4综合传热讲解
实验4传热(空气—蒸汽)综述资料
实验四：传热（空气—蒸汽）实验一、实验目的1．了解间壁式换热器的结构与操作原理；2．学习测定套管换热器总传热系数的方法；3．学习测定空气侧的对流传热系数；4．了解空气流速的变化对总传热系数的影响。
二、实验原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：(4-1)对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故（4-2）本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数A。
用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。
本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。
这样，上式即变为单变量方程再两边取对数，即得到直线方程：（4-3）在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。
在直线上任取一点的函数值代入方程中，则可得到系数A，即：（4-4）用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。
而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。
应用微机，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A、m、n。
对于方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。
其准数定义式分别为：实验中改变冷却水的流量以改变Re准数的值。
根据定性温度（冷空气进、出口温度的算术平均值）计算对应的Pr准数值。
同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值。
进而算得Nu准数值。
牛顿冷却定律：（4-5）式中：α—传热膜系数，[W/m2·℃]；Ｑ—传热量，［Ｗ］；Ａ—总传热面积，[m2]；△tm—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]。
传热量Q可由下式求得：（4-6）W—质量流量，[kg/h]；Cp—流体定压比热，[J/kg·℃]；t1、t2—流体进、出口温度，[℃]；ρ—定性温度下流体密度，[kg/m3]；V—流体体积流量，[m3/s]。
三、实验设备四、实验步骤1.启动风机：点击电源开关的绿色按钮，启动风机，风机为换热器的管程提供空气2.打开空气流量调节阀：启动风机后，调节进空气流量调节阀至微开，这时换热器的管程中就有空气流动了。
4综合传热
习题课
导热
qt1t2 t1t2 t
s
s Rt
q t1 tn1 t1 tn
n si
i1 i
n
Rti
i1
ql
Q l
t1 t2 t 1 lnr2 Rt
2 r1
Q
ql l n
t1tn1
t
1 lnri1 Rt
i1 2i ri
对流换热
q
(tw
t
f
)
t 1
辐射传热
qRt1 1t2
t1t2 t1t2
0.0105.669[(90273)4(10273)4]1720W /m 2
100
100
例：宇宙空间可近似的看作 0K 的真空空间。 一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度 为 250K ，表面黑度为 0.7 ，试计算航天器单 位表面上的换热量？
解：
q12nC 0[(1 T 0 1 0)4(1 T 0 2 0)4]12
s
①高温流体与平壁之间的对流和辐射换热
q1
t1 t1/ 1
t1 t1/ 1
②平壁内部的导热
R1 1 g1
q/
t/ 1
t
/ 2
s
③平壁外表面与低温流体之间的对流和辐射换热
q2
t/ 2
t2
1
t/ 2
t2
1
R2 2 g2
R对1
R对2
t1 •
•t1/
t2/ •
• t2
R辐1
R导
R辐2
Q
q q1 q/ q2
t1
tg
粘
土
q
砖
t2 ta
q
解: 由于导热系数与温度有关，先假定内表面温度t1=1350℃, 外表面温 度t2=200℃ 平均温度tm=（1350+200）/2=775℃, 材料的导热系数：λ=0.698 + 0.64×10-3 t =1.194 综合传热系数：K= 1/[1/82＋0.345/1.194+1/23] =2.90 W/(m2·℃) 通过1m2窑墙散失于空气中的热流密度为：
2.4 综合传热-硅酸盐热工基础
(2) 现代窑（如梭式窑、辊道窑、中空窑等）： tf>tw1>tm，属于第二类边界条件（q = const）
• • 关于外壁面散热
已知tw2，属于第三类边界条件。
Q 综2 tw2 t f 2 Fw
值计算；
(b) 修改数学模型。
2.5
• 其中自由对流不仅取决于流体的物性和过程 强度，还取决于空间的形状和大小，对流换 热系数包括有两个壁面上的对流换热以及空 气层的导热。
• 隔热作用评价标准：
(1) RQ
(2) t
(3) t w2
• 因为高温区辐射很强，所以在高温区不能利 用空气夹层来隔热。
• • 由内壁面温度tw1计算散热
Qnet,
fm
fmC0
Tf 100
4
Tm 100
4
Fm
其中火焰至物料系统导来黑度：
fm
f
f m[1 wm (1 f )] wm (1 f )[m f (1 m )]
式中 wm
Fm Fw
若考虑火焰对物料的对流换热，则净热量：
(3) 窑墙外表面向外界大气的对流和辐射传热。
其热—电模拟电路：
R对1
R对2
tf1 •
•tw1
tw2•
• tf2
R辐1
R导
R辐2
Q
三个子过程：
(1) 流体1壁面w1
Q 综1 t f 1 tw1 Fw
[W]
其中： 综1 对1 辐1
第四章 传热分析
10
（三）傅立叶定律
t dQ dA n
式中 dQ ── 热传导速率，W或J/s；
dA ── 导热面积，m2；
t/n ── 温度梯度，℃/m或K/m；
── 导热系数，W/(m· ℃)或W/(m· K)。
负号表示传热方向与温度梯度方向相反
2018/10/11 11
二、热导率
dQ / dA q t / n t / n
2l (t1 t n 1 ) t1 t n 1 t1 t n 1 n ＝ n n层圆筒壁： Q＝ n 1 ri 1 bi ln Ri ri i 1 i i 1 i Ami i 1
多层圆筒壁改变每一层的位置，对传热有没有影响？（如何确 定层位置）
2018/10/11 26
三、两流体通过间壁换热过程 （一）间壁式换热器
热流体T1
t2
冷流体t1
T2
夹套式换热器
2018/10/11
4
（二）传热速率与热流密度 传热速率Q（热流量）：单位时间内通过换热器的
整个传热面传递的热量，单位 J/s或W。
热流密度q （热通量） ：单位时间内通过单位传
热面积传递的热量，单位 J/(s. m2)或W/m2。
Q q A
2018/10/11 5
（三）稳态与非稳态传热 非稳态传热 Q , q, t f x , y , z , 稳态传热
Q , q, t f x , y , z
t 0
2018/10/11
6
（四）两流体通过间壁的传热过程
T1 t2
(1)热 流 体 管 壁 内 侧
L u
反映流体的流动状态 对对流传热的影响
4传热原理：稳定传热
代入数据得
⎡ ⎤ ⎢ 0.079+ 0.033 ⎥ R=⎢ − 0.15⎥ ×0.93 0.079 0.033 ⎢ ⎥ + ⎣ 0.349 0.225 ⎦
=0.139 (m2•K/W)
思考题：求钢筋混凝土圆孔板夏季的热阻 孔内单面贴铝箔 （设热流为自上而下）(单位：m)
0.031 0.092 0.031 0.092 0.032
对于一维稳定传热过程,
q=
1
αi
+∑
ti − t e d
λ αe
ti − t e ti − t e = = 1 Ri + R + Re R0 +
q—通过平壁的传热量 w/m2 ti—室内气温 ti λ1 λ2 λ3 te—室外气温 d1 d2 d3 R0—平壁的传热阻 R0—平壁的传热阻，表示热量丛平壁一侧传 到另一侧是所受到的总阻力 （ m2K / w）
R0 − Re θe = ti − (ti − te ) R
R0
(t i − t e )
1 2 3 4
n
例：若室内气温为15℃，室外气温为-10℃，试求 墙体的热流强度以及内部温度分布（单位：mm） 15℃
石 矿 石 膏 棉 膏 板 板 板 12 70 12 空 气 间 层 50 石 棉 水 泥 板 6
Ri + ∑ R n
n =1
n −1
R0
(t i − t e )
其中 ti、R0、Ri、te 为常数 则θn 是变量 ∑Rn 的一次函数 以热阻为横坐标，温度为纵坐标，则温度分 布为一直线。
15.0 12.0 9.0 6.0 3.0
R0 = Ri + ∑ + Re
d
综合传热演示实验报告
综合传热演示实验报告引言传热是热力学中的重要概念之一，涉及到热量的传递、储存和转换。
传热可以通过传导、对流和辐射等方式进行。
为了更好地理解传热过程，我们进行了一次综合传热演示实验。
实验目的1. 通过实验观察和测量传热过程中的温度变化；2. 掌握传热的基本规律；3. 理解传热在日常生活中的应用。
实验原理传热是热量从高温区域向低温区域传递的过程。
热可以通过传导、辐射和对流进行传递。
本次实验主要涉及到传导和对流两种方式。
传导传导是通过物质的直接接触和相互振动来传递热量的过程。
一个物体的温度分布不均时，高温区域的分子以较大的速度振动，从而传递给低温区域的分子，使得整个物体的温度逐渐均匀。
对流对流是通过流体的运动来传递热量的过程。
当一个物体加热时，周围的空气被加热并膨胀，密度变小，从而产生浮力迫使周围的冷空气下沉，形成对流。
对流传热是高温区域的气流与低温区域的物体直接接触，通过传导进行热量交换。
实验材料和设备- 烧杯- 温度计- 热水- 冷水- 烤盘- 塑料管- 流体介质（例如植物油等）实验步骤1. 在烧杯中加入适量的热水；2. 在另一个烧杯中加入适量的冷水；3. 将温度计放入热水中，记录初始温度；4. 同时将温度计放入冷水中，记录初始温度；5. 将烤盘加热，并将烤盘上放置烧杯，将热水加热至一定温度；6. 在加热的同时，将烧杯里的冷水倒入塑料管中，并通过塑料管将其喷射到热水中；7. 观察热水的温度变化，并记录每隔一段时间的温度；8. 分别观察传热情况和过程。
实验结果实验过程中，我们观察到了热水的温度逐渐增加，而冷水的温度逐渐降低。
在冷水喷射到热水中的过程中，热水的温度上升速度明显加快。
这是因为冷水的加入增加了热水的表面积，从而增强了对流传热过程。
实验分析通过这个实验，我们可以得出以下结论：1. 热量在传递过程中，会从高温区域向低温区域传递。
这是一个自然趋势，也就是热的互相扩散的结果；2. 传热过程中，温度差越大，传热速率越快，而温度差越小，传热速率越慢；3. 对流传热比传导传热更加迅速，因为对流传热涉及到流体的运动，能够加速热量的传递。
综合传热实验
综合传热实验一、实验目的综合传热实验是将干饱和蒸汽通过一组实验铜管，管子在空气中散热而使蒸汽冷凝为水，由于钢管的外表状态及空气流动情况的不同，管子的凝水量亦不同，通过单位时间凝水量的多少，可以：1、观察和分析影响传热的诸多因素；2、计算出每根管子的总传热系数K值。
二、装置简介实验装置示意图见图11.3－1：图11.3－1 综合传热实验装置示意图1．电热蒸汽发生器 2．蒸汽出口测温琴键开关 3．琴键开关转换开关 4。
蒸汽入口测温琴键开关 5．温度显示仪表 6．蒸汽出口 7．电接点压力表 8．安全阀。
9。
连接软管分汽缸 10．排水放气阀 11．φ25翅片管 12．φ25铜光管13．φ25.9铝管 14．24×26铜方管 15．φ30铜管 16．凝结刻度储水器 17．放水阀 18．支架台 19．岩棉保温管 20．水位计 21．自动加热开关组 22．风机开关实验台由电热蒸汽发生器、一组表面状态不同(铜光管、铝光管、管外加铝翅片以及不同保温材料的保温管)的六根铜管、分汽缸、冷凝管、冷凝水蓄水器(可计量)及支架等组成。
强制通风时，配有一组可移动的风机(图中未绘出)，用它来对管子吹风。
因而，实验台可进行自然对流和强迫对流的传热实验。
通过实验，可对各种不同影响传热因素进行分析，从而建立起影响传热因素的初步认识和概念。
三、实验方法及步骤1、打开电热蒸汽发生器上的供汽阀，然后从底部的给水阀门(兼排污)，往蒸汽发生器的锅炉加水，当水面达到水位计的三分之二高处时，关闭给水阀门。
2、打开蒸汽发生器上的电加热器(手动)开关，指示灯亮，内部的电锅炉加热。
待电接点压力表达到要求压力时(事先按需要用螺丝扳手调定)，电接点压力表动作(断电)。
此时，由电接点压力表控制继电器，使加热器按一定范围进行加热，以供实验所需的蒸汽量。
3、打开配气管上所有阀门(或按实验需要打开其中几个阀门)和玻璃蓄水器下方的放水阀。
然后，打开供汽阀缓慢向测试管内送汽，(送汽压力略高于实验压力)，预热整个实验系统，并将系统内的空气排挣。
[最新]4传热（习题及解答2007版）
![[最新]4传热（习题及解答2007版）](https://img.taocdn.com/s3/m/7116549aa1116c175f0e7cd184254b35eefd1ab5.png)
四传热单层平壁导热4.1 红砖平壁墙，厚度为500 mm，一侧温度为200 ℃，另一侧温度为30 ℃，设红砖的平均导热系数可取0.57 W/(m·℃)，试求：（1）单位时间，单位面积导过的热量q为多少W/m2，并换算成工程单位制kCal/ (m2·h) 。
（2）距离高温侧350 mm处的温度为多少？（3）如红砖导热系数与温度关系可表示为：λ=0.51+5×10 -4t，则q又为多少？多层平壁导热4.2 某燃烧炉的炉墙由三种砖依次砌成：第一层为耐火砖，厚b1=0.23 m，λ1=1.05 W/(m·℃)；第二层为绝热砖，λ2 =0.151 W/(m·℃)；第三层为普通砖，b3 =0.24 m，λ3 =0 .93 W/(m·℃)。
若已知耐火砖内侧温度为1000 ℃，耐火砖与绝热砖接触处温度为940 ℃，绝热砖与普通砖接触面温度不得超过138℃；试求：（1）绝热砖层的厚度；（2）普通砖外侧温度。
4.3 平壁炉壁由三种材料组成，其厚度和导热系数如下：序号材料厚度b（mm）导热系数λ（W/m·℃）1（内层）耐火砖200 1.072 绝热砖100 0.143 钢板 6 45若耐火砖层内表面温度t1=1150 ℃，钢板外表面温度t4 =30 ℃，试计算导热的热通量。
又实测通过炉壁的热损失为300 W/m2，如计算值与实测不符，试分析原因并计算附加热阻。
多层圆筒导热4.4 一外径为100 mm的蒸汽管，外包一层50 mm绝热材料A，λA =0.07 W/(m·℃)，其外再包一层25 mm的绝热材料B，λB =0.087 W/(m·℃)。
设A的内侧温度为170 ℃，B外侧温度为38 ℃。
试求每米管上的热损失及A、B界面的温度。
4.5 Φ60×3 mm铝合金管（其导热系数可取为45 W/(m·℃)），外包一层厚30 mm石棉，之外再包一层厚30 mm的软木，石棉和软木的导热系数分别为0.16 W/(m·℃)和0.04 W/(m·℃) 。
热传递热对流热辐射和热传导的综合现象
热传递热对流热辐射和热传导的综合现象热传递是物体之间传递热量的现象，它可以通过热对流、热辐射和热传导来实现。
这些三种方式是物体内部和物体之间传递热量的主要途径。
本文将介绍热对流、热辐射和热传导的基本概念、机制和应用，并探讨它们在实际问题中的综合现象。
一、热对流热对流是指在流体中，由于温度差异引起的流体的运动，从而实现热量的传递。
具体而言，当物体表面受热时，周围的流体受热后密度减小，由于浮力的作用，热流体会上升，周围较冷的流体会下降，形成对流现象。
在热对流过程中，热量通过流体的运动进行传递，即可以通过流体的对流运动将热量从一个地方传递到另一个地方。
热对流在自然界中普遍存在，例如大气环流、水循环等。
在工程领域中，我们也常常利用热对流来传递热量，例如空调系统中的冷却和加热系统。
二、热辐射热辐射是指物体由于温度差异而发射出的热能，它不需要介质进行传递，可以在真空中传播。
热辐射是由物体表面的分子或原子的振动和旋转引起的，这些振动和旋转产生的能量以电磁波的形式辐射出去。
热辐射具有广泛的应用，例如太阳辐射、光纤通信、电磁波热疗等。
在地球上的热辐射主要是由太阳辐射、地面辐射和大气辐射组成。
太阳辐射经过大气层的吸收、散射和透过后，到达地球表面，地表再通过热辐射的形式将热量释放到大气中。
三、热传导热传导是指物体内部或物体之间通过分子或原子的碰撞传递热量的过程。
热传导的速度取决于物体的导热性能和温度差异。
一般来说，导热性能越好，热传导的速度越快。
热传导在固体、液体和气体中都存在。
固体中的热传导是通过固体内部分子之间的振动和碰撞进行热量传递；液体中的热传导是通过分子之间的扩散和运动进行热量传递；气体中的热传导是通过分子之间的碰撞进行热量传递。
四、热的综合现象在实际问题中，热传递往往是通过热对流、热辐射和热传导的综合作用来实现的。
例如，太阳辐射的热量通过大气层的吸收和散射，一部分通过热辐射传递到地表，再通过地表的热传导和热对流进一步传递到大气中。
化工原理第四章传热过程超详细讲解
② 冷热流体的出口温度互不受影响，冷流体出口温度t1可能 高于热流体出口温度T2，换热彻底。在Φ、K相同时，A逆<A
并。
2、并流的优点: ① t2<T2， 流体终点温度易控 制，对于易气化、分解、反应和 冷凝而必须控温的流体的换热较 适合。
②Δt1>Δt2，适用于某些连续 操作的管式反应器中进行的放 热反应的热量的移出。
对流给热模型的实质：把复杂的对流
给热过程视为通过滞流内层的热传导
过程。 对流给热模型将间壁传热分解为两个给热和一个导热过程:
T主体 → 过度、滞流层→ 内壁 →外壁 → 滞流、过度层 → t 主体
对流传热 对流传热
传导传热
传导传热
传导传热
Φ1
Φ2
Φ3
二、牛顿给热方程
既然将对流给热视为通过滞流内层的热传导，则对
即逆流传热，可使Φ↑ or A↓ or m↓ .
七、并流与逆流的比较
并流传热的温差Δt前大后小，逆流传热温差Δt始终较
大，故一般有Δtm逆>Δtm并。
1、逆流的优点： ∵Φ=KAΔtm
① 进出口温度相同时，Δtm逆>Δtm并，故在 A、K一定时:
Φ逆/Φ并 =Δtm逆 /Δtm并 ＞1
即： Φ逆 ＞Φ并
3、平均温差公式
以并流为例推导平均温差公式： ∵(T-t)与A有关，故须找平均温差(T-t)m =Δ t m, 则需找d(T-t) ～ dA关系,故取一微元面积dA, 在dA 内 视 ( T- t ) 为 常 数 , 在 d A 内 应 用 传 热 速 率 方 程 式 有 ：
对冷热流体进行热量衡算有： kg/s (qm)
(1)传热量 Q (2)传热速率Φ=Q/ τ —单位
《第四章传热》PPT课件
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
化工原理 第四章 传热教学内容
t R
i1 i A
例4-2 P125
多层平壁传热的推动力为总温度差。传热阻力由 各层热阻之和。并且有
t1：t2：t3：t = R1：R2：R3：Ri
25
四、圆筒壁的热传导
1.单层圆筒壁的热传导（稳态）
dr t2 t1
r2
Q
Hale Waihona Puke r1rL26
QAdt2rldt
dr
dr
上式积分可得：
Q
2lt1
ln r2
时的传热速率。
固体导热系数：
固体＞液体 ＞气体
金属的导热系数最大，是热的良导体。
温度↗ ↘
纯度↗ ↗
非金属导热系数较小。
温度↗ ↗ 纯度↗ ↗
对大多数固体： = 0(1+at)= 0 +at
0C时的导热系数
温度系数
17
液体的导热系数： 液态金属(与固态金属性质差不多) 非金属液体：水的导热系数最大
第四章 传热
1
要求：
1.掌握热传导的基本原理、傅里叶定律、平壁与 圆筒壁的稳定热传导计算； 2.掌握对流传热的基本原理及牛顿冷却定律； 3.掌握运用传热速率方程式、热量衡算式、平均 温度差、总传热系数进行传热计算；
2
4.理解对流传热系数的影响因素、关联式及应用 条件； 5.了解间壁换热器的结构特点、应用及强化途径。
21
传热速率
传热推动力 传热阻力
22
2.多层平壁的热传导
Q
b1 b2 b3 t t1
t2 t3 t4 x
23
以三层平壁为例：
QQ 1Q2Q3
Qt1t2 t2 t3 t3t4
b1
b2
b3
实验4 传热实验
热流体的对流传热方程为：Qh=αhAh△tmh
由热量衡算得 Qc′=WCpc(t2-t1) Qh′=GCph(T1-T2)
△tmh——热流体与固体壁面的对数平均温差 △tmc——固体壁面与冷流体之间的对数平均温差
△tm——热流体与冷流体之间的对数平均温差
t mh (T t ) (T2 t w 2 ) 1 w1 T t ln 1 w1 T2 t w 2 (T t ) (T2 t 2 ) t m 1 1 T t ln 1 1 T2 t 2 t mc (t w1 t1 ) (t w 2 t 2 ) t t ln w1 1 t w2 t2
Q KAtm
传热系数K与诸多因数有关（如冷、热流 体的流动状况，流动介质，管子材质等),究 竟哪些因数对K的影响起控制作用，从整体 上难以分析和研究。因此，整个传热过程 可分解为三个子传热过程。
a. 热流体对固体面的对流传热，传热速率为：
Qh=αhAh△tmh b. 固体壁面的热传导，传热速率为： C. 固体壁面对冷流体的对流传热，传热速率为 Qc=αcAc△tmc
1 1
1 1 1 若忽略固体壁面热传导的阻力，则 K c h
对流传热系数αc、αh目前还不能通过解析法得到其理 论 计算式，用无因次分析法通过实验测定其α。已知， 影响α的因素有α=f(l, ρ, μ,cp,λ,u,β,g,△T)
a b c N A R 由无因次化 u o eP r Gr
系数 A，B 的图解求取:
由 取对数
y AxB
lg y lg A B lg x
成线性关系
Y a bX
5 4 3 2 1.4 1 1 2 3 45 104
选用双对数纸 标绘曲线，在图上 可得一根直线段， 求其斜率 b 和截距 a ，进而可得系数 A和B。
实验四 传热综合计算机数据采集和过程控制实验
4.4传热综合计算机数据采集和过程控制实验一、实验目的⒈ 通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。
⒉ 应用线性回归分析方法，确定圆管内强制湍流对流传热关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。
⒊ 通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu 0，了解强化传热的基本理论和基本方式。
4．了解热电偶测温技术以及传热过程计算机数据采集和过程控制技术。
1 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定⒈ 对流传热系数i α的测定对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。
因为i α<<o α ,所以传热管内的对流传热系数≈i α 热冷流体间的总传热系数()/i m i K Q t S =∆⨯ （W/m 2·℃）,即im i i S t Q ⨯∆≈α （4-13）式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2·℃)； Q i —管内传热速率，W ；S i —管内换热面积，m 2； m t ∆—对数平均温差，℃。
对数平均温差由下式确定： 1212()()()ln()w i w i m w i w i t t t t t t t t t ---∆=-- （4-14）式中：t i1，t i2—冷流体的入口、出口温度，℃；t w —壁面平均温度，℃；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。
管内换热面积：i i i L d S π= （4-15）式中：d i —内管管内径，m ；L i —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式：)(12i i pi i i t t c W Q -= （4-16） 其中质量流量由下式求得：3600i i i V W ρ=（4-17）式中：V i —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； c pi —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； ρi —冷流体的密度，kg /m 3。
4综合传热
?
( T2 100
)
4
]?
12
}
RR
?
1
?R
辐射传热 ——气体与固体之间
qR
?
?
/ w
?
g
C0
[( Tg
100
)4
?
( Tw )4 ] 100
qR ? ? R (t1 ? t2 )
?
R
?
t1
1 ? t2
{?
w/ ?
g
C0
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100
)4
?
( Tw )4 ]} 100
RR
?
1
?R
1 一种流体通过器壁向另一种流体传热
t1 Q1 ?t w1
?t界1?t界2 Q2
Q
窑内 火焰或焰气
Q
?t界3
Q3
空硅 耐 气藻 火 夹土 砖 层砖
? tw2
红
t2
砖
窑墙，共n层
窑外 冷空气
? q ?
t1 ? t2 1 ? s1 ? s2 ? ... ? sn ?
1
?
t1 ? t2 1 ? n si ?
1
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窑内
t
/ 1
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Q
窑外 Q
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w
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s
①高温流体与平壁之间的对流和辐射换热
q1 ?
t1 ? t1/ 1
? t1 ? t1/ 1
②平壁内部的导热
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q/
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t/ 1
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t
/ 2
s
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t1 Q1 • tw1
•t界1• t界2 Q2
Q
窑内 火焰或焰气
Q
• t界3
Q3
空硅 耐 气藻 火 夹土 砖 层砖
• tw2
红
t2
砖
窑墙，共n层
窑外 冷空气
q
t1 t2 1 s1 s2 ... sn
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t1 t2 1 n si
1
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窑内
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窑外 Q
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w
• t2
s
①高温流体与平壁之间的对流和辐射换热
q1
t1 t1/ 1
t1 t1/ 1
②平壁内部的导热
R1 1 g1
q/
t/ 1
t2/
s
③平壁外表面与低温流体之间的对流和辐射换热
q2
t/ 2
t2
1
t/ 2
t2
( T2 100
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4
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RR
1
R
辐射传热——气体与固体之间
qR
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R
t1
1 t2
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w/
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[( Tg 100
)4
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RR
1
R
1 一种流体通过器壁向另一种流体传热
q t1 t2 t1 t2 t
s
s
Rt
q t1 tn1 t1 tn
n si
i1 i
n
Rti
i 1
ql
Q l
t1 t2 t 1 ln r2 Rt
2 r1
ql
Q l
n
t1 tn1
t
1 ln ri1 Rt
i1 2i
ri
对流换热
q
(tw
tf
)
t 1
辐射传热
qR
t1
t2 1
t1 t2 t1 t2
t1 t2 RR
R
{
nC0
[( T1 100
)4
( T2 )4 100
]12}
qR
tg
tw 1
tg tw tg tw
tg tw RR
g1
i1 i
g2
3 一种流体通过圆筒壁传热给另一种流体
圆筒壁的导热面积沿热流方向改变，一般计算单
位长度圆筒壁得传热量qL。
Q ql l
d2
t2
d1 t2/ t1 t1/
①筒壁内流体与筒内壁之间的对流和辐射换热
ql1
t1 t1/ 1
t1 t1/ 1
(R1 1) d1 g1 d1
窑墙的热量。
火焰
Qgm Qcgm
Qwm
Qm Qgm Qgcm Qwm
物料
Qgm
m
g
C0
[( Tg 100
)4
( Tm 100
)
4
]
Am
Qgcm gm (Tg Tm )Am
Qwm
mw (1 g
)C0 [(1T0w0 )4
( Tm 100
)4
]Am
习题课
导热
§3-4 综合传热
qd
t1 t2 s
导热
Rd
s
对流换热
qc
tg
tw 1
Rc
1
辐射传热——固体与固体之间
qR
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[( T1 100
)4
( T2 100
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]12
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t1 t2 1
R
R
t1
1 t2
{ nC0 [(1T010 )4
1
R2 2 g2
R对1
R对2
t1 •
•t1/
t2/ •
• t2
R辐1
R导
R辐2
Q
q q1 q/ q2
q
1
t1 t2 s
1
K (t1 t2 )
g1 g2
综合传热系数:
K
1 t1 t2
1 s 1 g1 g2
（W/m2·℃）
2 一种流体通过多层平壁传热给另一种流体
（2）如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg， 问每天因热损失要用掉多少千克煤？
解：根据傅立叶公式
ห้องสมุดไป่ตู้
Q
t s
A
1.04 (520 50) 0.13
20
75.2kw
每天用煤
243600 75.2 2.09 104
310.9kg
/
d
例：在外径为140 mm的蒸气管道外包扎保温材 料，以减少热损失。蒸气管外壁温度 为390℃， 保温层外表温度不大于40℃。保温材料的 λ=0.1+0.0002t (t的单位为℃。λ的单位为W/ （m·℃）)。若要求每米管长的热损失Q/L不大 于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温 度分布。
简化与假定窑内的传热过程：
(1)火焰在窑内各处的温度相等，Tf； (2) 火焰黑度与其吸收率相等（f=Af），其数值根据Tf计算； (3) 火焰完全充满空间（角系数）；
(4) 物料表面各处的温度相等，Tm； (5) 物料表面的黑度为一定值，m； (6) 窑墙（含窑顶）内表面各处的温度相等，Tw； (7) 窑墙表面的黑度为一定值， w； (8) 窑体损失与周围外界的热量恰好等于火焰以对流方式传给
R
{ w/
g
C0
[( Tg 100
)4
( Tw )4 100
]}
例：有—座玻璃池窑的胸墙，用 450mm 厚的硅砖 砌筑，测得其内表面的温度为 1500℃ ，外表面的 温度为 350℃ ，λ=0.92+0.7×10-3t W/m.℃ ，求通 过硅砖的散热损失是多少？
解：
例：耐火砖与红砖砌成的炉墙 s1=150mm ， λ1=1.16W/m.℃ ， s2=200mm ， λ2 = 0.7w/m .℃ ， t1= 300 ℃ ， t3=－5 ℃ ， 炉墙 总面积 20m2，求：
②圆筒壁的导热
ql /
t/ 1
t2/
1 ln d2
2 d1
③筒外壁与低温流体之间的对流和辐射换热
ql 2
t/ 2
t2
1
t/ 2
t2
1
R2 2 g2
ql1 ql / ql 2
ql
1
t1 t2 1 ln d2
1
g1 d1 2 d1 g2 d2
4 一种流体通过多层圆筒壁传热给另一种流体
r1 r2 r3 r4 t1
t2
ql
1
（t1 t2）
n
1 ln di1
1
g1d1 i1 2 di g2dn1
5 窑内火焰空间内的传热
Fw
火焰
窑
Fm
墙
玻璃液
燃料在窑内燃烧，将热量以对流和辐射的形式传递给物料和 窑墙的过程，窑内的温度场、压力场和速度场是不均匀的。
（1）求通过炉墙的散热损失Q ?
（2）界面温度t2 ？
t1
t2
t3 粘红
土砖
q
q砖
s1 s2 1 2
解：据导热公式：
Q qA 735 20 14700(W )
例：一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m2，平均导 热系数为1.04w/m·k，内外壁温分别是520℃及 50℃。
（1）试计算通过炉墙的热损失。