化工原理传热篇6
化工原理の传热实验
化工原理の传热实验一、实验目的1、学习传热系数的测定方法；2、学习传热膜系数及其准数联式的测定方法。
二、实验原理本实验有套管换热器4套，列管式换热器4套，首先介绍套管换热器。
套管换热器管间进饱和蒸汽，冷凝放热以加热管内的空气，实验设备如图2-2-5-1（1）所示。
传热方式为：冷凝—传导—对流 1、传热系数可用下式计算： ]/[2k m W t A qK m⋅∆⋅=(1)图2-2-5-1（1） 套管换热器示意图 式中：q ——传热速率[W] A ——传热面积[m 2] △t m —传热平均温差[K] ○1传热速率q 用下式计算： ])[(12W t t C V q p S -=ρ （2） 式中：3600/h S V V =——空气流量[m 3/s]V h ——空气流量[m 3/h]ρ——空气密度[kg/m 3]，以下式计算：]/)[273(4645.031m kg t R p Pa ++=ρ （3）Pa ——大气压[mmHg]Rp ——空气流量计前表压[mmHg] t 1——空气进换热器前的温度[℃]Cp ——空气比热[K kg J ⋅/]，查表或用下式计算：]/[04.01009K kg J t C m p ⋅+= （4） t m =(t 1+t 2)/2——空气进出换热器温度的平均值（℃） t 2——空气出口温度[℃]②传热平均面积A ：][2m L d A m π= （5）式中：d m =传热管平均直径[m]L —传热管有效长度[m ]③传热平均温度差△t m 用逆流对数平均温差计算：T ←——T t 1——→t 2 )(),(2211t T t t T t -=∆-=∆2121ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆ (6) 式中：T ——蒸汽温度[℃]2、传热膜系数（给热系数）及其关联式空气在圆形直管内作强制湍流时的传热膜系数可用下面准数关联式表示：nr m e P R Nu 0α= （7）式中：N u ——努塞尔特准数R e ——雷诺准数 P r ——普兰特准数αo ——系数，经验值为0.023 m ——指数，经验值为0.8n ——指数，经验值为：流体被加热时n=0.4，流体被冷却n=0.3 为了测定传热膜系数，现对式（7）作进一步的分析：λαdNu =（8） α——空气与管壁间的传热膜系数[W/m 2·k] 本实验可近似取α=K[传热系数]，也可用下式计算：)(m W i t t A q -=α （9）A i ——传热管内表面积[m 2] t W ——管壁温[℃]t m ——空气进、出口平均温度[℃] d ——管内径[m]λ——空气的导热系数[W/m ·k]，查表或用下式计算：λ=0.0244+7.8×10-5t m （10） μρdu =Re （11）u ——空气在加热管内的流速[m/s]μ——空气定性温度（t m ）下的粘度[pa ·s]，查表或用下式计算：μ=1.72×10-5+4.8×10-8t m （12）d ，ρ——意义同上。
第6章 化工原理传热1
第六章
传热
第二节 热传导 热传导是起因于物体内部分子微观运动的一种传热方式 。热传导的机理相当复杂，目前还了解得很不完全。简而言 之，固体内部的热传导是由于相邻分子在碰撞时传递振动能 的结果。 在流体特别是气体中，除上述原因以外，连续而不规则 的分子运动（这种分子运动不会引起流体的宏观流动）更是 导致热传导的重要原因。 此外，热传导也可因物体内部自由电子的转移而发生。 金属的导热能力很强，其原因就在于此。
T1
T2
t2
套管式
传热（或换热）过程： 是指在冷、热流体之间进 行的热量传递总过程。 给热过程：（对流传热过程） 是指热、冷流体与壁面之 间的热量传递过程。
第六章
传热
3、 蓄热式传热 蓄热式换热器又称蓄热器，是由热容量较大的蓄热室构成，室 内可填充耐火砖等各种填料。 一般说来，这种传热方式只适用于气体介质，对于液体 会有一层液膜粘附在固体表面上，从而造成冷热流体之间的少 量掺混。实际上，即使是气体介质，这种微量掺混也不可能完 全避免。如果这种微量掺混也是不允许的话，便不能采用这种 传热方式。这种传热方式只适用于气体的另一原因，是气体的 体积比热容较填充物小得多，液体则不然。
各种物质的λ可用实验方法测定，P388 附录六给出了常用固体材 料的导热系数。从表中所列数据可以看出，各类固体材料导热系数 的数量级为： O 金属 10—102 W/（m·C） O 建筑材料 10-1 —10 W/（m·C） O 绝热材料 10-2 — 10-1 W/（m·C）
第六章
传热
固体材料的导热系数随温度而变，绝大多数质地均匀的固体，导 热系数与温度近似成线性关系，可用下式表示： 式中：λ—固体在t OC 时的导热系数W/（m OC）； λ0—固体在0 OC 时的导热系数W/（m OC）； α—温度系数 1/OC 对于大多数金属材料和液体：α为负值 α< 0 提高温度 λ略减小。 对于大多数非金属材料和气体：α为正值 α> 0 提高温度 λ增大。 金属材料和非金属材料的λ随温度的不同变化趋势是因为它们的导 热机理不同而引起的。前者主要靠自由电子在晶格之间的定向运动导 热，而后者主要靠原子、分子在其平衡位置附近的振动导热。
化工原理课件第6章：传热
化工原理——传热
6.2.4 多层壁的定态导热
例 6-2
Q n
t1 tn1 1 l n ri1
i1 2Li ri
化工原理——传热
化工原理——传热
接触热阻
1
c A
c ：接触系数，W/(m2 ℃）
化工原理——传热
6.3 对流给热
6.3.1 概说 1 对流给热过程的分类
（1）T1、T2、t1、t2均确定时，△tm逆＞△tm并
（2）若Q相同，依 Q KAtm ，A逆＜A并 （3）Q一定时，依 Q qm1cp1(T1 T2 ) qm2cp2(t2 t1)
若T1、T2确定，则（t2－t1）逆＞ （t2－t1）并
∴
qm2逆＜qm2并
化工原理——传热
逆流
并流
化工原理——传热
（3）蒸汽过热的影响 r' r cp(TV Ts )
（4）蒸汽流速及流向的影响 强化思路 → 减少液膜厚度
化工原理——传热
化工原理——传热
a、r、d 的大小取决于物体的性质、表面状况、 温度和投射辐射的波长，一般
固体、液体：a+r =1
气体：a+d =1
化工原理——传热
物体的辐射能力：指物体在一定温度下，单位时间、单位表面积 上所发出的全部波长的总能量。（E）W/m2
化工原理——传热
化工原理——传热
另一表达式： 灰体在一定温度下的辐 射能力和吸收率的比值， 恒等于同温度下黑体的 辐射能力，即只和物体 的绝对温度有关。
化工原理——传热
相距很近的平行黑体平板，面 积相等且足够大，则 12 21 1
化工原理——传热
化工原理实验报告(传热)
化工原理实验报告(传热)
实验名称：传热实验
实验目的：掌握传热原理，测定传热系数。
实验原理：传热是指热能从物体的高温区域传递到物体的低温区域的过程。
传热方式
主要有三种，分别是传导、对流和辐射。
传导是指物质内部由高温区传递热量到低温区的过程。
传导的速率与传导材料的种类、厚度、温度差等因素有关。
对流是指由于物流的运动而引起的热量传递过程。
对流的速率与流动速度、流动形式
等因素有关。
辐射是指物体之间通过电磁波传递热量的过程。
辐射的速率与物体温度、表面特性等
因素有关。
实验仪器：传热实验装置、数显恒温槽、数显搅拌器、功率调节器、电热水壶、测温仪、电阻丝、保温材料等。
实验步骤：
1、将传热实验装置放入数显恒温槽内，开启电源，将温度恒定在80℃左右。
2、将试样加热，使其温度达到与恒温槽内温度一致。
3、将试样放入传热实验装置中，开始实验。
4、在实验过程中，保持搅拌器的匀速转动，确保传热速率的稳定。
5、记录实验数据，计算传热系数。
实验结果：
本实验测定的传热系数为：λ=10.2 W/m•K
通过本次实验，我们掌握了传热原理和测定传热系数的方法，同时也了解了传导、对
流和辐射三种传热方式的特点及其影响因素。
实验结果表明，传热系数是物体传热速率的
量化表示，对于不同的物体和温度差，传热系数是不同的，因此在具体实际应用中需要根
据实际情况进行调整。
化工原理实验报告(传热)
北京化工大学化工原理实验报告传热膜系数测定实验院（部）：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工1005*名：*** 2010011136同组人员：王彬刘玥波方郡实验名称：传热膜系数测定实验实验日期： 2012.11.28传热膜系数测定实验一、摘要本实验以套管换热器为研究对象，以冷空气及热蒸汽为介质，冷空气走黄铜管内，即管程，热蒸汽走环隙，即壳程，研究热蒸汽与冷空气之间的传热过程。
通过测得的一系列温度及孔板压降数值，分别求得正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α及Nu ，做出lg （Nu/Pr0.4）～lgRe 的图像，分析出传热膜系数准数关联式Nu=ARemPr0.4中的A 和m 值。
关键词：对流传热 Nu Pr Re α A 二、实验目的1、掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法；2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 、n 的方法；3、通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。
三、实验原理黄铜管内走冷空气，管外走100℃的热蒸汽，壁内侧热阻1/α远远大于壁阻、垢阻及外侧热阻，因此研究传热的关键问题是测算α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为：p n m Gr A Nu Pr Re ⋅⋅=对于强制湍流有： n m A Nu Pr Re =用图解法对多变量方程进行关联，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）。
在两边取对数，得到直线方程为Re lg lg Pr lg4.0m A Nu+= 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。
在直线上任取一点函数值代入方程中，则可得到系数A ，即mNuA RePr4.0=其中 λαλμμρdNu Cp du ===,Pr ,Re 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。
根据定性温度计算对应的Pr 值。
同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 值。
(化工原理实验)传热实验
系统漏热
实验操作误差
实验系统可能存在漏热现象，导致热量损 失，从而影响实验结果的准确性。
实验操作过程中的人为因素，如操作不规 范、记录数据不准确等，也可能引入误差 。
减小误差方法
选择高精度测量设备
使用高精度温度传感器和测量设备，提高温 度测量的准确性。
加强系统保温措施
对实验系统采取良好的保温措施，减少热量 损失，降低漏热对实验结果的影响。
确保实验装置密封良好，防止热量散 失；保持热流体和冷流体的流量稳定， 以获得准确的实验结果。
实验流程
启动加热器，使热流体循环流动；启动冷却 器，使冷流体循环流动；记录热流体和冷流 体的进出口温度；计算传热系数并分析结果 。
02
实验操作与步骤
实验准备工作
熟悉实验装置
了解传热实验装置的结构、 功能和使用方法，包括加 热器、冷却器、温度计、 流量计等。
冷却操作
在加热过程中，适时打开冷却 器对传热介质进行冷却，以控 制实验过程中的温度波动。
数据记录
在实验过程中，定时记录温度 、流量等关键参数的变化情况
。
数据记录与处理
数据整理
将实验过程中记录的数据进行整理， 包括温度、流量等参数的变化曲线和 数值表格。
数据分析
根据整理的数据，分析传热实验过程 中的传热效率、热损失等关键指标。
准备实验材料
根据实验要求准备所需的 传热介质（如水、油等） 和实验样品。
检查实验设备
确保实验设备的完好和正 常运行，如检查加热器的 加热功率、冷却器的冷却 效果等。
实验操作过程
安装实验装置
按照实验要求正确安装传热实验装置 ，包括加热器、冷却器、温度计、流
量计等，确保装置密封良好。
化工原理-第六章-传热.
化工原理-第六章-传热一、填空题：1. 工业上冷热流体间的传热方式有______________、_____________、____________。
答案：间壁式蓄热式直接混合式2. 热量传递的方式主要有三种: ___________、_____________、_____________。
答案：热传导热对流热辐射3. 传导传热的傅立叶定律表达式为____________，其符号各代表__________________,__________________ 和____________________。
答案：ｄQ/ｄτ＝－λAｄt/ｄδ,ｄQ/ｄτ表示单位时间传递的热量,－表示温度向降低方向传递,A表示传热面积,λ表示导然系数和ｄt/ｄδ表示温度梯度。
4. 影响给热系数α的因素有_____________________________________。
答案：流体种类、流体性质、流体流动状态和传热壁面的几何尺寸5. 由多层等厚度平壁构成的传热壁面, 若某层所用材料的导热系数越大，则该壁面的热阻就越_______,其两侧的温度差越______。
答案：小小6. 定态导热是指______________________________不随时间而改变。
答案：传热系统中各点的温度仅随位置变7. 影响传导传热系数的因素有___________________________________。
答案：物质种类和组成,物质的内部结构和物理状态、温度、湿度、压强等8. 牛顿冷却定律公式为________________, 其符号各代表__________________、_________________和__________________。
答案：Q＝αA（T－t w）, Q表示传热速度、α表示传热系数、A表示对流传热面积、T表示热流体主体平均温度和t w表示为低温流体壁面温度。
9. 在包有二层相同厚度但导热系数不同的保温材料的圆形管道上，应该将______________材料放在内层，道理是______________，______________。
化工原理传热精品-PPT
主要内容
4、1 概述 4、2 热传导 4、3 对流传热概述 4、4 对流传热系数关联式 4、5 传热过程计算 4、6 辐射传热 4、7 换热器
2
基本要求
了解热传导基本原理,掌握傅立叶定律及平壁、圆筒 壁得热传导计算;
了解对流传热得基本原理、牛顿冷却定律及影响对流 传热得因素;掌握对流传热系数得物理意义和经验关联 式得用法、使用条件及注意事项;
Sm 2rmL
Sm
S2 S1 ln S2 / S1
圆筒壁得 对数平均
半径
rm
r2 r1 ln r2
r1
注:当 r2/r1<2时,可用算术平均值代替对数平均值。 44
2、多层圆筒壁得热传导
假设层与层之 间接触良好,即互 相接触得两表面温 度相同。
图4-12 多层圆筒壁热传导
45
2、 多层圆筒壁得热传导
微分导 热速率
dQ dS t
n
Q与温度 梯度方向
相反
导热系 数
温度梯 度
傅立叶定律表明导热速率与 温度梯度及传热面积成正比,而 热流方向却与温度梯度相反。
Δn ət/ən Q
32
3、 导热系数
dQ dS t
q t
n n
① 在数值上等于单位温度梯度下得热通量,故物质得
越大,导热性能越好。
② 是物质得固有性质,是分子微观运动得宏观表现。
加热剂
适用温度,℃
冷却剂 适用温度,℃
热水 饱和蒸汽 矿物油 联苯混合物 熔盐 烟道气加热剂
40～100 100～180 180～250 255～380(蒸汽) 142～530 ～1000
水 空气 盐水
0～80 >30 0～－15
华东理工大学化工原理考研资料课后习题第06章传热
第 六 章 习 题热传导1. 某工业炉的炉壁由耐火砖λ1 = 1.3W/(m ・K )、绝热层λ2 = 0.18W/(m ・K )及普通砖λ3 = 0.93W/(m ・K )三层组成。
炉膛壁内壁温度1100℃, 普通砖层厚12cm, 其外表面温度为50℃。
通过炉壁的热损失为1200W/m 2, 绝热材料的耐热温度为900℃。
求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。
设各层间接触良好, 接触热阻可以忽略。
习题1附图 习题2附图 2. 为测量炉壁内壁的温度, 在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶, 测得t 2=300℃, t 3=50。
求内壁温度t 1。
设炉壁由单层均质材料组成。
3. 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发, 单位面积的蒸发速率为0.048kg/(m 2・s), 与液体交界的金属壁的温度为110℃。
时间久后, 液体一侧的壁面上形成一层2mm 厚的污垢, 污垢导热系数λ=0.65W/(m ・K)。
设垢层与液面交界处的温度仍为110℃, 且蒸发速率需维持不变, 求与垢层交界处的金属壁面的温度。
液体的汽化热γ=2000kJ/kg 。
4. 为减少热损失, 在外径Φ150mm 的饱和蒸汽管道外复盖保温层。
已知保温材料的导热系数λ=0.103+0.000198t(式中t 为℃), 蒸汽管外壁温度为180℃, 要求保温层外壁温度不超过50℃, 每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4kg/(m ・s)以下, 问保温层厚度应为多少?*5. 用定态平壁导热以测定材料的导热系数。
将待测材料制成厚δ、直径120mm 的圆形平板, 置于冷、热两表面之间。
热侧表面用电热器维持表面温度t 1=200℃。
冷侧表面用水夹套冷却, 使表面温度维持在t 2=80℃。
电加热器的功率为40.0W 。
由于安装不当, 待测材料的两边各有一层0.1mm 的静止气层λ气= 0.030W/(m ・K), 使测得的材料导热系数λ’与真实值λ不同。
《化工原理传热》课件
导热问题的数学描述
导热问题的数学描述通常使 用偏微分方程，如热传导方 程。
解这些方程可以得到导热过 程中的温度分布、热流量等 参数。
通过建立数学模型，可以描 述导热过程中温度随时间和 空间的变化规律。
在实际应用中，还需要考虑 其他因素如边界条件、初始 条件等。
03
对流换热
对流换热基本概念
01
02
04
辐射换热
辐射换热基本概念
定义
01
物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射换热。
辐射换热与物质属性
02
物体的辐射换热能力与其发射率、吸收率、反射率和透射率有
关。
辐射换热与温度
03
物体的辐射换热能力随温度升高而增强。
辐射换热计算方法
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
描述了物体在绝对黑体条件下辐射换热的规律。
发射率修正
02
它主要通过物质分子、原子或分子的振动和相互碰 撞进行热量传递。
03
热传导是三种基本传热方式之一，另外两种是热对 流和热辐射。
傅里叶定律
傅里叶定律是热传导的基本定 律，它描述了热传导速率与温
度梯度之间的线性关系。
公式为：q = -k * grad(T)， 其中q为热流密度，k为导热 系数，grad(T)为温度梯度。
传热方式
01
02
总结词：传热主要有三 种方式：热传导、热对 流和热辐射。
详细描述
03
04
05
1. 热传导是指热量在物 质内部通过分子、原子 等微观粒子的运动传递 热量。不同物质导热能 力不同，金属是良好的 导热体。
2. 热对流是指由于物质 宏观运动引起的热量传 递过程，如气体、液体 等流动过程中热量的传 递。对流换热在化工、 能源、动力等领域有广 泛应用。
新版化工原理-6章传热-总结学习课件.ppt
0901
6
二、传热的基本方式 1、热传导
物体中的分子或质点不发生宏观位移。
2、对流给热
流体中质点的位移和混合而引起的热量传递过程。
特点：
流体中质点有相对的宏观位移 仅发生在液体和气体中
3、热辐射
热辐射是以电磁波的形式发射的一种辐射能，辐射能被 物体全部或部分的吸收而变为热能。
0901
7
第二节 热传导 6.2.1 傅里叶(Fourier)定律和热导率
热Φ 流 体
Tw
Φ
冷 流 体
tW
t
流体通过间壁的热交换
0901
16
二、因次分析法获得的对流给热系数
l
f
(lu
, cp
,
l
3
2 g 2
t
)
可表示成
Nu = ARea PrbGrc 式（6-36）
或 Nu = f(Re,Pr,Gr)
0901
17
6.3.3 无相变的对流给热系数的经验关联式
Q
t
Δt R
=
推动力 阻力
式（6-10）
λA
t1
t2
dx
A
t1 > t2
x
q Q t A
式（6-9）
其中: R 导体的热阻K/W
λA
平壁内温度沿壁厚呈直线关系（λ为常数）
0901
10
二、多层平壁的稳态热传导
t δ1 δ2 δ3
1 2 3
t1 t2 t2t3
0901
2. 选择冷却介质的出口温度。
为求得传热系数K, 须计算两侧的给热系数α, 故设计者必须决定：
化工原理传热论文
化工原理传热论文引言传热是化工领域一个重要的研究课题，它在工业生产过程中起到至关重要的作用。
传热过程涉及到物质的热量通过传导、对流和辐射等方式从一个物体传递到另一个物体。
了解传热原理对于优化工艺参数、提高能源利用效率以及保障工业生产的安全性都具有重要意义。
本文将介绍传热的基本原理以及在化工领域中的应用。
首先，我们将讨论传热的基本概念，包括传热的方式和传热方程。
然后，我们将介绍一些传热现象的具体示例，如换热器、蒸发器和冷凝器。
最后，我们将讨论一些提高传热效率的方法。
传热的基本概念在化工领域中，传热通常发生在两个物体之间。
传热有三种基本方式：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的热传递。
在传导中，热量通过物质内部分子间的热振动传递。
传导的速率取决于物质的热导率和温度梯度。
对流是指热量通过流体的传递。
在对流中，热量通过流体的运动和分子的碰撞来传递。
对流的速率取决于流体的速度、流体的热导率和表面温度的差距。
辐射是指热量通过电磁辐射的方式传递，不需要介质。
辐射的速率取决于物体的温度和表面特性。
传热方程描述了传热的速率。
对于传导，传热方程可以写为:$$ Q = -\\lambda \\frac{{\\delta T}}{{\\delta x}} \\cdot A $$其中，Q是传热速率，$\\lambda$是物质的热导率，$\\frac{{\\deltaT}}{{\\delta x}}$是温度梯度，A是传热截面积。
对于对流，传热方程可以写为:$$ Q = h \\cdot A \\cdot \\Delta T $$其中，Q是传热速率，ℎ是传热系数，A是传热面积，$\\Delta T$是表面温度差。
对于辐射，传热方程可以写为:$$ Q = \\sigma \\cdot \\varepsilon \\cdot A \\cdot (T_1^4 - T_2^4) $$其中，Q是传热速率，$\\sigma$是斯特藩-玻尔兹曼常数，$\\varepsilon$是辐射率，A是传热面积，T1和T2分别是两个物体的温度。
化工原理 传热 完整ppt课件
精选
18
3、热导率
QAddxtAQdt
dx
(1) 为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)
物质的越大，导热性能越好
(2) 是分子微观运动的宏观表现
= f(结构,组成,密度,温度,压力）
(3) 各种物质的导热系数
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
传热
精选
1
第一节 概述
一、传热过程在化工生产中的应用
加热或冷却 换热/能量回用 保温
强化传热过程 削弱传热过程
精选
2
能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！
余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
流 体
间壁
流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有
流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程
称为对流传热。
精选
12
精选
13
6、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热 管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算 时使用平均温度差，以 t m 表示。经验指出，在稳 态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体 的温度差 t m 成正比。即得传热速率方程式为：
QKAtm1/tKmA总总 传热 热阻 推动力
式中 K ── 总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q ── 传热速率，W或J/s；
A ── 总传热面积，m2；
tm ── 两流体的平均精选温差，℃或K。
14
化工原理 传热
精品课件
2、对流 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。
✓自然对流 ✓强制对流
3、热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。 能量转移、能量形式的转化 不需要任何物质作媒介 Ea∝T4
三种传热方式一般不单独存精在品课，件往往相互伴随，同时出现。
精品课件
三、两流体通过间壁换热与传热速率方程式 1、间壁式换热器
试计算该管路每米长的散热量。
水蒸气管 保温层
解:
Q
dt
dt
q ll 2rd r 2(0 .5 0 .00 t)rd 0r19 r =0.213m
ql r1 r2d r r2
t2(0.50.00t)0 d9 t
t1
r2=0.613m
t1=150oC
t2=40oC
0.4m
q llr r n 1 2 2 ( 0 .5 t 0 .0 2t 0 2 )t t 1 2 0 2 [ 9 0 .5 ( t 1 t2 ) 9 1 2 4 ( 0 t 1 2 t2 2 )]
dx
分离变量后积分
t2 dt Q
b
dx
t1
A 0
得导热速率方程式
Q b A(t1 t2)
或
Q
t1
t2 b
t R
传热推动力 热阻A来自qQ Ab
(t1
t2 )
精品课件
例:平壁A=20m2，b=0.37m，t1=1650oC，t2=300oC，材料导热系 数=0.815+0.00076t (t:oC，:W/(moC))。试求平壁Q和q。
lnr2
1 lnr2 R
r1
2l r1
精品课件
注：在稳态下通过圆筒壁的导热速率Q与坐标r无关，但热流密度q
第六章 传热-第六节-传热过程的计算
t W1 , T2
热流体
T
t 1， W 冷流体
2
W 1 C p 1 (T − T 2 ) = W 2 C p 2 ( t − t 1 ) T = W 2C p 2 W 1C p 1 ⎛ W 2C p 2 ⎞ t1 ⎟ t + ⎜ T2 − ⎜ W 1C p 1 ⎟ ⎝ ⎠
这就是传热计算的指导思想，以下的工作就是要解决
K和Δபைடு நூலகம் m !
西北大学化工原理课件 W2, t1 1、热量衡算的微分表达式 h1, cp2 右图为一定态逆流操 t+dt t W1,T1 作的套管换热器，以微元 H ,c T+dT T 1 p1 T2,H2 体内内管空间为控制体作 dA t2,h2 热量衡算，并假定：
T − Tw Tw − t w t w − t = = q= 1 1 δ
t T
α1
T − Tw = q ⋅ 1
三 式 相 加
λ
α2
α 2 tw α1 Tw
α1 δ Tw − t w = q ⋅ λ
tw − t = q ⋅ 1
⎛ 1 δ 1 ⎞ T − t = q⎜ ⎜α + λ + α ⎟ ⎟ 2 ⎠ ⎝ 1
金属壁两边温差很小，Tw ≈ tw，于是： 1 T − Tw α1 = 1 Tw − t （6 − 119）
α2
如果金属壁热阻不能忽略时， 从（6-119）式可看出：传 热面两侧温差之比等于两侧热阻之比、壁温Tw必接近于热阻 较小或给热系数较大一侧流体的温度。
西北大学化工原理课件
二、传热平均温差和传热基本方程式
西北大学化工原理课件
4、传热基本方程式
T1 − T 2 将 式 dT = （ d T − t） 和 （ T − t） − T − t） 1 （ 2 t 2 − t1 （ dt = d T − t） 带 入 式 A = （ T − t） − T − t） （ 1 2
化工原理实验之传热试验
化工原理实验之传热试验传热试验是化工原理实验中具有重要意义的一项实验，试验目的是研究传热现象，了解传热规律，以及对传热理论进行实际检验。
本次实验主要包括对传热现象进行观察、测量传热速率和传热系数、验证传热公式等内容。
一. 实验原理1.传热基本原理传热是指物质内部或不同物质之间由于温度差而造成的能量传递现象。
传热方式主要有三种：传导、对流和辐射。
传导是指热量沿着物体内部的分子间传递，是热量在不需要物质的输送下传递的一种方式。
对流是指热量通过流体的对流传递，是热量通过可流动的物质实现的传递。
辐射是指热能通过电磁波的形式传播，是热量不需要介质的传递。
2.传热系数的定义传热系数是描述物质之间传热的一个参数。
它体现了传热时热量流动速率和温度差之间的比例关系，通常用W/m2·K或kcal/h·m2·K来表示。
传热系数取决于具体的传热方式、传热介质以及传热表面的性质等，因此无法精确确定，需要通过实验的方法进行测量。
3.传热计算公式传热计算公式是用来计算传热速率或传热系数的公式，基于传热规律进行推导，常见的有牛顿冷却定律、斯特凡—波尔兹曼定律、傅里叶定律等。
二. 实验器材本次实验所需的器材包括传热试验装置、恒温水槽、电热膜、狭缝式温度计等。
三. 实验步骤1.打开仪器的电源，使恒温水槽内的水温恒定在设定值。
2.将试验装置放入恒温水槽中，调整好试验装置和热源之间的距离。
3.测量试验装置与水温之间的温度差。
4.将电热膜接通电源，记录下电热膜的功率大小。
5.运用实验数据计算出试验装置的传热速率和传热系数。
四. 实验结果通过实验测量，并利用公式计算，得出试验结果如下：试验装置与水温之间的温度差为8℃，电热膜的功率为176W，故传热速率为1408W。
根据实际测量数据，计算得出传热系数为87.13W/m2·K。
本次传热试验的主要目的在于了解传热现象及其规律，测量传热速率和传热系数以及验证传热公式。
化工原理传热
潜热:在温度压力不变时物质相变所吸收 或放出的热量.例如:当373K时水达到沸 腾,虽继续加热,水温仍保持不变,这时,所 提供的热量都被用于水变成蒸汽的相变, 此时水吸收的热量就是潜热.潜热的具体 表现形式有汽化潜热或液化潜热
热载热体与冷载热体
参与传热的流体称为载热体,温度较高在传 参与传热的流体称为载热体 温度较高在传 热过程中失去热量的流体,称为热载热体,温 称为热载热体 热过程中失去热量的流体 称为热载热体 温 度较低并在过程中得到热量的流体称为冷 度较低并在过程中得到热量的流体称为冷 载热体 传热过程通常是在两种流体间进行的
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1
基本介绍
传热在化工生产中占据重要的位置,设备投 传热在化工生产中占据重要的位置 设备投 资就占全部设备投资的30%-40% 资就占全部设备投资的 热量传递是自然界最普遍的现象。 热量传递是自然界最普遍的现象。凡有温 差存在的地方， 差存在的地方，热量总是自发地由高温向 低温传递。 低温传递。 传热 们 说 热传递, , 温度 高温区 能 高温区 温区 转 . 传热 工 产 单 却都属 。加热 却都属 传热
每一种物质都有其对应的导热系数 固体的导热系数虽温度的 的导热系数虽温度的升高而升高 的导热系数虽温度的 一般金属的导热系数最大,固体非金属次之 固体非金属次之,液 一般金属的导热系数最大 固体非金属次之 液 体较小,气体的导热系数最小 体较小 气体的导热系数最小 化工厂在选用设备材料时,就要参考各物质的导 化工厂在选用设备材料时 就要参考各物质的导 热系数,在需要传热的地方 如锅炉的水管,换热 在需要传热的地方,如锅炉的水管 热系数 在需要传热的地方 如锅炉的水管 换热 器的换热管,用传热系数大的材料 用传热系数大的材料,而需要阻止 器的换热管 用传热系数大的材料 而需要阻止 传热的场合如设备管路的保温层,则用导热系数 传热的场合如设备管路的保温层 则用导热系数 小的材料
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三、管壳式换热器的选用和设计计算步骤
（3）核算总传热系数 计算管、壳程对流传热系数，确定污垢热
阻，再计算总传热系数K0’，然后比较，若
K'0 / K0 1.15 ~ 1.25
则初选的换热器合适，否则需另设K值，重复以
上计算步骤。
21
第4章 传 热
4.7 换热器 4.7.1 间壁式换热器的类型 4.7.2 管壳式换热器的设计和选型 4.7.3 各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径
5
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
⑦黏度大的液体或流量较小的流体宜走管间， 因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和
流向的不断改变，在低Re值(Re>100)下即可达到
湍流，以提高对流传热系数。 ⑧对于刚性结构的换热器，若两流体的温度
差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面
温度与α大的流体温度相近，可以减少热应力。
17
三、管壳式换热器的选用和设计计算步骤
④计算平均温度差，并根据温度差校正系数 不应小于0.8的原则，决定壳程数。
⑤依据总传热系数的经验值范围，或按生产
实际情况选定总传热系数K值。 ⑥由总传热速率方程Q=KSΔtm，初步算出传
热面积S，并确定换热器的基本尺寸(如d、L、n
及管子在管板上的排列等)，或按系列标准选择 设备规格。
7.外壳直径的确定 8.主要附件
主要附件有封头、缓冲挡板、导流筒、放 气孔、排液孔、接管。 9.材料选用
13
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
10.流体流动阻力(压强降)的计算 （1）管程流动阻力计算
pi (p1 p2 )Ft Ns Np
直管摩擦 阻力引起 的压降
回弯阻 力引起 的压降
管程结垢 校正系数
管程数 壳程数
14
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
（2）壳程流动阻力的计算
Po (p1 p2 )Fs Ns
横过管束 的压降
流体通过折 流挡板缺口
的压降
壳程结 垢校正 系的问题
流体横过管束的压降
P1
Ffonc
(
NB
1)
uo2
2
流体通过折流挡板缺口的压降
18
三、管壳式换热器的选用和设计计算步骤
S0 nπd0 (L 0.1)
K0
Q S0tm
19
三、管壳式换热器的选用和设计计算步骤
（2）计算管程、壳程压强降 根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体
的流速和压强降，检查计算结果是否合理或满足 工艺要求。若压强降不符合要求，要调整流速， 再确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的 换热器，重新计算压强降直至满足要求为止。
4和6程等四种。采用多程时，通常应使每程的 管子数大致相等。
当温度差校正系数小于0.8时，应采用壳方 多程。常用的方法是将几个换热器串联使用。
10
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
6.折流档板
板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较 大；板间距过大，流体难于垂直流过管束，使对 流传热系数下降。
缺口高度 过小，板 间距过大
为5～10℃。缺水地区选用较大的温度差，水 源丰富地区选用较小的温度差。
8
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
4.管子的规格和排列方法
①管子规格
1.5m
25mm 2.5mm
2m
管径
管长
19mm 2mm
3m
等边三角形
6m
②排列方法 正方形直列
正方形错列
9
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
5.管程和壳程数的确定 管壳式换热器的系列标准中管程数有1、2、
2
一、管壳式换热器的型号与系列标准
× × × × × × -× × -× × ×
1
2
3 -4 - 5
3——管程数Np ， Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ; 4——公称压强PN，MPa; 5——公称换热面积SN，m2。
例如：型号为G800Ⅱ-1.0-110的管壳式换热器。
3
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
1.流体流径的选择 ①不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为
管内清洗比较方便。 ②腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管
子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 ③压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，
可节省壳程金属消耗量。
4
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
④饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷 凝液，且蒸气较洁净，它对清洗无要求。
⑤有毒流体宜走管内，使泄漏机会较少。 ⑥被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向 外的散热作用，增强冷却效果。
正常
图4-55 挡板切口高度及板间距的影响
缺口高度 过高，板 间距过小
11
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
系列标准中采用的板间距为：固定管板式有 150mm 、 300mm 和 600mm 三 种 ； 浮 头 式 有 150mm 、 200mm、300mm、480mm和600mm五种。
12
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
22
传热的强化途径
强化传热 提高冷、热流体间的传热速率，力求使换热
器在单位时间内、单位传热面积传递的热量尽可 能增多。 强化传热的途径
Q KStm
增大 K , S, tm 均可增加 Q ，以强化传热。
23
传热的强化途径
P2
NB (3.5
2z) D
uo2
2
一般来说，液体流经换热器的压强降为 10～100kPa，气体的为1～10kPa。
16
三、管壳式换热器的选用和设计计算步骤
管壳式换热器的设计计算步骤如下。 （1）试算并初选设备规格
①确定流体在换热器中的流动途径。
②根据传热任务计算热负荷Q。
③确定流体在换热器两端的温度，选择管 壳式换热器的形式;计算定性温度，并确定在定 性温度下的流体物性。
6
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
2.流体流速的选择 加大对流传热系数
增大流速 减少污垢的形成 流动阻力加大
总传热系数增大 动力消耗增多
一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。表 4-13至表4-15列出了常用的流速范围，可供设计 时参考。
7
二、管壳式换热器设计时应考虑的问题
3.流体两端温度的确定 一般来说，设计时冷却水两端温度差可取
第4章 传 热
4.7 换热器 4.7.1 间壁式换热器的类型 4.7.2 管壳式换热器的设计和选型
1
一、管壳式换热器的型号与系列标准
管壳式换热器的型号由以下五部分组成:
× × × × × × -× × -× × ×
1
2
3 -4 - 5
1——换热器的代号，G表示固定管板式，F表示 浮头式;
2——公称直径，mm;