14 第十章传热和传热过程 2011
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
清华大学热工基础课件工程热力学加传热学第十章-对流换热、单相流体
对流换热愈强烈；
2）密度，kg/m3 3）比热容c，J/(kgK)。 c反映单位体积流体热容量
的大小，其数值愈大，通过对流所转移的热量愈多，对 流换热愈强烈；
4）动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2/s。流体
的粘度影响速度分布与流态，因此影响对流换热；
u v 0
dy
x y
2）动量微分方程（动量守恒）
微元体
惯性力
压力差 0
dx
x
x方向: u u u xv u y F x x p x 2 u 2 y 2 u 2
D duFxxp2u 体积力
20
局部表面传热系数的变化趋势：
流动边界层厚度 与热边界层厚度t的比较 ：
两种边界层厚度的相对大小取决于流体运动粘度 与
热扩散率a的相对大小。令
对于层流边界层:Pr≥1 t ；Pr≤1 t
Pr a
对于湍流边界层: t
普朗特数
一般液体:Pr=0.6~4000；气体：Pr=0.6~0.8。 21
cp
t
uxt vyt
2t x2
2t y2
4个微分方程含有4个未知量(u、v、p、t)，方程 组封闭。原则上，方程组对于满足上述假定条件的对 流换热（强迫、自然、层流、湍流换热）都适用。15
（2）对流换热的单值性条件
1) 几何条件
1
10-1 概述
1. 牛顿冷却公式
= A h( tw－tf ) q = h( tw－tf )
h—整个固体表面的平均 表面传热系数;
tw—固体表面的平均温度; tf —流体温度，对于外部绕流，tf 取远离壁面的流体 主流温度；对于内部流动，tf 取流体的平均温度。
杨世铭《传热学》考研考点讲义
辐㊀射㊀传㊀热
一 热辐射的基本概念 １ ． 电磁波谱 ２ ． 吸收、 反射、 透射 ３ ． 黑体的概念和作用 ４ ． 黑体辐射的基本定律 Ｓ ｔ ｅ ｆ ａ ｎ － Ｂ ｏ ｌ ｔ ｚ ｍ ａ ｎ ｎ 定律 Ｐ ｌ ａ ｎ ｃ ｋ 定律㊀㊀㊀ Ｗｉ ｅ ｎ 位移定律 Ｌ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ 定律 ５ ． 实际物体的辐射吸收特性 漫射表面 灰体的概念 基尔霍夫定律 实际物体表面简化的可行性 ６ ． 温室效应 二 辐射传热的计算 １ ． 角系数 ２ ． 投入辐射、 有效辐射 ３ ． 任意两表面之间辐射传热 ４ ． 多表面系统辐射传热 表面辐射热阻和空间辐射热阻 画网络图的方法 表面净辐射传热量和任意两表面之间的辐射传热量 两种特殊情形 黑体、 重辐射面 ５ ． 遮热板 遮热板的工作原理 遮热板的应用： 如何进一步提高遮热板的遮热效果， 提高测温精度
换㊀热㊀器
一 传热过程的分析和计算 传热过程 总传热系数
㊀４
杨世铭《 传热学》 考点精讲及复习思路
①传热过程的辨析 圆筒壁 ＼ 肋壁的传热 ②总传热系数的计算㊀㊀ 通过平壁 ＼ 强化传热的突破口㊀㊀ 强化传热应从热阻最大的环节入手 临界热绝缘直径 二 换热器的型式及平均温差 换热器的定义、 型式、 特点 简单顺流和逆流的平均温差的计算 简单顺流和逆流的定性温度分布 其它复杂流动布置的平均温差的计算 三 换热器的热计算 设计计算和校核计算 利用平均温差法进行换热器的设计计算 ①所依据的方程㊀㊀ ②步骤 １ ． Ｔ Ｕ法 －Ｎ ①有关概念㊀㊀㊀ ②与平均温差法比较 ２ ． 污垢热阻 二、 杨世铭《 传热学》 考点精讲及复习思路课程安排 第一章 概论— — —１讲 第二章 稳态热传导— — —３讲 第三章 非稳态热传导— — —２讲 第四章 热传导问题的数值解法— — —２讲 第五章 对流传热的理论基础— — —２讲 第六章 单相对流传热的实验关联式— — —２讲 第七章 相变对流传热— — —２讲 第八章 热辐射基本定律和辐射特性— — —２讲 第九章 辐射传热的计算— — —２讲 第十章 传热过程分析与换热器的热计算— — —２讲 第十一章 传质学简介 三、 考试题型 名词解释 如： １ ． 大容器沸腾； ２ ． 流动边界层； ３ ． 辐射传热； ４ ． 传热过程； ５ ． 稳态温度场； 填空 如： 第一类边界条件是㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
10传热学-传热过程和换热器
tf1 tf 2
K
For steady heat transfer through a series composite wall
K
1 1 n i 1 h1 i 1 i h2
二、通过圆筒壁的传热 (heat transfer through a cylinder)
二、对保温隔热材料的要求 1. 有最佳密度：使用时，应尽量使其使用密 度接近最佳密度； 2. 热导率小：选用热导率小的材料； 3. 温度稳定性好：在一定温度范围内，物性 值稳定 4. 有一定的机械强度； 5. 吸水、吸湿性小：水分会使材料导热系数 大大增加。 三、最佳保温隔热厚度
四、保温结构 为防止水或湿气进入，外加保护层。 为减少对环境的辐射散热，外加铝箔或聚酯镀铝薄膜。 五、保温隔热效率 设备和管道保温隔热前后的散热量(或冷损失量)之差 与保温隔热前散热量0(或冷损失量)之比，即：
Heat transfer rate:
KAt KA(t f 1 t f 2 )
where A—surface area, m2 t—temperature difference, C K—overall heat transfer coefficient, W/m2· C
一、通过平壁的传热 (heat transfer through a plane wall)
注意：对于低温、超低温管道和设备的保冷，一般的 保温隔热材料不能满足要求，须采用多层镀铝薄膜和 网状玻璃纤维布并抽真空。
0 0
§3 换热器(Heat exchangers)
一、换热器的种类(Heat exchanger types) 1. 按原理分 间壁式换热器：冷热流体被固体壁隔开，如蒸发 器、冷凝器等。 混合式换热器：在这种换热器中，两种流体相互 混合，依靠直接接触交换热量。如水和空气直接 接触的冷却水塔。 回热式(或蓄热式、再生式)换热器：在这种换热 器中，冷热流体交替地与固体壁接触，使固体壁 周期地吸热和放热，从而将热流体的热量传给冷 流体。如锅炉的再生式空气预热器和燃气轮机的 空气预热器。
物质的热传递与传热方程
物质的热传递与传热方程热传递是指物体之间传递热量的过程。
在自然界中，热量会自动从高温物体传递到低温物体，以达到热平衡。
了解物质的热传递规律对于工程、科学研究以及日常生活都具有重要意义。
本文将探讨物质的热传递原理以及传热方程。
一、热传递方式物质的热传递可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
1. 传导传导是指物体内部的热量传递。
当物体的一部分受热时，其分子会增加热运动并与周围分子碰撞，从而将热量传递给周围物体的分子。
常见的传导材料有金属、一些固体和液体。
传导热量的大小取决于材料的热导率和温度梯度。
2. 对流对流是指通过流体的运动来传递热量。
当流体受热并膨胀时，其密度减小，从而形成向上的浮力，推动冷流体下沉。
这种上升和下降的流体运动形成了对流传热。
对流传热可以是自然对流或强制对流，取决于流体运动的形式。
3. 辐射辐射是指通过电磁波的传播传递热量。
所有物体都会向外发射热辐射，其强度与物体的温度有关。
热辐射可以在真空中传递，因此，在没有其他传热方式的情况下，辐射是物体热量传递的唯一方式。
二、传热方程传热方程是用来描述热传递过程的数学模型。
根据不同的传热方式，我们有不同的传热方程。
1. 传导传热方程传导传热方程是用来描述物体内部热量传递的方程。
其一维形式可以表示为：q = -kA(dT/dx)其中，q是热流量，单位为瓦特(W)；k是材料的热导率，单位为瓦特/(米·开尔文)，A是传热截面积，单位为平方米；dT/dx是温度梯度，单位是开尔文/米。
通过该方程，我们可以计算出传热速率和材料的热导率之间的关系，从而预测热传递的行为。
2. 对流传热方程对流传热方程用来描述通过流体的传热过程。
其一维形式可以表示为：q = hA(Ts - T)其中，q是热流量，单位为瓦特(W)；h是对流换热系数，单位为瓦特/(平方米·开尔文)；A是传热面积，单位为平方米；Ts是表面温度，单位为开尔文；T是流体温度，单位为开尔文。
传热学第十章传热过程和换热器计算-精选文档
热热阻增加较多，而使换热热阻
降低较少，从而，使总热阻增加， 起到削弱传热的效果；
Ai
A2
而设置肋片使导热热阻增加较少，
而换热热阻降低较多，从而，使 总热阻下降，起到强化传热的作 用。
二、传热方程中的平均传热温差
K A t K A ( t t ) f 1 f 2
都在变化，如下图：
3 间壁式换热器的器，流体有顺 流和逆流两种，适用于传热量不大或流体流量不大的情形
(2) 管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由
管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外
壳内。两种流体分管程和壳程。
T A , out
T side) B ,in(shell
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。 蓄热式：冷、热两种流体依次交替地流过换热器的同一 换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换。 间壁式：换热器内冷、热流体由壁面隔开，热量由热流体
到冷流体传递过程是由热流体与壁面间的对流换
热、壁的导热、壁面与冷流体间的对流换热三个 环节组成的传热过程。（应用最广泛）
严格上，仅在dA时成立
实际传热过程中，通常，两个流体的温度随着传热的流程
T T ot) h (H
T
T1
Th Tc
T 2
T 1
T c (cold) x
T2
x
如何计算平均传热温差？平均传热温差与传热器的形式有关！
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：
t t t t t t h c h c
传热三种方式
1•传导传热是指温度不同的物体直接接触，由于自由电子的运动或分子的运动而 发生的热交换现象。
温度不同的接触物体间或一物体中各部分之间热能的传递过程，称为传导传热。
传热过程中，物体的微观粒子不发生宏观的相对移动，而在其热运动相互振动或 碰撞中发生动能的传递，宏观上表现为热量从高温部分传至低温部分。
微观粒子 热能的传递方式随物质结构而异，在气体和液体中靠分子的热运动和彼此相撞， 在金属中靠电子自由运动和原子振动。
⑴对流传热是热传递的一种基本方式。
热能在液体或气体中从一处传递到另一处的过程。
主要计算分类对于宅瘟畀捲T 特担黑举为聲疑*ao2、多层平面壁的计算1、单层平壁的计算⑴序+购珅子连嘉荐挑扯ft qg 醴円畀…是由于质点位置的移动，使温度趋于均匀。
是液体和气体中热传递的主要方式。
但也往往伴有热传导。
通常由于产生的原因不同，有自然对流和强制对流两种。
根据流动状态，又可分为层流传热和湍流传热。
化学工业中所常遇到的对流传热，是将热由流体传至固体壁面（如靠近热流体一面的容器壁或导管壁等），或由固体壁传入周围的流体（如靠近冷流体一面的导管壁等）。
这种由壁面传给流体或相反的过程，通常称作给热。
定义对流仅发生于流体中，它是指由于流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位弯管中的对流传热⑴由于流体间各部分是相互接触的，除了流体的整体运动所带来的热对流之外，还伴生有由于流体的微观粒子运动造成的热传导。
在工程上，常见的是流体流经固体表面时的热量传递过程，称之为对流传热。
[2]对流传热通常用牛顿冷却定律来描述，即当主体温度为tf的流体被温度为tw 的热壁加热时，单位面积上的加热量可以表示为q=a（tw-tf），当主体温度为tf的流体被温度为tw的冷壁冷却时，有q=a（tf-tw）式中q为对流传热的热通量，W/m2 a 为比例系数，称为对流传热系数，W/（m2「C）。
牛顿冷却公式表明，单位面积上的对流传热速率与温差成正比关系。
第十章传热和换热器
tw,
q qc qr (hc hr ) tw t f
qr , tam
h tw t f
qc , hc , t f
§ 10-3 换热器的型式和基本构造
一、分类
1.按结构型式分: 1)间壁式: 冷、热流体被固体壁面隔开。
如：暖风机、冷凝器、蒸发器等。
暖风机
风冷冷凝器
2)混合式: 冷、热流体互相混合。 如：喷淋式冷却塔、蒸汽喷射器。
以管壳式换热器为例，说明方法的要点.
总传热系数可表示为:
1 k
1 ho
Rw
Rf
1 hi
do di
(a)
Rw 管壁导热热阻
R f 污垢热阻
工业换热器中的管内流体的流动一般都是处于 旺盛湍流状态，hi 与流速u的0.8次方成正比.则
two
ho A1 two t fo ho f A2 two t fo
h0A0 (tw0 t f 0 )
为肋面总效率:
A1 A2 f
A0
1
tf1 tf2
1
hi Ai Ai ho A0
则以光壁为基准的传热系数:
ki
1
1
1
hi ho
定义肋化系数： Ao Ai
1, 1
（3）根据结构，算出传热系数K。(带有假设性)
（4）由传热方程(换热面积A已定),得到 。
（5）由热平衡方程得出’(出口温度均是未知量,也 带假设性.) （6）与’的误差<5%,则满足计算要求. 否则重新假设t,重复上述步骤.
2. 传热单元数法
1)换热器的效能定义：
实际传热量 最大可能传热量
实际传热量： M1c1(t'1t"1 ) M 2c2 (t"2 t'2 )
传热过程的定义
传热过程的定义传热过程是指物体或系统间由于温度差异而引起的能量传递过程。
它是自然界中普遍存在的现象，主要包括导热、对流传热和辐射传热三种方式。
1. 导热：导热是指物体中颗粒之间的振动导致的能量传递方式。
导热是固体传热的主要方式，因为固体的颗粒间距相对较小，呈现紧密有序排列，使得能量传递较为顺畅。
在导热过程中，热量从高温区传递到低温区，热量的传递速度与物体的导热性质相关，以及与温度差异和距离等因素有关。
2. 对流传热：对流传热是指物体内部或物体表面由于流体的流动而导致的能量传递方式。
对流传热在气体和液体中较为明显，对固体则较少发生。
在对流传热过程中，热量通过流体的流动将热量从高温区传递到低温区。
对流传热受到流体性质、速度、温度差异、流动形式和流体状态等因素的影响。
3. 辐射传热：辐射传热是指由于物体内部或表面发射热辐射而进行的能量传递过程。
辐射传热是一种无需介质的传热方式，可以在真空中传递。
物体的温度决定了其辐射能量的大小，而辐射传热则取决于温度差异、表面性质和几何形状等因素。
辐射传热在太阳辐射和地球散热等过程中起着重要作用。
传热过程中还有一些其他重要的概念和参数：1. 热传导率：热传导率是衡量物质导热性质的物理量，表示单位面积上单位时间内由热传导引起的热量传递。
热导率高的物质传热效果好，如金属物质；热导率低则传热效果较差，如绝缘材料。
2. 热对流系数：热对流系数是衡量对流传热的物理量，表示单位面积上单位时间内通过对流传递的热量。
热对流系数与流体性质、速度、流体状态和流动形式等因素有关。
3. 辐射系数：辐射系数是表征物体辐射传热性质的物理量，表示单位面积上单位时间内通过辐射传递的热量。
辐射系数与物体表面性质和几何形状等因素有关。
4. 热传递方程：热传递方程是用于描述传热过程的数学模型，它根据热传导、对流和辐射等传热机制，通过热平衡原理建立起物体内部或物体与外部的热量传递关系。
热传递方程可以用来求解物体内部温度分布、传热速率和传热效率等问题。
传热学简要知识点
传热学是研究热量传递过程规律的科学。
热量传递过程是由导热、热对流、热辐射三种基本热传递方式组成。
导热又称热传导，是指物体各部分无相对位移或不同物体之久而接触是依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。
导热系数是指单位厚度的物体具有单位温度差时，在它的单位面积上每单位时间得到热量。
它表示材料导热能力的大小。
只依靠流体的宏观运动传递热量的现象称为热对流。
流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程，称为对流换热。
表面传热系数是指单位面积上，流体与壁之间在单位温差下及单位时间内所传递的热量。
h的大小表达了对流换热过程的强弱程度. 物体表面每单位时间、单位面积对外辐射的热量称为辐射力。
其大小与物体表面性质及温度有关。
物体靠辐射进行的热量传递称为辐射换热。
辐射换热特点：热辐射过程中伴随着能量形式转换(物体内能—电磁波能—物体内能)；不需要冷热物体直接接触；不论温度高低，物体都在不停的相互发射电磁波能，相互辐射能量。
K称为传热系数，它表明单位时间、单位壁面积上，冷热流体间温差为1C时所传递的热量，反映传热过程的强弱. 导热理论基础温度场是指某一时刻空间所有各点温度的总称。
温度场不随时间变化而变化，称为稳态温度场。
具有稳态温度场的导程叫稳态导热。
温度场随时间变化的导热过程叫做非稳态导热。
同一时刻，温度场中所有温度相同的点连接所构成的面叫做等温面。
不同的等温面与同一平面相交，则在此平面上构成的一簇曲线，称为等温线。
自等温面上某点到另一个更等温面，以该点法线方向的温度变化率为最大。
以该点法线方向为方向，数值也正好等于这个最大的温度变化率的矢量称为温度梯度。
单位时间单位面积上所传递的热量称为热流密度。
凡平均温度不高于350C、导热系数不大于0.12W/（m.K）的材料称为保温材料。
常见的保温材料有石棉，岩棉，矿渣棉，微孔硅酸钙，苯板，泡沫塑料，珍珠岩。
用单位体积单位时间内所发出的热量表示内热源强度。
传质传热过程报告
传热传质过程报告摘要：本文论述了传质冷却的机理，并给出了工程实际的应用及其最新进展；列举了自然界和工程热质交换的实例，并阐述了传热传质机理。
关键词：传质冷却传热传质热质交换设备应用引言：动量、热量和质量的传递现象，在自然界和工程技术领域中是普遍存在的。
在建筑环境和设备工业领域里也是这样，亦存在着大量动量、热量和质量的传递现象。
热质交换就是重点研究在设备工程领域里的三种形式的现象并探讨它们传递的规律，以指导在实际工程里的应用。
在传热学中已经分析过流体和壁面间的对流换热过程，所涉及的流体是单一物质或者称一元体系。
而在某些实际情况下，流体可能是二元体系（或称二元混合物），并且其中各组分的浓度不均匀，物系中的某组分存在浓度梯度，将发生该组分由高浓度区向低浓度区的迁移过程，就会有质量传递或质交换发生。
日常生活中遇到的水分蒸发和煤在空气中的弥散以及室内装修造成的室内空气污染等都是传质现象。
同样，在自然界工程实际中，海洋的水面蒸发在潮湿的大气层中形成云雨;生物组织对营养成分的收;油池起火和火焰的扩散;冷却塔、喷气雾化干燥、填充吸收塔等的工作过程都是质过程的具体体现”。
正文：在夏季工况和冬季工况下，实现不同的空气处理过程需要不同气处理设备，如空气的加热、冷却、加湿、减湿设备等。
有时，一种空气处理设备能实现空气的加热加湿、冷却干燥或者升温干燥等过程。
尽管空气的热质处理设备名目繁多，构造多样，然而它们大多是使空气与其他介且行热、质交换的设备。
经常被用来与空气进行热质交换的介质有水、水蒸气、冰、各种类及其水溶液、制冷剂及其他物质。
根据各种热质交换设备的特点不同可将它们分成两大类:混合式热质交换设备和间式热质交换设备。
前者包括喷淋室、蒸光加湿器、局部补充加湿装置以及使用液体吸湿剂的装置等;后者包括各种形式的空气加热器及空气冷却器等。
第一类热质交换设备的特点是，与空气进行热质交换的介质直接与空气接触，通常是使被处理的空气流过热质交换介质表面，通过含有热质交换介质的填料层或将热质交换介质喷洒到空气中去。
传热学第十章传热过程和换热器计算
传热学第十章传热过程和换热器计算热力学是研究能量转换和能量传递的学科，传热学是热力学的一个重要分支。
传热过程是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程，它是通过传导、对流和辐射三种方式进行的。
换热器则是用来实现热量传递的设备。
一、传热过程1.传导：传导是指热量通过物质内部的微观振动和相互碰撞传递的过程。
物体的导热性质取决于其热导率和导热面积。
传导的热流量可用傅里叶传热定律表示。
2.对流：对流是指液体或气体中的分子通过传递热量的方式。
对流的热流量可用牛顿冷却定律表示。
3.辐射：辐射是指热能以电磁波的形式传递的过程。
辐射热量的传递与物体的温度和表面特性有关，可以用斯特藩—玻尔兹曼定律表示。
换热器是用来实现热量传递的设备，广泛应用于工业生产和能源系统中。
换热器的设计和计算需要考虑换热面积、传热系数、传热温差等参数。
1.换热面积：换热面积是换热器的一个重要参数，它表示传热过程中热量通过的表面积。
换热面积可以通过传热方程计算得出。
2.传热系数：传热系数是指在单位时间内，单位面积上的热量传递量与温度差之比。
传热系数的大小与换热器的结构、工作条件及流体性质等有关。
3.传热温差：传热温差是指热量在换热过程中的温度差异。
传热温差越大，热量传递越快。
换热器的计算包括两个方面：换热面积计算和传热系数计算。
换热面积计算一般根据传热方程进行。
传热方程可以写成Q=UAΔT，其中Q为热量传递量，U为总传热系数，A为换热面积，ΔT为温度差。
通过已知的换热量和温度差，可以计算出换热面积。
传热系数计算一般需要参考实验数据或者经验公式。
传热系数与换热器的结构和工作条件有关，一般通过实验或者估算得到。
在进行换热器计算时，还需要注意换热器的热损失问题。
热损失会影响换热器的热效率，因此需要进行热损失的计算和控制。
总之，传热过程和换热器计算是传热学中重要的内容，它们在工程实践中有着广泛的应用。
通过对传热过程和换热器的深入理解和计算，可以提高工程设备的热效率，实现能源的节约和利用。
传热基本方程及传热计算
第三节 传热基本方程及传热计算从传热基本方程m t kA Q ∆= （４－１１）或传热热阻传热推动力=∆=kA t Q m 1 （４－１１ａ）可知，要强化传热过程主要应着眼于增加推动力和减少热阻，也就是设法增大m t ∆或者增大传热面积Ａ和传热系数Ｋ。
在生产上，无论是选用或设计一个新的换热器还是对已有的换热器进行查定，都是建立在上述基本方程的基础上的，传热计算则主要解决基本方程中的m t K A Q ∆,,,及有关量的计算。
传热基本方程是传热章中最主要的方程式。
一、传热速率Ｑ的计算冷、热流体进行热交换时，当热损失忽略，则根据能量守恒原理，热流体放出热量h Q ，必等于冷流体所吸收的热量c Q ，即c n Q Q =，称之热量衡算式。
1． 1． 无相变化时热负荷的计算 （1） （1） 比热法()()1221t t c m T T c m Q pc c ph h -=-= （4-12）式中 Q ——热负荷或传热速率，J.s -1或W ； c h m m ,——热、冷流体的质量流量，kg.s -1；ph pc cc ,——冷、热流体的定压比热，取进出口流体温度的算术平均值下的比热， k Ｊ.（kg.k ）-1；21,T T ——热流体进、出口温度，Ｋ（°C ）； 21,t t －冷流体的进出口温度，Ｋ（°C ）。
（２）热焓法)(21I I m Q -= （４－１３） 式中 1I ——物料始态的焓，k Ｊ.kg -1； 2I ——物料终态的焓，k Ｊ.kg -1。
２．有相变化时热负荷计算Gr Q = （４－１４） 式中 G ——发生相变化流体的质量流量，kg.s -1；r ——液体汽化（或蒸汽冷凝）潜热，k Ｊ.kg -1。
注意：在热负荷计算时，必须分清有相变化还是无相变化，然后根据不同算式进行计算。
对蒸汽的冷凝、冷却过程的热负荷，要予以分别计算而后相加。
当要考虑热损失时，则有：通常在保温良好的换热器中可取h Q Q ）（损%5~2=三、平均温度差m t ∆的计算在间壁式换热器中，m t ∆的计算可分为以下几种类型：１．１．两侧均为恒温下的传热两侧流体分别为蒸汽冷凝和液体沸腾时，温度不变，则：m t ∆＝Ｔ－t ＝常数 ２．２．一侧恒温一侧变温下的传热 可推得计算式为：()()21212121ln ln t t t t t T t T t T t T t m ∆∆∆-∆=-----=∆ （４－１５）式中m t ∆为进出口处传热温度差的对数平均值，温差大的一端为1t ∆，温差小的一端为2t ∆，从而使上式中分子分母均为正值。
第10章 对流换热(中文课件)
工程热力学与传热学
传热学 第十章 对流换热
郭煜 中国石油大学（北京）机械与储运工程学院
郭煜《工程热力学与传热学 》
第十章 对流换热
内容要求
掌握对流换热问题的机理和影响因素 了解对流换热的数学描述 边界层理论概述与边界层内对流换热微分方程组的简化 外掠等壁温平板层流换热分析解简介 掌握对流换热的实验研究方法，相似原理 各种典型对流换热的基本特点和计算方法
tw — 固体表面的平均温度。 tf — 流体温度。
• 外部绕流（外掠平板，圆管）： tf 为流体的主流温度。
• 内部流动（各种形状槽道内的流动）： tf 为流体的平均温度。
tf
d
外部绕流
管内流动
郭煜《工程热力学与传热学 》
4. 局部表面传热系数与平均表面传热系数
局部对流换热时，局部热流密度：
郭煜《工程热力学与传热学 》
2. 流动的状态 —— 层流流动与湍流流动
层流（Laminar flow）
流速缓慢 沿轴线或平行于壁面作规则分层运动 热量传递：主要靠导热（垂直于流动方向）
u∞ tf
u∞ uq
导热
u∞
u
导热qBiblioteka 0 层流边界层x管内层流流动
Example Oils-- the flow of high-viscosity fluid at
（管内强制对流换热，外掠壁温强制对流换热， 自然对流换热等）
郭煜《工程热力学与传热学 》
10-1 对流换热概述
10-1-1 基本概念和计算公式
1. 对流换热（Convection heat transfer）
流体流过另一个物体表面时，对流和导热联合起作用 的热量传递现象。
传热学-第十章
把单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的 衡量指标，一般将大于700m2/m3的换热器称为紧凑式换热器， 板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。
(4) 板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清 洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。
1 通过平壁的传热
k K的计算1
1
1
公式？h1 h2
说明： (1) h1和h2的计算；（2）如果计及辐射时对流 换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数)
单相对流：ht hc hr
(8-24)
膜态沸腾：ht43hc43hr43 (6-23)
hr
(T14 T24)
T1 T2
由于平壁两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值无论 对哪一侧来说都是相等的。
2 通过圆管的传热
园管内外侧表面积不等，所以对内侧
而言和对外侧而言的传热系数在数值上不同的。先分析管长为L
的一段园管：见图(9-1)
传热过程包括管内流体到管内侧壁面， 管内侧壁面到管外侧壁面，管外侧壁面 到管外流体三个环节。
)dAx
t exp(kA)-1
(1)
k A
lntx t
kAx
Ax A
lnt kA
t
(2)
t exp(kA)
(3)
t
(1)+(2)+(3)
在固体微元面dA内，两种流体的换热量为:
d kd A t
对于热流体和冷流体:
dqmch hdth dthqm 1ch hd
dqmcccdtc dtcqm 1cccd
传热过程的平均热流
传热过程的平均热流好嘞，下面就为您带来这篇关于传热过程平均热流的文章。
传热过程中的平均热流，就像是一条看不见的“热流小河”，在物体之间静静地流淌。
您能想象吗？它虽然无形，却在影响着我们生活的方方面面。
比如说，冬天里我们抱着热水袋取暖，这时候热水袋里的热量向我们的身体传递，这里面就有着平均热流在发挥作用。
如果您仔细想想，是不是感觉很神奇？那到底什么是传热过程的平均热流呢？简单来说，就是在一定时间内，通过某个传热面传递的热量除以时间和传热面积得到的值。
这就好比我们计算跑步的平均速度，用跑过的路程除以时间一样。
在实际生活中，不同的传热方式会导致平均热流的差异。
像热传导，热量就像一群排着整齐队伍的小士兵，一个接一个地从温度高的地方向温度低的地方传递。
而热对流呢，热量就像一群调皮的孩子，在流体中欢快地游动，带着热量到处跑。
热辐射就更特别啦，热量像一个个小飞侠，不需要任何介质，直接“飞”向远方。
咱们来假设一个场景，一个烧得滚烫的铁锅放在炉灶上，火焰的热量通过锅底传到锅里的食物。
这个过程中，锅底不同位置的温度可能不太一样，有的地方热得快，有的地方热得慢。
但如果我们计算一段时间内通过锅底传递的总热量，再除以时间和锅底面积，就能得到平均热流啦。
再比如说，家里的暖气设备。
暖气片向房间里散热，不同位置的温度也有差别，可通过计算整个暖气片在一定时间内散发的热量除以时间和散热面积，就能知道平均热流的大小。
这是不是很有趣？了解传热过程的平均热流有啥用呢？用处可大了去啦！工程师们在设计暖气系统、空调系统的时候，就得搞清楚平均热流，这样才能保证房间里能均匀地暖和或者凉快起来，不然有的地方热得像蒸笼，有的地方冷得像冰窖，那多难受呀！在工业生产中，比如制造发动机、化工设备等，也得考虑传热过程的平均热流。
不然设备可能因为过热而损坏，或者达不到预期的工作效果。
总之，传热过程的平均热流虽然看不见摸不着，但它就像一个默默工作的“幕后英雄”，影响着我们的生活和各种工业生产。
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4-5 螺旋板式换热器
换热设备计算需要解决（确定）的问题
肋基温度下的散热量
Tf2
热阻
肋面热阻 肋壁总效率 肋壁传热热流量
以内壁面积为基准
Tw2 Tw1 Tf1
以A2为计算基准
• 通过肋壁的传热系数
肋壁传热热流量
以内壁面积为基准
记
• 称为肋化系数 ( > 1 )
以内壁面积为基准
所以，加了肋面的传热总热阻减小，换热系数增大， 有利于换热的增强。增强的效果则与多个因素有关。
③ 改变流体物性
c
a) 气体中加入固体颗粒，形成气-固悬浮体 增大体积比热容，增强对边界层的扰动，增强 辐射换热
b) 蒸汽或气体中加入雾化的液滴
④ 改变换热表面特性
a) 增加表面粗糙度 => 加大对对流换热、凝结换热的边
界层的扰动
b) 改变表面结构 => （沸腾换热）增多气化核心、降 低汽化核心形成条件；凝结换热表面的凝结液汇 集与增多暴露表面
⑥ 改变能量传递方式
如在对流换热流道中增设“对流-辐射板”结构，可大大增 强流体与换热表面的换热能力.金属丝网，陶瓷板、陶瓷环 等.
tW
？？？？？
tf
Combined Convection-Radiation Heat Transfer
分析：由于增设金属丝网，流体与管内表面的换热热流密 度增加多少？可能与哪些因素有关？代价是什么？
增强/减弱 换热的基本途径
– 减小/增大 换热热阻（涉及换热系数和面积）
实现增强/减弱、对流强化、表面温度与表面辐射特性
- 增大/减小 传热面积
§1 通过肋壁的传热
• 设置肋片目的：加大换热面积
• 通过肋壁的传热过程
热阻
Tf2
？
Tw2 Tw1 Tf1
实现流体间的热量交换
• 本节内容：间壁式换热器
21
• 按流体流动特征（方向）分类 1. 顺流式：两种流体的流
动方向相同
2. 逆流式：两种流体的流动方 向正好相反
3. 岔流式：两种流体的流动方 向垂直或以其他角 度交叉
22
4-1 管壳式换热器
4-2 肋片管式换热器
4-3 板式换热器
4-4 板翅式换热器
说明：以上分析没有考虑污垢热阻。 如果已知，如何考虑？
7
• 肋片设置效果的有关注意事项
当壁面两侧的换热系数有明显的大小不同时，肋片应 设置在哪个表面？ 气体侧？液体侧? 凝结/沸腾 换热侧？非相变对流换热侧？
肋化系数的大小与两个面的换热系数差别有无关系？
肋片的间距能否很小？
§2 有复合换热时的传热计算
hr
b
Tw4 Ta4m Tw Tf
9
• 例题 10-1 • 例题 10-2
§3 传热的增强与削弱
• 增强传热的目的：
减小换热设备体积（使之紧凑） 减小设备材料用量（设备制造成本） 减小运行动力消耗（设备运行成本）
• 削弱传热的目的：
减小热量损失（节能、降耗） 维持温度条件（保证安全、工艺条件、特殊要求）
• 复合换热：对流换热与辐射换热共存 • 工程实例 • 计算与分析的处理方法：分项计算之和
• 举例：壁面对流与辐射
qc hc (tw t f )
qr b Tw4 Ta4m
q qc qr b Tw4 Ta4m hc Tw Tf
• 辐射换热表面传热系数
qr hr Tw Tf
3-2 削弱传热的方法
增加各环节的热阻 （=减小传热系数） 措施上主要包括：
绝热（保温）材料（的开发） 结构上的考虑 绝热材料 + 特别结构 改表面涂层材料（针对辐射）
20
§4 换热器的型式和基本构造
两种或两种以上温度不同的流体之间进行热量交换的设备 • 按工作原理的换热器分类 1. 间壁式：不同流体被固体壁面分隔 2. 混合式（直接接触式）：不同流体相互直接接触 3. 回热式：回热材料间歇地与冷、热流体接触，
11
3-1 增强传热的方法
• 目标： 减小各环节的热阻 （=提高传热系数）
以壁面传热过程为例
q kt t ; k 1
r
r
r r1 r2 r3 r其他
r1
1 h1 A1
；
r2
； A
r3
1 h2 A2
；
r其他：污垢、不凝结气体、润滑油层等的热阻
要增大 q
即是要减小热阻，最需要改善的是热阻最大的环节
h2
h1
Tw2,m Tf2 Tw2
Tw1 Tf1
• 通过肋壁的传热过程
热阻
Tf2
Tw2
Tw1
Tf1
肋面热阻
h2
h1
Tw2,m Tf2 Tw2
Tw1 Tf1
肋片效率：
f
实际散热量
假设整个肋表面处于
h2 A2 Tw2,m Tf 2 h2 A Tw2 Tf 2
Tw2,m Tf 2 Tw2 Tf 2
学习传热学的工程目标
1. 各种工程中的换热问题进行计算 2. 换热器设计 3. ……
第十章 传热和换热器
§1 通过肋壁的传热 §2 有复合换热时的传热计算 §3 传热的增强和削弱 §4 换热器的型式和基本构造 §5 平均温度法 §6 换热器计算
2
简单回顾：
各传热方式/模式：导热、对流、辐射 传热过程与计算：换热热阻
例题 10-3
⑦ 利用外部力产生振荡，加大边界层的扰动
a) 机械力 b) 声波或超声波 c) 静电场
总之，一切可以减小热阻 – 导热、对流（包括沸腾 与凝结）、辐射等各个环节 – 的措施，均可以 考虑用来增强换热。
当然，有几个相关问题需要综合考虑：比如制造成 本、运行（动力、能耗）成本、设备的维护、性 能的持久性、等
12
要充分认识污垢影响的严重性 污垢的导热系数小，形成的热阻大，有时占总
热阻的比例大，从而成为“瓶颈”。 工程中的处理：清污、除垢、过滤、电化学处理
13
• 增强传热（减小热阻）的常见方法
① 扩展传热面：肋片
考核指标：单位设备体积的换热能力
② 改变流动状态 增大流速 设置扰动装置或物件 设置引起旋转流动的装置或物 加大流体对壁面的冲击及扰动
c) 表面涂层 => 凝结换热：低表面能（液滴张力角） 涂层促成（或保持）珠状凝结；辐射换热：波长 选择性表面涂层可增强或减弱辐射换热
⑤ 改变换热面几何特征（形状、尺寸等）
如管内对流换热 => 小管径有利于提升对流换热系 数；异型截面管有利于减小当量水力直径 => 从而 提高换热系数；凝结换热的表面尺寸越小越有利于 减小凝结液膜的厚度，从而减小液膜的导热热阻， 进而增大凝结换热系数