化工原理传热复习讲解
化工原理传热
化工原理传热
传热是化工过程中重要的物理现象之一，它涉及能量的转移和分布。
传热可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
传导是指热能在固体或液体中以分子间相互碰撞的方式传递。
在传导过程中，热量会从高温区域传递到低温区域，直到温度达到平衡。
对流是指热能通过流体的运动传递。
当物体表面受热时，周围的流体会被加热并膨胀，然后从热源处上升。
这导致了对流循环，使热量从热源传递到周围环境。
辐射是指热能以电磁波的形式传递，不需要介质来传递热量。
辐射可以通过空气、液体和固体传播，甚至可以在真空中传播。
辐射热传递取决于物体的温度和表面特性。
在化工过程中，传热是必不可少的。
传热的目的可以是控制温度以实现反应的理想条件，或者从一个系统中移除或向其输入热量。
为了实现有效的传热，可以采取以下措施：
1. 提高传热系数：通过增加传热表面积或提高传热介质的流速，可以增加传热系数，从而加快传热速度。
2. 减小传热阻力：通过改变传热介质的性质或减小传热介质的流通路径长度，可以减小传热阻力，提高传热效率。
3. 使用传热表面增强技术：如使用鳍片、流体分散剂或填料等
技术，可以增大传热表面积，从而提高传热效率。
4. 优化换热设备设计：通过合理设计换热设备的结构和组件，可以实现更高效的传热过程，并减少传热介质的能量损失。
化工过程中的传热是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素。
通过合理选择传热方式和采取相应的措施，可以实现高效的能量传递和分布，从而提高化工过程的效率和质量。
化工原理传热复习讲解
化工原理
传热复习
本章学习目的
掌握传热的基本原理、传热的规律，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： 换热器的设计和选型 换热器的操作调节和优化 强化传热或削弱传热（保温）
化工原理
(1)本章重点掌握的内容 傅里叶定律；单层、多层平壁热传导速率方程，单层、多层 圆筒壁热传导速率方程及其应用 牛顿冷却定律；平均温度差； 对流传热系数的影响因素及量纲分析法 换热器的能量恒算，总传热速率方程和总传热系数的计算， （2）本章应掌握的内容 传热的基本方式 换热器的结构形式和强化途径 对流传热系数的影响因素及量纲分析法
查得 46 10 28℃ 时
2
Q ms1r ms1c p146 10 29.3 2.89 32.19kW
c p1 0.963kJ / (kg K)
为求A1、A2就应求出两段交界处冷却水温度
ms2c p2 32 5 Q
t 32 Q1 32 29.3 7.45℃
组合结果
傅里叶定律
牛顿冷却定 律
辐射定律
dQ dA t n
dQ dA(T Tw ) E0
C0
(T 100
)Hale Waihona Puke 4两流体通过间壁传 高（低）温设备散
热
热（冷）
8
导热
化工原理
概念： 导热系数（单位、固液气λ的相对大小）、 t对λ的影响
公式：
1、傅里叶定律
q dQ t
20
化工原理
7. 在开发和使用传热系数的时，需要确定的特征物理量是（ ）、 （ ）和（ ）。
8. 水在管内做湍流流动，若使流速提高至原来的2倍，则其对流 传热系数约为原来的（ ）倍；若管径改为原来的1/2，则其对流 传热系数约为原来的（ ）。
化工原理传热
化工原理传热化工原理传热是化工领域中重要的一个学科，涉及到热传导、对流传热和辐射传热等方面。
它在工业生产中起到了重要的作用，有助于提高化工产品的生产效率和质量，也可以降低工业生产的成本。
本文将从热传导、对流传热和辐射传热三个方面介绍化工原理传热的相关知识。
一、热传导热传导是指在无外力驱动下热量沿着物体内部由高温区向低温区传递的现象。
它是工业生产中最基本的传热方式之一，常见的有平板换热器、卷帘换热器等。
热传导的传热系数受多种因素的影响，如物体的热导率、物体的导热截面积等。
因此在实际工业生产中，需要根据具体的情况选择不同的热传导设备和参数来实现传热。
二、对流传热对流传热是指热量通过物体与气体或液体流体的对流传递，也是化工工业中常用的传热方式之一。
对流传热的传热系数和物体表面的状态有关，如表面上的气流速度、温度和物体和流体之间的热阻等。
具体的对流传热设备包括了冷却塔、换热器等。
在实际生产中，需要根据不同流体的特性选择不同的对流传热设备。
三、辐射传热辐射传热是指热量通过介质之间的空气、真空等的辐射传递。
单从传热方式上来看，辐射传热与其他两种传热方式有很大的区别。
常见的辐射传热设备有电热炉、太阳能热水器等。
辐射传热的传热系数受多种因素的影响，如介质温度、表面发射系数等。
在实际生产中，需要根据不同的环境条件选择不同的辐射传热设备。
总体来说，化工原理传热是工业生产过程中必不可少的一个环节。
在实际生产中，需要根据具体的情况选择不同的传热方式，以提高生产效率和质量。
虽然热传导、对流传热和辐射传热在物理学原理方面各有不同，但它们在化工生产中的作用和意义都是相通的，同时也相互补充和共同影响。
因此，在进行化工原理传热的设计和应用时，需要综合考虑各种因素的综合影响，才能达到预期效果。
化工原理 传热
R2
R1 Q
L
T1 T2
dT dT dQ k dA k 2rdL dr dr
先对L积分，L：0→L，Q：0→Q，则
dT Q k 2rL dr
分离变量，积分r：R1→R2, T：T1→T2，得
2Lk (T1 T2 ) Q R2 ln R1
讨论： （1）取对数平均半径：
二、通过平壁的稳定热传导 1、通过单层平壁的稳定导热(P86) （1）厚度b<<长和宽 （2）k为常数，或取平均值 （3）忽略边缘的传热，因而是一维导热 （4）壁内温度只沿垂直于壁面的x方向变化， 温度场为一维温度场，即所有的等温面都是垂 直于x轴的平面
dT dQ k dA 由傅立叶定律 dx
2、通过多层圆筒壁的稳定导热 假定 （1）r1，r2，r3，r4 （2）t1>t2>t3>t4 （3）k=const （4）L>> r1，r2，r3，r4， 表明是一维导热 （5）层与层之间接触良好
则
t 2 t3 t3 t 4 t1 t 2 Q 1 r2 r3 1 r4 1 ln ln ln 2Lk1 r1 2Lk 2 r2 2Lk3 r3
Байду номын сангаас
固体的导热系数： 纯金属：良导体，依靠自由电子迁移传导热能，导热能力大。 T↑则k↓，合金的导热系数一般较纯金属低 非金属：依靠晶格振动传导热能，导热能力远小于金属。 T↑ 则 k↑ 对大多数的固体，其导热系数在一定的温度范围内与温度成直 线关系，可用下式表示:
kt k0 (1 at)
k0固体在0℃时的导热系数，α温度系数，对大多数金属材料
第二节 固体中的热传导
一、导热速率方程――傅立叶定律
化工原理第四篇传热
对 于 一 维 温 度 场 ， 等 温 面 x 及 (x+Δx) 的 温 度 分 别 为 t(x,τ) 及
t(x+Δx,τ)，则两等温面之间的平均温度变化率为： t-t
t(x x, ) t(x, )
t
x
t+t
Q
温度梯度:
dA
gradt lim t(x x, ) t(x, ) t n
x0
x
ln r1 r
Q
r
t t1 2 l ln r1
t～r成对数曲线变化(假设不随t变化)
4．平壁：各处的Q和q均相等； 圆筒壁：不同半径r处Q相等，但q却不等。
2 多层圆筒壁的稳定热传导
对稳定导热过程，单位时间内由多层壁所传导的热量，亦 即经过各单层壁所传导的热量。
如图所示：以三层圆筒壁为例。
t 0
一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。
一维温度场的温度分布表达式为：
t = f (x,τ)
等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同 的点组成的面。
等温面
t1 t2
Q
t1>t2
等温面的特点： （1）等温面不能相交； （2）沿等温面无热量传递。
注意：沿等温面将无热量传递，而沿和等温面相交的任何方 向，因温度发生变化则有热量的传递。温度随距离的变化程 度以沿与等温面的垂直方向为最大。
解 ： 根 据 题 意 ， 已 知 t1=10℃ ， t4=-5℃ ， b1=b3=0.12m ， b2=0.10m，λ1= λ3= 0.70w/m·k， λ2= 0.04w/m·k。
按热流密度公式计算q
：
q
Q
A
( b1
t1 t4 b2 b3 )
化工原理.对流传热
logNu b
logPr logNu/Prb a
logc
logRe
（三）定性温度、特性尺寸的确定 1．确定物性参数cp、μ、ρ等数值的温度称为定性温度。 定性温度的取法：
(1) tm t1 t 2 2
(2) 膜温 tW t m 2
2．特性尺寸
取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。
3 Re 0.4
适用条件：Re>1800
特性尺寸l：管或板高H
定性温度：膜温
Re的表达式：
Re d eu 4
S
u
4 Re
qm
qm Su
4lt r
Q qm r Q At lt
Re
4．冷凝传热的影响因素和强化措施
1) 流体物性 冷凝液、 、 r 、 → 2) 温差 液膜层流流动时，t=ts－tw →
d 0
流速u按流通截面最大处的截面计算：
S max hD(1
式中
do t
)
h——两块折流挡板间距离，m； D——换热器壳径，m；
do——管子的外径，m；
t——相邻两管中心距，m。
u
0.55 0.45
de
提高壳程对流传热系数的措施：
1） u ; 但u 流动阻力 u , h f
四、对流传热系数经验关联式
（一）因次分析 ＝f (u，l，，，cp，，gt) 式中 l—特性尺寸； u—特征流速。 基本因次：长度L，时间T，质量M，温度 变量总数：8个
由定律（8-4）= 4，可知有4个无因次数群。
Nu m Re Pr Gr
a b
c
化工原理传热过程的计算讲义
恒温传热，流体的流动方向对其无影响 tm逆 tm并 T t
变温传热，逆流操作的平均温度差大于并流
tm逆 tm并
返回
② 流体流动方向对传热面积的影响
Q KStm
tm逆 tm并
S逆 S并
在传递等量的热量时，相同条件下，逆流所需的传热面积比并 流的小，也就是说明采用逆流操作可以节省换热器材料。
S dl
1 1 b d0 1 d0
K0 0 dm i di
返回
式中8 K0——以换热管的外表面为基准的总传热系数；
dm——换热管的对数平均直径。
dm
(d0
di ) / ln
d0 di
以内表面为基准： 1 1 di b di 1
Ki 0 d0 dm i
以壁表面为基准： 1 1 dm b 1 dm
dQ
T t 1
KdS
1 1 b 1
KdS 0dS0 dSm idSi
式中 K——总传热系数，W/(m2·K)。
返回
讨论7 ： 1．当传热面为平面时，dS=dS0=dSi=dSm
1 1 b 1
K 0 i
2．以外表面为基准(dS=dS0):
1 1 b dS0 1 dS0
K0 0 dSm i dSi
返回
4.4.4 总传热速率方程的应用
1.传热面积的计算
S Q Ktm
2.实验测定总传热系数
3.换热器的操作型计算
对现有的换热器，判断其对指定的传热任务 是否适用，或预测在生产中某些参数变化对传热的 影响.
返回
Q Whcph (T1 T2 ) Wccpc (t2 t1) Q KStm Q, S , K ,Wh ,Wc ,T1,T2 , t1, t2 九个参数，三个方程
化工原理复习资料
化工原理复习资料(1) 在传热实验顶用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K 接近于 空气 侧的对传播热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。
(2) 热传导的全然定律是 傅立叶定律 。
间壁换热器中总传热系数K 的数值接近于热阻 大年夜 （大年夜、小）一侧的α值。
间壁换热器管壁温度t W 接近于α值 大年夜 （大年夜、小）一侧的流体温度。
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，则该壁面的热阻愈 大年夜 （大年夜、小），其两侧的温差愈 大年夜 （大年夜、小）。
(3)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大年夜，则该壁面的热阻愈 小 ，其两侧的温差愈 小 。
(4)在无相变的对传播热过程中，热阻重要集中在 滞离层内（或热界线层内） ，削减热阻的最有效方法是 进步流体湍动程度 。
(5) 清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 膨胀节 、 采取浮头式 或 U 管式构造 ；翅片管换热器安装翅片的目标是 增长面积，加强流体的湍动程度以进步传热系数 。
(6) 厚度不合的三种材料构成三层平壁，各层接触优胜，已知b 1>b 2>b 3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳固传热过程中，各层的热阻R 1 > R 2 > R 3，各层导热速度Q 1 = Q 2 = Q 3。
(7) 物体辐射才能的大年夜小与 黑度 成正比，还与 温度的四次方 成正比。
(8) 写出三种轮回型蒸发器的名称 中心轮回管式 、 悬筐式 、 外加热式 。
(9) 在大年夜容积沸腾时液体沸腾曲线包含 天然对流 、 泡核沸腾 和 膜状沸腾 三个时期。
实际操作应操纵在 泡核沸腾 。
在这一时期内，传热系数跟着温度差的增长而 增长 。
(10) 传热的全然方法有 传导 、 对流 和 辐射 三种。
热传导的全然定律是⎽⎽⎽傅立叶定律⎽其表达式为⎽⎽⎽dQ= -ds λnt ∂∂⎽⎽⎽。
(11) 水在管内作湍流流淌，若使流速进步到本来的2倍，则其对传播热系数约为本来的1.74 倍；管径改为本来的1/2而流量雷同，则其对传播热系数约为本来的 3.48 倍。
化工原理第四章传热
λ3A
因△t = t1-t4 = △t1+ △t2+ △t3
△t b1 b2 b3 + + λ1A λ2A λ3A
△t
Ｑ＝
＝
∑ Ri
i=1
3
总推动力
=
总热阻
［例4-2］已知：耐火砖 ：b1=150mm λ1=1.06 W/(m· ℃) 保温砖： b2=310mm λ2=0.15 W/(m· ℃) 建筑砖 ：b3=240mm λ3=0.69 W/(m· ℃) t1=1000℃,t2=946℃
解：（a）每米管长的热损失
q1= Q l = r2 1 ln r1 λ1 2π（t1 – t4） r3 1 ln + r2 λ2 r4 1 + ln r3 λ3
r1=0.053/2=0.0265， r2=0.0265+0.0035=0.03 r3=0.03+0.04=0.07，r4=0.07+0.02=0.09 q1=191
Q q1= =2πλ l
t1-t2 r2 ln r1
可见，当比值r2/r1一定时，q1与坐标r无关
上式也可改写为单层平壁类似形式的计 算式：
２πl（r2 - r1）λ（t1 - t2）
2πr2l （r2 - r1）ln 2πr1l （A2 - A1）λ（t1 - t2） λ = = Am（t1－t2） A2 b （r2 - r1）ln A1
＝
△t
R
传热推动力 ＝ 热阻
也可写成： Q q= A
λ (t1-t2) = b
[例4-1] 现有一厚度为240mm的砖壁，内 壁温度为600℃，外壁温度为150℃。试求 通过每平方米砖壁壁面的导热速率（热流 密度）。已知该温度范围内砖壁的平均热 导率λ＝0.6W/（m. ℃ ）。 解：
化工原理 第四章 传热过程超详细讲解
泡沫保温 材料
三、平面壁的稳定热传导——特点
1 单层平面壁，如P105图
∴ A
(t1 t 2) At
例4-11 Δtm逆 =54.9℃ Δtm并=39.1℃ Δtm逆 /Δtm并=54.9/39.1 =1.404 在Φ, K相同时：A并/A逆=Δtm逆/Δtm并＞1 A并>A逆 在A, K相同时：Φ逆/Φ并=Δtm逆 /Δtm并＞1 Φ逆>Φ并 据Φ=MCpΔt`，在Φ相同时，逆流可减少热载体的用量， 即M逆<M并。
(2)Δt1/Δt2 =R1/R2=
即各层的温降与其热阻成正比。
1 2 t1 t4 (3) t 2 t 1 t3 t2 t2 2 3 i A 1 A2 2 i 1 i
——可求夹层间的温度。
(4)在不知A时, 可求单位传热面积的传热速率—热流密度
五、总传热系数K
∴单层
1 1 K rm rm rm r 2 r1 rm 1 r 1 2 r 2 1r 1 2 r 2
多层圆简壁一般不用Φ=KAm (T- t) 的形式,而直接使用公式。
i
rmi
ri 1 ri 1 ln ln ri 1 ri ri ri
对数平均半径。当r2 /r1<1.2 时，可用算术
平均半径 rm=(r2+r1)/2代替。
2 、多层圆简壁 如图：各层都相当于单层圆筒壁，仿多层平面壁推导有：
化工原理传热
Φ
由： dt dx A
t xC A
t2
沿壁厚方向，温度分布为一直线。
x/ m
单层平壁导热温度分布
12
② 热导率和温度有关
dt q (t ) dx
代入 0 (1 a t )，积分得：
t2
t1
0 (1 t )dt q dx
x1
Φ
t2
①
热导率为常数 热流量：
b
dt A dx
t2 t1
b
x1
x2
x
积分： dx A dt
0
单层平壁的稳态热传导
11
t1 t2 t 传热推动力（温差） 得： (t 2 t1 ) b R 传热阻力（热阻） b A
A
t/ ℃ t1
平壁内的温度分布：
u
t
t∞-t
t∞
t∞-t
t'∞
(t-tW)/ (t∞-t)=0.99
Φ
tW
δt
19
（2）热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
（3）热边界层的特点
层内（近壁处）：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
dt 层外（流体主体）：等温区，无温差和热阻 0 dy
（4）热边界层发展过程 圆管内
ln(r2 / r1 ) b 其中，R 2L Am
A2 A1 Am A2 ln A1
16
② 多层圆筒壁
t1 t 4 b b1 b 2 3 1 Am1 2 Am2 3 Am3
r2
r3
r4
r1
t1
t1 t 4 ln(r2 / r1 ) ln(r3 / r2 ) ln(r4 / r3 ) 2L1 2L2 2L3
化工原理--传热
第四章传热本章介绍了三种基本传热方式，即导热、对流传热、辐射传热的基本概念和定律；详细分析了对流传热过程机理，建立了对流传热速率方程以及表面传热系数的经验关联式；由总传热速率方程出发，对传热过程进行设计计算和操作分析、诊断；介绍了换热设备的类型和列管式换热器的设计和选用。
本章重点要求掌握：①对流传热过程的基本概念、定律、传热速率方程；②管内强制湍流流动时表面传热系数的经验关联及影响因素；③总传热速率方程以及传热过程的计算。
4.1 概述4.1.1 传热在化工生产中的应用传热，即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。
由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递，故在科学技术、工业生产以及日常生活中都涉及许多的传热过程。
化工生产过程与传热关系十分密切。
这是因为化工生产中的很多过程都需要进行加热和冷却。
例如，为保证化学反应在一定的温度下进行，就需要向反应器输入或移出热量；化工生产设备的保温或保冷；生产过程中的热量的合理使用以及废热的回收利用，换热器网络的综合利用；蒸发、精馏、吸收、萃取、干燥等单元操作都与传热过程有关。
化工生产过程中需要解决的传热问题大致分为两类：(1)传热过程的计算，包括设计型计算和操作型计算；(2)传热过程的改进与强化。
这两类问题的解决，都需要从总的传热速率方程出发，即：（4.1.1）式中：Q—冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；K—传热系数，W/(m2·℃)；A—传热面积，m2；Δtm—平均传热温差，℃。
4.1.2 传热的基本方式根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即热传导、对流和辐射。
热传导：热传导又称导热。
是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。
对流传热：对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。
在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触时的热量传递。
化工原理第三章_传热-学习要点
传热(Heat transfer)是指由于温度差而引起的能量传递过程。 热传导 (Heat conduction)：由于物体内部微观粒子热运动而 引起的热量传递现象。（固体或静止流体中） 热对流 (Heat convection)：由于温度不同的流体之间发生相 对位移而引起的热量传递现象。（流体流动中） 自然对流：温差导致密度差导致流体流动 强制对流：外力强制流体流动 热辐射 (Heat radiation) ：温度不同的物体之间发射与吸收 电磁波的能量不同，从而引起热量传递现象。（任 何物体中，高温条件下显著） 实际传热过程中，往往是多种传热形式的组合。
3.4.2 总传热系数 (Overall heat transfer coefficient )
基于管外表面积： 1 1 b d o 1 d o
Ko
o
dm
i di
1 1 b di 1 di 基于管内表面积： Ki i d m o do
dm 1 b dm 基于管平均面积： K m i di o do
多液滴，并沿壁面落下 。
* 蒸气与低温壁面直接接触，因此滴状冷凝传热效果好于膜 状冷凝。
3.3 对流传热 Convection Heat Transfer
3.3.3 对流传热系数 (Convective heat transfer coefficient )
3.3.3.4 蒸汽冷凝
影响冷凝传热的因素(P131) ① 液体的性质： λ↗ ,ρ↗, μ↘ → α↗ α水> α有机 ② 冷凝液膜两侧的温度差：α= f (Δt-1/4) Q =α· Δt A· ③ 蒸气中不凝气体（设置放气口，定期排不凝气体）
化工原理第四章对流传热
【解】在确定各物理量时，先确定定性温度。
一般情况下，用进出设备流体的温度的平均值
（算术平均值），即：
t t进＋t出 ＝20＋40＝30℃
2
2
查数据手册，30℃时水的物性数据为：
Cp=4183J/(K.kg) ρ=996kg/m3 μ=8.01×10－4Pa.s λ=0.618W/(m.K)
【注意事项】
（1）定性温度取流体进出温度的算术平均值tm； （2）特征尺寸为管内径d；
（3）流体被加热时，n＝0.4；
流体被冷却时，n＝0.3。
（4）若l/d＜60 ，进行校正：
'
1
d
0.7
l
3/24/2020
（2）圆形直管内的湍流（高粘度流体）
0.027 ( du )0.8 ( c p )0.33 ( )0.14
（1）什么是定性温度 【定义】确定物性参数 数值的温度称为定性温 度。
Re du
T1
t2
Pr c p
T2
t1
3/24/2020
（2）定性温度的取法 ①流体进、出口温度的平均值
②膜温
tm
t1
t2 2
t tm tw 2
th T1
热Φ 流 体
th,w
t2
Φ
冷 流 tc,w 体
式中 tw——壁面上的温度；
bt
Q bt A(tw t) 当流体被冷却时：
Q
bt'
A(T
Tw )
bt’
3/24/2020
4、牛顿冷却定律
令：
bt
Q
bt
A(t w
t)
流体被加热： Q A(tw t)
化工原理传热过程的计算讲义
化工原理传热过程的计算讲义一、导言传热是化工过程中非常重要的一环，它涉及到物质热量的传递与转换。
在化工原理中，传热过程的计算是一个非常重要的技术，它在化工装置的设计、运行与优化中发挥着重要作用。
本篇文章将重点介绍化工原理传热过程的计算，包括传热的基本方法、传热系数的计算、传热器的设计等内容。
二、传热的基本方法传热可以通过三种基本方法进行，即传导、对流和辐射。
具体计算传热过程时需要结合实际问题选择合适的方法。
1.传导：传导是指物质内部热量的传递。
传导热量的传导方程可以通过傅里叶定律来描述，即Q=kAΔT/Δx，其中Q为传导热量，k为传导系数，A为传热面积，ΔT为温度差，Δx为热传导距离。
2.对流：对流是指通过流体介质的热量传递。
对流热量传递的计算需要考虑流体的性质以及传热的边界条件。
对于强制对流，我们可以使用恩塞定律来计算，即Q=hAΔT，其中Q为传热热量，h为传热系数，A为传热面积，ΔT为温度差。
而自然对流的计算需要考虑流体的性质以及传热的边界条件。
3.辐射：辐射是指通过电磁波的热量传递。
辐射热量传递的计算需要考虑物体的辐射系数、表面特性以及温度差。
三、传热系数的计算传热系数是用来描述传热过程中的传热能力的参数。
在化工原理中，传热系数需要根据具体问题来进行计算。
1.对流传热系数的计算：对流传热系数的计算需要结合实际问题考虑流体的性质以及传热的边界条件。
通常可以通过实验数据、经验公式或者数值模拟等方法来计算。
2.传导传热系数的计算：传导传热系数的计算需要考虑传导过程中的材料的性质，包括导热系数、导热面积等。
通常可以通过实验数据、经验公式或者数值模拟等方法来计算。
3.辐射传热系数的计算：辐射传热系数的计算需要考虑物体的辐射系数、表面特性以及温度差。
通常可以通过实验数据、经验公式或者数值模拟等方法来计算。
四、传热器的设计传热器是化工装置中用于传热的核心设备之一，它的设计直接影响传热效果与能耗。
在传热器的设计中需要考虑以下几个方面：1.传热面积的确定：根据传热的需求以及传热系数的计算结果，确定传热面积的大小。
化工原理 第四章 传热
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
dt Q S dx x 0，t t1；
x b，t t2； t1 t2
Q
S
b
t1 t2
Q
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。
⑴ 给热是集热对流和热传导于一体的耦合过程。 ⑵ R集中在层流内层→ 层流内层厚度↓是强化给热的主要途径。
传热－对流传热
② 热边界层 热边界层→即温度边界层，指壁面附近处具有温度梯度的流体薄层。
dt dQ dS dy w
dQ tw t dS
dt dt tw t dy w t dy w
⑴
平板上的热边界层
dt t不变时， t ， dy w
。
⑵ 流体在管内流动时，热边界层与流动边 ⑴ 热边界层边缘处→ 界层类似。不同的是，经历进口段和完全 t t 0.99 t t 发展区后，温度分布随管长渐变为平坦， < ⑵ 热边界层厚度→ 。 继而温度梯度消失，直至传热停止。
dQ T Tw dS
Q S t
R
1 S
① →平均给热系数。 ② 流体温度→流动横截面上的平均温度。 ③ 若热流体走管内，冷流体走环隙， dQ i T Tw dSi o tw t dSo
④ 给热研究的内核→不同给热情况下，α 的大小、影响因素及其计算式。
n
bi
mi
Q
2 πL t1 t4 1 r2 1 r3 1 r4 ln ln ln 1 r1 2 r2 3 r3
化工原理 第四章 传热
12
第二节 热传导
一、傅立叶定律
1.温度场和温度梯度 1) 温度场 某一时刻物体或系统内各点的温度分布总和。
t f x, y, z,
13
2) 等温面：温度场中同一时刻下相同温度各点所
组成的面。等温面不能相交。 3) 温度梯度：两相邻等温面的温度差与两面间的 垂直距离之比。即等温面上某点法线 方向上的温度变化
Ku l c p ( gt )
a b c d e f
h
将各物理量量纲代入上式，用一些参数a,f,h表示其它参数 得 d=1-f c=-a+f-2h e=a+2h b=a+3h-1 代入原函数得 39
lu c p l K
37
对流传热过程的分类及准数关联
由于对流传热的多样性，有必要将问题分类加以研究。
冷凝传热 有相变传热 沸腾传热 对流传热 自然对流 无相变传热 强制对流 管内对流 管外对流 非圆管道 弯管 圆形直管 湍流 过渡区 滞流
38
三、对流传热中的量纲分析
对流传热系数一般难于用理论建立公式，通过量纲分 析再加实验是确定它的关系的重要途径。 流体无相变时，通常有下列物理量影响。 u , l , , , , Cp, gt 设可写为幂函数形式
物体物流各点不随时间变化的传热过程称稳态传热， 反之则非稳态传热。稳态传热的传热速率为常数。 工业生产上一般接近稳态传热。
4. 两流体通过间壁的传热过程
对流热传导对流 以对流方式为主，通常又称对流传热或给热。
11
5. 传热速率方程
经验表明，在稳态传热过程中，传热速率与传热面积 A和两流体的温度差成正比。 t m 推动力 Q KAt m 1 /(KA) 热阻 总传热系数、传热面积、推动力是传热过程三大要素。 将热阻记为R，则Q=tm/R 下面将分别讨论传热基本原理及传热系数的计算。
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n' n
d d'
2
u' u
nd 2 n 'd '2
2
'
u '0.8 d
0.2
u
d
'
2
Α‘=2200 W/(m2·K)
（3）换热面积为原来5倍，换热管尺寸不变，换热管根数应为原来5倍，流通截面积 为原来5倍，流速只有原来的1/5，雷诺数也只有原来1/5为2000，层流，此时传热系 数计算公式发生了变化，计算结果为传热系数只有原来的1/10。
查得 46 10 28℃ 时
2
Q ms1r ms1c p146 10 29.3 2.89 32.19kW
c p1 0.963kJ / (kg K)
为求A1、A2就应求出两段交界处冷却水温度
ms2c p2 32 5 Q
t 32 Q1 32 29.3 7.45℃
作业题
化工原理
24、单程列管换热器，内有37根25mm2.5mm、 长3m的换热管。今拟采用此换热器冷凝并冷却 CS2饱和蒸汽，自饱和温度46 oC冷却到10 oC ， CS2在壳程冷凝，其流量为300kg/h, 冷凝潜热 为351.6kJ/kg。冷却水在管程流动，进口温度为 5 oC ，出口温度为32 oC ，与CS2冷凝液逆流流 动。已知CS2冷凝段和冷却段的总传热系数分 别为K1=291,K2=174。问此换热器是否适用？ （传热面积A及总传热系数均以外表面积计）
传热面积增加5倍，传热系数（该换热器取决于管程）减小为1/10，新换热器不 仅不能使水的出口温度提高，反而会使其降低。
15
热传导
化工原理
φ25mm×2.5mm的钢管，外包有热导率为0.4W/(m.k)的保温 材料，以减少热损失。已知钢管外壁温度t1=320 ℃,环境温度 t0=20 ℃。求保温层厚度分别为10mm、20mm、27.5mm、40mm、 50mm、60mm、70mm时，每米管长的热损失及保温层外表面温
度t2。保温层外表面与环境的对流传热系数为100W/(m2.k)，
保温层与钢管接触良好。 通过圆筒壁的热传导速率：
Q
2lt1 t2 lnr2 / r1
保温层外表面与环境的自然对流传热速率
Q A2 t2 t0 2lr2 t2 t0
16
当热损失达到定态时，每米管长的热损失为
外表面温度为50℃，则这三层平壁的热导率λ1、λ2、λ3之间
的关系为（
）。
2.一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温 效果应（ ），原因是（）。
3. 由多层等厚平壁构成的保温层中，如果某层材料的热导率 越大，则该层的热阻就越（ ），其两侧的温差就越（ ）。
19
化工原理
4. 在厚度一定的圆筒壁定态热传导过程中，由内向外通过各等 温面的传热速率Q将（ ），由内向外通过各等温面的热通量q 将（ ）。
10. 饱和蒸汽冷凝时，壁温与饱和蒸汽的温差越大，则冷凝传热 系数越( );液体核状沸腾时，壁温与饱和液体的温差越大，则沸 腾传热系数越（ ）。
21
化工原理
11. 计算冷凝传热系数时，关联式中的Δt是指( )；蒸汽冷凝相 变焓按（ ）温度取，其余物性按（ ）温度取。
12. 通常，蒸汽在水平管外的冷凝传热系数（ ）垂直管外的 冷凝传热系数，其原因是（ ）；蒸汽冷凝于水平管束时的传 热系数（ ）冷凝于单根水平管式，其原因是（ ）。
13. 工业上为提供冷凝器冷凝传热效果，在操作时需要及时排 放冷凝器内积存的（ ）和（ ）。
14. 克希霍夫定律的物理含义可以从两方面理解：一是灰体的 （ ）与（ ）之比等于（ ）；二是灰体的（ ）与（ ） 在数值上相等。
22
化工原理
15. 两灰体表面间的辐射传热速率与（ ）、（ ）、（ ）、 （ ）有关。
组合结果
傅里叶定律
牛顿冷却定 律
辐射定律
dQ dA t n
dQ dA(T Tw ) E0
C0
(T 100
)
4
两流体通过间壁传 高（低）温设备散
热
热（冷）
8
导热
化工原理
概念： 导热系数（单位、固液气λ的相对大小）、 t对λ的影响
公式：
1、傅里叶定律
q dQ t
ms2 c p2
4.187 0.285
2
t m1
38.55 14 38.55
24.24℃
ln
14
46
46
32
7.45
14
38.55
t m2
38.55 5 38.55
16.43℃
ln
5
46
10
7.45
5
38.55
5
A需
A1需
A2需
Q1 K1t m 1
Q2 K 2tm2
20
化工原理
7. 在开发和使用传热系数的时，需要确定的特征物理量是（ ）、 （ ）和（ ）。
8. 水在管内做湍流流动，若使流速提高至原来的2倍，则其对流 传热系数约为原来的（ ）倍；若管径改为原来的1/2，则其对流 传热系数约为原来的（ ）。
9. 在无相变强制传热过程中，热阻主要集中在（ ）；在蒸汽冷 凝传热过程中，热阻主要集中在（ ）。
= E
E0
=A
Q1-2
=C1-2
A
T1 100
4
-
T2 100
4
----克希霍夫定律
11
传热过程计算
化工原理
Q=K tm A
1 K
=
1
1
+R s1+
bd1
dm
+Rs 2
d1 d2
+ 1d1
2d2
圆筒壁
tm
=
t2 -t1 ln t2/t1
13
化工原理
解：（1）查水和空气在各自定性温度下的物性参数：ρ，λ，μ，Cp，同样质量流量 下空气在换热管内的雷诺数大于水的值，其流动也未湍流，则
0.023
d
du
0.8
cp
0.4
0.023
u
c 0.8 0.4 0.6 p
d 0.2 0.4
空气与水的对流传热系数之比为
1
cp1 cp
0.4
1
0.6
1
0.4
0.345
则空气的对流传热系数为380W/(m2·K)
(2) 同理，可以计算出苯的对流传热系数为368.5W/(m2·K)
14
化工原理
（3）两换热器中换热面积相同，即nπdl=n’ πd’l’ ,由此可得两换热器换热管根数之比
化工原理
Q t1 t2 t2 t0 来自t1 t0l
1 ln r2
1
1 ln r2 1
2 r1 2r2 2 r1 2r2
保温层厚 10
半径
22.5
热阻
0.941
热损失 318.8
外表面温 2453.
度
20 32.5 0.87 344.8 188.7
27.5 40 0.861 348.4 158.6
自然对流热阻↓
1
2r2
d R
dr2
1
2
1
r2
1
r22
0
rc
40mm
保温层并不总是越厚越好，当其半径在小于临界值的范 围内变化时，保温层越厚保温效果越差。
18
化工原理
1.在通过三层平壁的定态热传导过程中，各层平壁厚度相同，
接触良好。若第一层两侧温度分别为150℃和100℃，第三层
dA
n
2、一维稳态导热
平壁
Q=qA
=
t1 -t2
b/A
=
推动力 热阻
圆筒壁
Q=
t1 -t2
b/Am
Am =2 rmL
rm
=
r2 -r1 ln r2/r1
9
Q=
总推动力 总热阻
=
t1 -t2
bi/i A
Q=
t1 -t2
bi /i A mi
=
总推动力 总热阻
对流
化工原理
概念： 热边界层、各种对流传热情况下α的 影响因素、数量级、几个准数:Nu、Pr
6
化工原理
（3）本章一般了解的内容 对流-辐射联合传热 一般传热设计的规范、相关计算和设备选型要考虑的问题 （4）本章学习中应注意的问题 边界层概念 量纲分析法 辐射传热的基本概念和定律，影响辐射传热速率的因素
7
1、三种传热方式比较
化工原理
传热方式 热传导 对流传热 辐射传热
定律名称
定律表达 式
40 52.5 0.874 343.2 123.9
50 62.5 0.895 335.2 105.3
60 72.5 0.919 326.4 91.6
70 82.5 0.944 317.8 81.2
17
化工原理
保温层的热传导+保温层外表面的自然对流
保温层厚度↑
r2
导热热阻↑
1 ln r2
2 r1