大学传热学第九章 第一节
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• 管内侧流体到管内壁的换热
•
管内侧壁面到管外测壁面的导热t1w1
tw ln
2
r0
2 l ri
• 管外测壁面到外测流体间的换热
A0h2 tw2 t f 2 2 r0lh2 tw2 t f 2
• 将上面三个式子改写成温差的形式，然后相加，整理后得
到
tf1 tf2
1 1 ln d0 1
典型传热过程分析
传热过程分析
通过平壁的 传热
通过圆筒壁的 传热
通过肋壁的 传热
通过平壁的传热
通过平壁的传热
通过单层平壁的传热
通过多层平壁的传热
通过单层平壁的传热
通过单层 平壁的传热
物理模型
过程分析
结论
物理模型
• 一个导热系数为，厚度为，导热面积为A的无限大平板； 平板的左侧有温度t为f 1 的热流体通过，热流体与平壁表面 的换热系数为 ；平壁右侧有温度为 的冷流体通过，冷 流体与h1 平板表面的换热系数t为f 2 。
• 本章将从四个方面展开讨论。 （1）分析与计算通过几种不同几何形状固体壁面的传热过
程； （2）针对一种典型的实现两种流体热量交换的设备——间
壁式换热器，详细讨论其热力设计方法。 （3）强化和削弱传热的措施和方法； （4）对几个复杂的热量传递过程的例子进行综合分析。
第一节 传热过程的分析和计算
传热过程 分析和计算
传热系数
• 传热系数的定义：
k
At
t
W/m2 K
f1
f2
• 传热系数的物理意义：冷热两种流体温度相差1度时，单 位时间、单位面积冷热流体间传递的热量。
• 影响因素：传热系数的大小不仅取决于参与传热过程中两 种流体的种类，而且还与过程本身（如流速的大小、有无 相变等）、固体表面的形状等有关。
• 计算：通过分析具体的传热过程，计算传热系数。
tf2
hi h0
tw1 tw2
过程分析计算
• 该传热过程包括 (1) 管内侧流体到管内壁的换热； (2) 管内侧壁面到管外测壁面的导热； (3) 管外测壁面到外测流体间的换热。 • 在稳态条件下，通过各环节的热流量是不变的。
过程分析计算
Aih1 t f 1 tw1 2 r1lh1 t f 1 tw1
第九章 传热过程分 析和换热器热计算
本章主要内容
• 在详细讨论了导热、对流、辐射三种基本热量传递方式的 特点和计算方法以后，本章将综合应用这些知识来分析一 些典型的工程传热问题。
• 本章内容是本课程的一个重要组成部分，因为在实际传热 问题中不同的传热方式常常同时起作用。
• 在分析任何一个实际问题时，分析有那些热量传递方式在 起作用，以及选用什么方法或公式进行计算是解决问题的 基本功。
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• 对外侧面积而言传热系数 的定义式为
• 以外侧面为基准的传热系 数计算式为
• 对内侧面积而言传热系数 的定义式为
• 以内侧面为基准的传热系 数计算式为
• 工程计算都是以管外侧面 作为计算基准，为书写方 便以k表示，即
通过多层平壁的传热
通过单层 平壁的传热
物理模型
过程分析
结论
物理模型
过程分析计算
• 从热流体到壁面高温侧的热量传1 递h1 A t f 1 tw1
• 通过第一层平壁的导热
2
1
A
t
w1
1
t
w2
• 通过第二层平壁的导热
3
2
A
t
w2
2
t
w3
• 通过第三层平壁的导热
4
3
A
t
w3
3
t
w
4
• 从壁面低温侧到冷流体的热量传递 5 h2 A tw4 t f 2
• 对于n层平壁的传热，其传热系数的计算式为
k
1
1 n i 1
h1 i1 i h2
通过单层圆筒壁的传热
通过单层 平壁的传热
物理模型
过程分析
结论
物理模型
有一个无l限长的圆管，我们取其中 长的一段进行
分材分内别析料外为。的侧设 导 壁和管 热 温r0 子 系 分 ，的数别复内为为合半表，和径t面管为rfi1 传，子热，如内系外图外数半所侧分的示径别流。为为体，的和温管度壁，
过 程分析计算 1 h1 A t f 1 tw1
t
t
1
（1）
Ah f 1
w1
1
• •
从从热壁流面体高到温壁侧面到高壁温面侧低的温2热侧量的A传热tw递量1 ：传tw递2 ：
t w1
t w2
2
A /
（2）
•
•
从对壁于面稳低态温过侧程到，冷通流过体串的连3热着量的h2传每A 递个tw2：环节t f 2的热t流w2 量t f 应2 该Ah是32 （相3）
h2
过程分析计算
• 一般来说，传热过程包含着串连着的三个环节： (1) 从热流体到壁面高温侧的热量传递； (2) 从壁面高温侧到壁面低温侧的热量传递； (3) 从壁面低温侧到冷流体的热量传递。
• 只要分别计算各环节传递的热量，再根据传热过程 的特点，就可以得到整个传热过程的计算表达式， 从而确定该过程的传热系数。
• 稳态传热时
• 将上五个式子 相加，并整理 得
• 多层平壁的传 热系数为
多层平壁的传热系数
1 2 3 4 5
A tf1 tf2
1 1 2 3
1
Ak t f1 t f 2
h1 1 2 3 h2
k
1
1 1 2 3 1
h1 1 2 3 h2
结论
• 传热系数的大小与传热过程中各环节的热阻有关，且在数 值上就等于总热阻的倒数。
同的，即 • 三式相加，得到
1 2 3
A t t
f1
1
f2
1
kAt t
f1
f2
h h
1
2
单层平壁的传热系数
•
传热系数的计算表达式
k
1
1
1
h1 h2
W/m2 K
• 单位
• 物理意义：表示当冷热两种流体温度相差1度时， 单位时间、单位面积冷热流体交换的热量。
结论
传热系数的大小与传热过程中各环节的热阻有关， 且在数值上就等于总热阻的倒数。因此在分析传 热过程时，只要搞清组成该传热过程的各个环节， 分别计算出各环节的热阻，然后求出总热阻，则 其倒数就是该传热过程的传热系数。
传热过程 的定义
传热系数 的定义
几种典型传热 过程的计算
传热过程
• 传热过程的定义：热量由壁面一侧流体通过壁面 传给另一侧流体的热量传递过程称为传热过程。
• 举例：教室墙壁内外侧空气的传热过程；管内流
体与管外流 体Ak 的t f 1传 t热f 2 过程；
• 计算：A • 式中 k—传热面积
t f—1, t传f 2 热系数 —热冷两种流体的平均温度
•
管内侧壁面到管外测壁面的导热t1w1
tw ln
2
r0
2 l ri
• 管外测壁面到外测流体间的换热
A0h2 tw2 t f 2 2 r0lh2 tw2 t f 2
• 将上面三个式子改写成温差的形式，然后相加，整理后得
到
tf1 tf2
1 1 ln d0 1
典型传热过程分析
传热过程分析
通过平壁的 传热
通过圆筒壁的 传热
通过肋壁的 传热
通过平壁的传热
通过平壁的传热
通过单层平壁的传热
通过多层平壁的传热
通过单层平壁的传热
通过单层 平壁的传热
物理模型
过程分析
结论
物理模型
• 一个导热系数为，厚度为，导热面积为A的无限大平板； 平板的左侧有温度t为f 1 的热流体通过，热流体与平壁表面 的换热系数为 ；平壁右侧有温度为 的冷流体通过，冷 流体与h1 平板表面的换热系数t为f 2 。
• 本章将从四个方面展开讨论。 （1）分析与计算通过几种不同几何形状固体壁面的传热过
程； （2）针对一种典型的实现两种流体热量交换的设备——间
壁式换热器，详细讨论其热力设计方法。 （3）强化和削弱传热的措施和方法； （4）对几个复杂的热量传递过程的例子进行综合分析。
第一节 传热过程的分析和计算
传热过程 分析和计算
传热系数
• 传热系数的定义：
k
At
t
W/m2 K
f1
f2
• 传热系数的物理意义：冷热两种流体温度相差1度时，单 位时间、单位面积冷热流体间传递的热量。
• 影响因素：传热系数的大小不仅取决于参与传热过程中两 种流体的种类，而且还与过程本身（如流速的大小、有无 相变等）、固体表面的形状等有关。
• 计算：通过分析具体的传热过程，计算传热系数。
tf2
hi h0
tw1 tw2
过程分析计算
• 该传热过程包括 (1) 管内侧流体到管内壁的换热； (2) 管内侧壁面到管外测壁面的导热； (3) 管外测壁面到外测流体间的换热。 • 在稳态条件下，通过各环节的热流量是不变的。
过程分析计算
Aih1 t f 1 tw1 2 r1lh1 t f 1 tw1
第九章 传热过程分 析和换热器热计算
本章主要内容
• 在详细讨论了导热、对流、辐射三种基本热量传递方式的 特点和计算方法以后，本章将综合应用这些知识来分析一 些典型的工程传热问题。
• 本章内容是本课程的一个重要组成部分，因为在实际传热 问题中不同的传热方式常常同时起作用。
• 在分析任何一个实际问题时，分析有那些热量传递方式在 起作用，以及选用什么方法或公式进行计算是解决问题的 基本功。
h1di l 2 l di h2d0 l
• 对外侧面积而言传热系数 的定义式为
• 以外侧面为基准的传热系 数计算式为
• 对内侧面积而言传热系数 的定义式为
• 以内侧面为基准的传热系 数计算式为
• 工程计算都是以管外侧面 作为计算基准，为书写方 便以k表示，即
通过多层平壁的传热
通过单层 平壁的传热
物理模型
过程分析
结论
物理模型
过程分析计算
• 从热流体到壁面高温侧的热量传1 递h1 A t f 1 tw1
• 通过第一层平壁的导热
2
1
A
t
w1
1
t
w2
• 通过第二层平壁的导热
3
2
A
t
w2
2
t
w3
• 通过第三层平壁的导热
4
3
A
t
w3
3
t
w
4
• 从壁面低温侧到冷流体的热量传递 5 h2 A tw4 t f 2
• 对于n层平壁的传热，其传热系数的计算式为
k
1
1 n i 1
h1 i1 i h2
通过单层圆筒壁的传热
通过单层 平壁的传热
物理模型
过程分析
结论
物理模型
有一个无l限长的圆管，我们取其中 长的一段进行
分材分内别析料外为。的侧设 导 壁和管 热 温r0 子 系 分 ，的数别复内为为合半表，和径t面管为rfi1 传，子热，如内系外图外数半所侧分的示径别流。为为体，的和温管度壁，
过 程分析计算 1 h1 A t f 1 tw1
t
t
1
（1）
Ah f 1
w1
1
• •
从从热壁流面体高到温壁侧面到高壁温面侧低的温2热侧量的A传热tw递量1 ：传tw递2 ：
t w1
t w2
2
A /
（2）
•
•
从对壁于面稳低态温过侧程到，冷通流过体串的连3热着量的h2传每A 递个tw2：环节t f 2的热t流w2 量t f 应2 该Ah是32 （相3）
h2
过程分析计算
• 一般来说，传热过程包含着串连着的三个环节： (1) 从热流体到壁面高温侧的热量传递； (2) 从壁面高温侧到壁面低温侧的热量传递； (3) 从壁面低温侧到冷流体的热量传递。
• 只要分别计算各环节传递的热量，再根据传热过程 的特点，就可以得到整个传热过程的计算表达式， 从而确定该过程的传热系数。
• 稳态传热时
• 将上五个式子 相加，并整理 得
• 多层平壁的传 热系数为
多层平壁的传热系数
1 2 3 4 5
A tf1 tf2
1 1 2 3
1
Ak t f1 t f 2
h1 1 2 3 h2
k
1
1 1 2 3 1
h1 1 2 3 h2
结论
• 传热系数的大小与传热过程中各环节的热阻有关，且在数 值上就等于总热阻的倒数。
同的，即 • 三式相加，得到
1 2 3
A t t
f1
1
f2
1
kAt t
f1
f2
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1
2
单层平壁的传热系数
•
传热系数的计算表达式
k
1
1
1
h1 h2
W/m2 K
• 单位
• 物理意义：表示当冷热两种流体温度相差1度时， 单位时间、单位面积冷热流体交换的热量。
结论
传热系数的大小与传热过程中各环节的热阻有关， 且在数值上就等于总热阻的倒数。因此在分析传 热过程时，只要搞清组成该传热过程的各个环节， 分别计算出各环节的热阻，然后求出总热阻，则 其倒数就是该传热过程的传热系数。
传热过程 的定义
传热系数 的定义
几种典型传热 过程的计算
传热过程
• 传热过程的定义：热量由壁面一侧流体通过壁面 传给另一侧流体的热量传递过程称为传热过程。
• 举例：教室墙壁内外侧空气的传热过程；管内流
体与管外流 体Ak 的t f 1传 t热f 2 过程；
• 计算：A • 式中 k—传热面积
t f—1, t传f 2 热系数 —热冷两种流体的平均温度