第四章-传热
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2020/11/18
传热速率方程式可以写成推动力与阻力的形式：
或：
Q
t 1
t R
KA
q Q t t A1 r K
R—总传热面的热阻，K/W； r—单位传热面积的热阻， (m2.K)/W
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只要有温差存在，就一定有热量传递，单位时间传 递的热量的多少，取决于热阻的大小
Tt
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2、传热速率与热流密度
传热速率（热流量 ）Q ：单位时间内通过传热面的热量，单
位为w。
热流密度（热通量）q ：单位时间内通过单位传热面积的热量
。单位为w/m2 传热速率与热流密度的关系为
qQ A
传热速率
传热温差（推动力） 热阻（阻力）
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三、间壁换热过程的剖析
1、间壁式换热器
1）换热器：进行换热的设备称为换热器。 2）间壁式换热：工业上，一般情况下不允许冷、热两种流 体直接接触进行热交换，要求用固体壁面隔开，冷、热流 体分别在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量 传递。 例：套管式换热器
套管式换热器是由两种直径大小不同的直管组成的同心管 ，一种流体在内管中流动，另一种流体在内、外两壁间的 环隙中流动，通过内管管壁进行热量交换。内管壁的表面 积即为传热面积。
3、热辐射
辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体由于热的原
因而产生Байду номын сангаас电磁波在空间的传递，称为热辐射。
辐射传热的特点是： （1）能量传递过程中有能量形式的转变 （2）任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能
4、传热设备的不同形式
在化工生产中使用的传热设备可以分为三类：
1、直接接触式传热设备 冷流体和热流体直接混合。进行热交换，并能实现热传导
3、稳态传热与非稳态传热
1）稳态传热：在传热过程中物系各点温度不随时间变化的 热量传递过程。 2）非稳态传热：在传热过程中物系各点温度随时间变化的 热量传递过程。
4、两流体通过间壁的传热过程
传热过程可分为三步： •热流体将热量传给固体壁面（对流传热） •热量从壁的热侧传到壁的冷侧（热传导） •热量从壁的冷侧面传给冷流体（对流传热） 壁的面积称为传热面，是间壁式换热器的基本尺寸。
和热对流两种传热方式的传热设备 2、间壁式传热设备
多数情况自下，工业生产不允许冷热流体直接接触，因 而直接接触式传热设备在工业上并不多，工业上应用最多 的是间壁式传热设备。其中最典型的间壁式传热设备是列 管式换热器。两种温度不同的流体分别在管内、外流动， 通过管壁实现热传导和热对流两种方式传热设备。
了使物料达到并保持指定的温度，就要预先对物料进行 加热或冷却，并在过程中及时取出放出的热量或补充需 要吸收的热量。
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2）一些单元操作过程，例如蒸发、蒸馏、干燥等，需要按 一定的速率向设备输入或输出热量。 3）在高温或低温下操作的设备，要求保温，以减少它们和 外界传热。 4）对于废热也需合理的利用与回收。 2、化工生产中所涉及的传热过程有以下两类： 1）强化传热：各种换热设备中的传热。 2）削弱传热：如对设备和管道的保温，以减少热损失
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二、传热的三种基本方式 1、热传导）（静止介质的传热）
热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分 或者传递到与之相接触的温度较低的另一物体的过程称为 热传导，简称导热。 特点：物质间没有宏观位移，只发生在静止物质内的一种 传热方式。 微观机理因物态而异
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第四章-传热
第四章 传热
教学基本要求
重点掌握 ：（1）流体无相变时对流传热系数的计算； （2）热负荷、传热平均温差及总传热系数计算；
掌 握： （1）传热的基本方式； （2）传热速率方程式； （3）稳态热传导的概念及计算；
4.1 概述
一、传热在化工生产中的应用
传热：是温度差而引起的热量传递过程（又称热传递）。 1、化工生产与传热的关系 1）绝大多数化学反应过程都要求在一定的温度下进行，为
2、热对流（流动介质的热传导）
由于流体质点的位移和混合，将热能由一处传到另一处的传 递热量的方式，称为热对流 。质点运动
强制对流：如果流体的运动是由于受到外力 的作用（泵、风机、搅拌等）所引起的。
自然对流：如果流体的运动是由于流体各部分温度的 不均匀分布，形成密度的差异所引起的。
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由管束，固定管束的管板，封头，壳体
• 管程流体：流体由封头一端的接管进入热交换器，流体在分配 室中分配到个管中，流体流经管束后由另一端的封头的接管流 出。
• 壳程流体：流体由壳体一侧的接管流入，流经管束和壳体之间 的空间（管隙）后从另一端的壳体接管引出。
• 单程列管式换热器：管程流体在管束中只流过一次，这种换热 器称单程列管式换热器。 3、蓄热式传热设备 将冷热流体交替通过蓄热体一实现它们之间的热交换。
R1 R2 R3
热阻具有加和性
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6、载热体
物料在换热器中进行加热或冷却，要由另一种流体给出或取 走热量，此流体称为载热体
• 载热体的分类： • 加热剂：载热体起加热作用。 • 冷却剂：载热体起冷却作用。 • 选择载热体的原则： • a载热体应能满足工艺上要求达到的加热或冷却的温度。 • b 载热体的温度易于调节。 • c 载热体的饱和蒸气压小，加热过程中不会分解。 • d 载热体的毒性小，对设备基本没有腐蚀。 • e 载热体应价格低廉，容易得到。 • 当温度不超过180oC,饱和水蒸气是适宜的加热剂。 • 但温度不很低时，水是最适宜的冷却剂。
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5、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，沿传热管长度， 各位置的温差不同，故使用平均温度差，以 t m 表示。
对于稳态传热：
QKAtm
----传热速率方程式（传热基本方程式）
Q—传热速率，J/s（或W）； K—总传热系数，W/(m2.K)； A—传热面积，m2； t m— 两流体的平均温度差，K
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4.2 热传导
一、傅立叶定律
1、温度场和等温面
温度场：物系内所有各点温度分布的总和。
温度场的数学表达式为： tf(x,y,z,)
传热速率方程式可以写成推动力与阻力的形式：
或：
Q
t 1
t R
KA
q Q t t A1 r K
R—总传热面的热阻，K/W； r—单位传热面积的热阻， (m2.K)/W
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只要有温差存在，就一定有热量传递，单位时间传 递的热量的多少，取决于热阻的大小
Tt
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2、传热速率与热流密度
传热速率（热流量 ）Q ：单位时间内通过传热面的热量，单
位为w。
热流密度（热通量）q ：单位时间内通过单位传热面积的热量
。单位为w/m2 传热速率与热流密度的关系为
qQ A
传热速率
传热温差（推动力） 热阻（阻力）
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三、间壁换热过程的剖析
1、间壁式换热器
1）换热器：进行换热的设备称为换热器。 2）间壁式换热：工业上，一般情况下不允许冷、热两种流 体直接接触进行热交换，要求用固体壁面隔开，冷、热流 体分别在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量 传递。 例：套管式换热器
套管式换热器是由两种直径大小不同的直管组成的同心管 ，一种流体在内管中流动，另一种流体在内、外两壁间的 环隙中流动，通过内管管壁进行热量交换。内管壁的表面 积即为传热面积。
3、热辐射
辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体由于热的原
因而产生Байду номын сангаас电磁波在空间的传递，称为热辐射。
辐射传热的特点是： （1）能量传递过程中有能量形式的转变 （2）任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能
4、传热设备的不同形式
在化工生产中使用的传热设备可以分为三类：
1、直接接触式传热设备 冷流体和热流体直接混合。进行热交换，并能实现热传导
3、稳态传热与非稳态传热
1）稳态传热：在传热过程中物系各点温度不随时间变化的 热量传递过程。 2）非稳态传热：在传热过程中物系各点温度随时间变化的 热量传递过程。
4、两流体通过间壁的传热过程
传热过程可分为三步： •热流体将热量传给固体壁面（对流传热） •热量从壁的热侧传到壁的冷侧（热传导） •热量从壁的冷侧面传给冷流体（对流传热） 壁的面积称为传热面，是间壁式换热器的基本尺寸。
和热对流两种传热方式的传热设备 2、间壁式传热设备
多数情况自下，工业生产不允许冷热流体直接接触，因 而直接接触式传热设备在工业上并不多，工业上应用最多 的是间壁式传热设备。其中最典型的间壁式传热设备是列 管式换热器。两种温度不同的流体分别在管内、外流动， 通过管壁实现热传导和热对流两种方式传热设备。
了使物料达到并保持指定的温度，就要预先对物料进行 加热或冷却，并在过程中及时取出放出的热量或补充需 要吸收的热量。
2020/11/18
2）一些单元操作过程，例如蒸发、蒸馏、干燥等，需要按 一定的速率向设备输入或输出热量。 3）在高温或低温下操作的设备，要求保温，以减少它们和 外界传热。 4）对于废热也需合理的利用与回收。 2、化工生产中所涉及的传热过程有以下两类： 1）强化传热：各种换热设备中的传热。 2）削弱传热：如对设备和管道的保温，以减少热损失
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二、传热的三种基本方式 1、热传导）（静止介质的传热）
热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分 或者传递到与之相接触的温度较低的另一物体的过程称为 热传导，简称导热。 特点：物质间没有宏观位移，只发生在静止物质内的一种 传热方式。 微观机理因物态而异
2020/11/18
第四章-传热
第四章 传热
教学基本要求
重点掌握 ：（1）流体无相变时对流传热系数的计算； （2）热负荷、传热平均温差及总传热系数计算；
掌 握： （1）传热的基本方式； （2）传热速率方程式； （3）稳态热传导的概念及计算；
4.1 概述
一、传热在化工生产中的应用
传热：是温度差而引起的热量传递过程（又称热传递）。 1、化工生产与传热的关系 1）绝大多数化学反应过程都要求在一定的温度下进行，为
2、热对流（流动介质的热传导）
由于流体质点的位移和混合，将热能由一处传到另一处的传 递热量的方式，称为热对流 。质点运动
强制对流：如果流体的运动是由于受到外力 的作用（泵、风机、搅拌等）所引起的。
自然对流：如果流体的运动是由于流体各部分温度的 不均匀分布，形成密度的差异所引起的。
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由管束，固定管束的管板，封头，壳体
• 管程流体：流体由封头一端的接管进入热交换器，流体在分配 室中分配到个管中，流体流经管束后由另一端的封头的接管流 出。
• 壳程流体：流体由壳体一侧的接管流入，流经管束和壳体之间 的空间（管隙）后从另一端的壳体接管引出。
• 单程列管式换热器：管程流体在管束中只流过一次，这种换热 器称单程列管式换热器。 3、蓄热式传热设备 将冷热流体交替通过蓄热体一实现它们之间的热交换。
R1 R2 R3
热阻具有加和性
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6、载热体
物料在换热器中进行加热或冷却，要由另一种流体给出或取 走热量，此流体称为载热体
• 载热体的分类： • 加热剂：载热体起加热作用。 • 冷却剂：载热体起冷却作用。 • 选择载热体的原则： • a载热体应能满足工艺上要求达到的加热或冷却的温度。 • b 载热体的温度易于调节。 • c 载热体的饱和蒸气压小，加热过程中不会分解。 • d 载热体的毒性小，对设备基本没有腐蚀。 • e 载热体应价格低廉，容易得到。 • 当温度不超过180oC,饱和水蒸气是适宜的加热剂。 • 但温度不很低时，水是最适宜的冷却剂。
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5、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，沿传热管长度， 各位置的温差不同，故使用平均温度差，以 t m 表示。
对于稳态传热：
QKAtm
----传热速率方程式（传热基本方程式）
Q—传热速率，J/s（或W）； K—总传热系数，W/(m2.K)； A—传热面积，m2； t m— 两流体的平均温度差，K
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4.2 热传导
一、傅立叶定律
1、温度场和等温面
温度场：物系内所有各点温度分布的总和。
温度场的数学表达式为： tf(x,y,z,)