷却工质或射流），这股冷气流在主流的压力和摩擦力作用下向下游弯曲，附着在壁面一定区域上，形成温度较低的冷气膜将壁面同高温燃气隔离，并带走部分高温燃气，从而对壁面起到良好的冷却保护作用。
空气 0.026 W (m C ) （20 C）
第21页/共66页
(6) 一维稳态导热及其导热热阻如图所示，稳态 q = const，于是积分Fourier定
律有：
q Φ dt
A
dx
定积分
W m 2
t
dx
tw1
dt
Q
tw2
q dx tw2 dt q tw1 tw2 0
。解：参见前图及一维稳态导热公式有：
第23页/共66页
铜：
q tw1 tw2 375 300 100 1.5106 W m2
0.05
钢： q tw1 tw2 36.4Im 300N a 10o 0g 1e .46105 W m2
0.05
铬砖：
q tw1 tw2 2.32 300 100 9.28103 W m2
—— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。表征对流传热过程强弱的物理量
影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等强调：表面传热系数与导热系数的区别 a) 单位上的区别 [W/( m K)]～ [W/( m2 K)] b) 表面传热系数不是一个物性参数，它不仅取决于流体
文字表述：在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热流量，正比于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。

传热学教.pptL01绪论2

机械工程学院
下周三(3月21号)前作业交到办公室(主楼2204)
37
The End！
11
续
管壳式换热器
家用热水器
机械工程学院
地球-环境
12
热传递的重要性
• 为何多用户家庭要用更大体积的热水器？
–因为需要更多的热水，所以需要更多的热量，所以需要更多的传热量，所以需要更对的换热面积，所以需要更大的体积。 - 热量的传递速率（快慢）是决定热水器体积的主要因素。
• 温室效应？
– 因为从太阳辐射到地球热量要多于从地球辐射到太空的热量，因此存在净热量吸收，地球被加热。 - 热量传递的光谱特性。
8
3. 生活与工业生产的"热"现象
温度的感知; 露水的形成; 热处理中金属相变; 化学反应(普通化学第一章,化学中的热效应)
热力学, 工程热力学, 物理化学热科学：研究热能、热量及热现象的科学工程热力学, 传热学, 燃烧学, 制冷与低温,
物理化学, 化学热力学
机械工程学院 9
4. 关于学科的几个定义
机械工程学院 32
热辐射所遵循的自然规律
- Stefen-Boltzman定律
实验发现：高温物体发射“更多”的热量
F Tw ？
10个100 ℃(373 K)铁块 10个3 457 ℃ (3 730 K)铁块
哪个更烫？
机械工程学院
FT4
F AT 4
33
热辐射的黑度概念
同温度的黑色表面铁块和抛光表面的铁块热辐射热量相同？
一、玻耳兹曼能量分布律; 二、重力场中的等温气压公式
12-8 分子平均碰撞次数和平均自由程
12-9 气体的迁移现象

传热学课件讲义

2020/12/15
二、基本概念
1、温度场（Temperature field）指某一瞬时物体内各点的温度分布状态。温度是标量，温度场是时间
和空间的函数，也是标量场。在直角坐标系中：；在柱坐标系中：；在球坐标系中：。
根据温度场表达式，可分析出导热过程是几维、稳态或非稳态的现象，温度场是几维的、稳态的或非稳态的。
传热学
2020/12/15
第一章导热理论基础
绪论 §１基本概念和傅里叶定律 §２导热系数 §3 导热微分方程式 §４导热过程的单值性条件
2020/12/15
绪论
一、传热学的研究内容
热量传递的具体方式、传热速率大小及其影响因素。 ⑴传热的三种基本方式及各自的规律； ⑵工程中实际传热过程的规律； ⑶提出控制传热（强化传热和削弱传热）的基本方法。工程热力学从理论上分析热力系统的状态、能量传递和迁移的多少以及系统的变化方向与性能的好坏。但是，能量是以何种方式传递和迁移？传递和迁移的速率如何？以及能量状态随时间和空间的分布如何？热力学都没有给予回答。
二、传热学的研究方法
传热学的研究方法主要有：理论分析方法；实验研究方法；比拟(类比) 方法；数值计算方法
理论分析方法
将所研究问题的基本物理特征和具体规律用一个理想化的数学模型表述出来，并选择适当的数学方法进行求解。常用的数学解析方法一般可分为精确解法(即直接求解常微分方程或者偏微分方程)和积分方程近似解法两大类。
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导热过程的单值性条件
一、单值性条件
导热问题的单值性条件通常包括如下四项：
几何条件：表征导热物体的几何形状和大小（属于三维，二维或一维问题）；
物理条件：说明导热系统的物理特性（即物性量和内热源的特点）；

传热过程及换热器

• 逆流时，冷热流体的最高温度集中在换热器的同一侧，使得该处的壁温特别高。
27
2 其中一种流体发生相变
《传热学》讲义
• 这时候没有顺流和逆流之分
28
3 蛇行管
《传热学》讲义
只要管内流体流动方向改变5次以上 • 这时候就可以作为顺流和逆流处理
29
《传热学》讲义
1
《传热学》讲义
套管式换热器
2
《传热学》讲义
管壳式换热器
3
《传热学》讲义
管壳式换热器
4
《传热学》讲义
管壳式换热器（1-2型）
5
《传热学》讲义
管壳式换热器（2-4型）
6
《传热学》讲义
管壳式换热器（螺旋折流板）
7
《传热学》讲义
板式换热器
8
《传热学》讲义
螺旋板式换热器
9
《传热学》讲义
t t
0
ln
tx t

k Ax
15
《传热学》讲义
tx t e(kAx )
tm
1 A
A 0
t xdAx
tm

1 A
A 0
tekAx dAx

t ' A

1
k
e k Ax
A
0
t ' ekA 1
三其它复杂流动布置的平均温差的计算
tm (tm )ctf
• (tm )ctf 是给定的冷热流体的进出口温度布
置成逆流时的LMTD
• 是小于1的修正系数
• 图9-15~9-18分别给出了管壳式换热器和交叉流
换热器的
24

【精品】传热分析与热交换器计算PPT课件

10-3 换热器中传热过程的平均温差
平均温差Δtm：回顾 P.245 恒壁温下管内强制对流换热换热量的计算
WHY?
kAtm
Hot
换热器中，冷热流体温度沿换热面
是不断变化的，其局部的换热温差
Cold
也是沿程变化，而利用牛顿冷却公
式计算换热量时用总面积的平均温
差Δtm，其与换热器的型式和冷热流体的流动方向均有关。
仅包含壁面两侧流体的温度
传热系数 k 和冷热流体的平均温差Δt 是传热过程分析的关键
对于不同的传热过程，k 的计算公式不同
平壁圆管肋壁带保温层的圆管
SJTU-OYH
Shanghai Jiao Tong University SJTU-OYH
Shanghai Jiao Tong University SJTU-OYH
传热分析与热交换器计算
Shanghai Jiao Tong University
传热学 Heat Transfer
10-1 传热过程的分析与计算传热过程：热量由壁面的一侧流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。
为什么引入传热过程和传热系数的概念？
Φ A(tkf1tf2)A k t k－总传热系数
10-2 换热器的类型Fra bibliotek间壁式换热器：冷、热流体介质由壁面隔开，通过间壁实现换热。
特点：冷热流体互不接触；按照流动方向分为顺流、逆流和交叉流。分类：套管式、管壳式、交叉流式、板式、螺旋板式等
交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、管翅式、管带式、板翅式等。
Shanghai Jiao Tong University

传热学30页PPT

水，M2 20oC
图0-1 传热学与热力学的区别
(2) 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即始终从高温热
源向低温热院传递，如果没有能量形式的转化，则始终是守恒的
3 传热学应用实例
自然界与生产过程到处存在温差传热很普遍
a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？为什么？ b 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？ c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释其道理？越厚越好？
tw2

t r

Φ

tw1
tw2

t R
A
R

A
r

导热热阻单位导热热阻
t
dx
tw1
dt

Q
tw2
0
tw1
Q
A

x
tw2
图0-2 导热热阻的图示
例题 1-1
例题 1-1 一块厚度δ =100 mm 的平板，两侧表面分别维持在 tw 130 oC ,0 tw 210 oC .0试求下列条件下的热流密度。
(2)物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生 (3)导热的特点：a 必须有温差；b 物体直接接触；c
依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。
(4) 一维稳态导热及其导热热阻如图0-2所示，稳态 q = const。
q

tw1

q — 热流密度 Wm2 h — 表面传热系数 W (m 2K)

(完整PPT)传热学

(完整PPT)传热学contents •传热学基本概念与原理•导热现象与规律•对流换热原理及应用•辐射换热基础与特性•传热过程数值计算方法•传热学实验技术与设备•传热学在工程领域应用案例目录01传热学基本概念与原理03热辐射通过电磁波传递热量的方式，不需要介质，可在真空中传播。

01热传导物体内部或两个直接接触物体之间的热量传递，由温度梯度驱动。

02热对流流体中由于温度差异引起的热量传递，包括自然对流和强制对流。

热量传递方式传热过程及机理稳态传热系统内的温度分布不随时间变化，热量传递速率保持恒定。

非稳态传热系统内的温度分布随时间变化，热量传递速率也随时间变化。

传热机理包括导热、对流和辐射三种基本传热方式的单独作用或相互耦合作用。

生物医学工程研究生物体内的热量传递和温度调节机制，为医学诊断和治疗提供理论支持。

解决高速飞行时的高温问题，保证航空航天器的安全运行。

机械工程用于优化机械设备的散热设计，提高设备运行效率和可靠性。

能源工程用于提高能源利用效率和开发新能源技术，如太阳能、地热能等。

建筑工程在建筑设计中考虑保温、隔热和通风等因素，提高建筑能效。

传热学应用领域02导热现象与规律导热基本概念及定律导热定义物体内部或物体之间由于温度差异引起的热量传递现象。

热流密度单位时间内通过单位面积的热流量，表示热量传递的强度和方向。

热传导定律描述导热过程中热流密度与温度梯度之间关系的定律，即傅里叶定律。

导热系数影响因素材料性质不同材料的导热系数差异较大，如金属通常具有较高的导热系数，而绝缘材料则具有较低的导热系数。

温度温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高，导热系数会增加。

压力对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。

稳态与非稳态导热过程稳态导热物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。

在稳态导热过程中，热流密度和温度分布保持恒定。

非稳态导热物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。

传热学课件

0 0 0 1� 0 0 2 0 1� 1
])K·2m(/W[
围范值数的数系热换流对 nuorruS
muucav n o i t a i d ar
1T diloS
递传量热的行进射辐热靠间体物 � � refsnart taeh noitaidaR �热换射辐�
。同不力能射辐其 �同不况状面表、同不类种的体物 �强越力能射辐、高越度温的体物 �力能射辐有具都体物的度零度温对绝于大度温 .象现的能射辐射发外向而因原的热于由射辐热�
属金
�
定确验实由�数参性物�小大力能热导料材示表率导热� )J(量热导的)s1(间时位单每、)2m1(上积面位单的它在�)m1(体物的度厚位单的�K1�差度温位单有具�
� t�A
Q
�)ytivitcudnoc lamrehT(数系热导
� �
�慢快或率速的热传了现体它�
�量热的递传间时位单是量流热� ]s[/]J[ =]W[ �]J[非而�]W[ 是位单的Q 量流热中学热传�意注
器凝冷 )b(
液结凝
进水却冷出水却冷
汽蒸
程过热传 5-1图
2α
2ft
F ) 2f t �
1α
2w
t( 2 � � Q
��Q
�为量热换流对的面侧右壁平与体流冷间时位单
1f
Q
F
t �为量热导的间之面侧右与面侧左的壁平间时位单
F
2w
t � 1wt
�
F ) 1 w t � 1 f t( 1 � � Q
论绪章一第
)ytitnauq evisnetni�标指性强示的能内��erutarepmet�度温
。移转的能内:�ygrene lamreht�能热

《传热学第四版》课件

介绍辐射热传递的物理量和相应的单位。
3 基本方程
4 计算方法
展示辐射传热的基本方程式，包括斯特藩 -玻尔兹曼定律等。
介绍辐射传热的求解方法，如经典方法和数值方法。
传热应用
传热器设计
通过传热学技术优化传热器设计来提高能效。
传热系统分析
运用传热学原理对各种传热系统的能量分析和热优化。
工程实例分析
《传热学第四版》PPT课件
探索热传递的奥秘，了解从热到冷的自然规律和物理过程。这份课件将带领你深入了解传热学的基础知识和应用。
课程简介
本课程将介绍传热学的基本概念和应用，包括传热方式、传热界面分析、热传导的解析方法以及对流换热系数等内容。马上跟我们一起来探索吧！
传热基础
热传导
探讨热在物质内部由热量高处向低处传递的规律和方程式。
热对流
讲解流体通过对流传递热量的基本概念、经典模型和实际工程应用。
热辐射
解读物体表面通过辐射传递热量的基本原理和表解内部传热方程的推导和各个参数的物理意义。
传热界面
针对传热界面的特殊性质进行分析和构建。
数学解法
介绍热传导的解析方法，如分离变量和傅里叶变换。
稳态传热
分析稳态传热的物理机制和特征，并提供数学模型。
热对流
1
流体力学基础
介绍流体力学的基本概念，如流速、压力和涡度等。
2
对流换热系数
讲解对流换热系数的求解方法，包括Nusselt数和Reynolds数等。
3
对流传热模型
提供自然对流和强制对流的传热模型。
热辐射
1 辐射热传递规律
2 物理描述
解读辐射传热的物理机制和数学表达式。

《换热器的传热计算》课件

板式换热器
结构紧凑，传热效率高。
壳-管换热器
适用于高压和高温的工况。
空冷式换热器
适用于没有冷却水源的场合。
为什么需要进行传热计算
传热计算可以帮助我们确定换热器的尺寸、传热面积和传热效果，以确保设备的效率和可靠性。合理的传热计算还可以帮助我们节约能源和降低成本。
1 优化性能
通过传热计算，我们可以优化换热器的设计，使其在实际操作中达到最佳的传热效果。
热传导
通过物体内部分子间的碰撞传递热量，如金属导热。
对流
通过流体的流动传递热量，如空气对流。
辐射
通过电磁波的辐射传递热量，如太阳辐射。
传热方程和传热系数的概念
传热方程描述了热量在物体中传递的方式，传热系数表示了单位面积上单位时间内传递的热量。它们是传热计算中重要的参数。
传热方程
描述了热量在物体中的传递方式和速率。
换热器的设计和优化
换热器的类型和结构
根据应用需求和工艺参数，选择合适的换热器类型和结构，如管壳式、板式、顶管式等。
传热计算在换热器设计中的应用
通过传热计算，确定换热器的尺寸、传热面积和传热系数，以提高换热性能。
优化换热器设计
利用传热计算结果，对换热器进行优化，以达到更高的传热效果和更低的能量消耗。
传热系数
表示了单位面积上单位时间内传递的热量。
传热计算方法
1
流体的物性参数
需要确定流体的密度、热导率、比热容等参数，以便进行传热计算。
2
界面温度和传热面积的确定
界面温度是传热计算中重要的参数，传热面积要考虑传热器的结构和流体流动状态。
3
传热率和传热功率的计算公式
通过传热率和传热功率的计算公式，可以确定换热器的传热性能。

传热学-第十章

A1
hi
A2
Ai
tfi
tw0
h0
twi
t
tf0
有肋一侧：
肋基
肋片
ho A1(two t fo ) ho f A2 (two t fo )
hoo Ao (two t fo )
o
( A1
f
Ao
A2 )
肋面总效率
联解三式，有
1
t fi t f 0
1
Ai (t fi t f 0 )
1 Ai
稳态传热 1 2 3
tf1 tf2
1
1
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1A A h2 A h1 h2
令
k
1
1
1
W / m2 0 C 传热系数
h1 h2
kA(t f 1 t f 2 )
A(t f 1 t f 2 ) 1
传热方程
1 1 1
k h1 h2
k
——总热阻
(5) 螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成，特点：换热效果好；缺点：密封比较困难。
四、简单顺流及逆流换热器的对数平均温差传热方程的一般形式：
kAtm
这个方程对于传热过程是通用的，但是当温差 tm 沿整个壁面不是常数时，比如等壁温条件下的管内对流换热，以及我们现在遇到的换热器等，温差沿层是变化的，如图为流体顺流时的温度变化。
作业：旧 8-43（只绘网络图） 8-44 旧 9-43（只绘网络图） 9-44
补充题补充题
§ 9-2 换热器的型式及平均温差
一、换热器的定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置
二、换热器的分类：