化学工程传热学课件任务
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传热学PPT学习课件学习教案
第十五页，共67页。
有限空间自然对流
封闭(fēngbì)腔辐射换热
保温层散热
肋壁温度场分析 (fēnxī)
选择性涂层(tú cénɡ)
太阳能耐集热页，共67页。
4 传热(chuán rè)过程的分类
按温度与时间的依变关系，可分为(fēn wéi)稳态过程和非稳态过程两 大类。
b 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一 样。为什么？
c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何 解释其道理？越厚越好？
第8页/共66页
第九页，共67页。
(2) 工业技术领域(lǐnɡ yù)的 动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源、微电子、核能 应用 、航空航天、微机电系统（MEMS）、新材料(cáiliào)、军事科 学与技术、生命科学与生物技术…
过程
第17页/共66页
第十八页，共67页。
1 导热(dǎorè)（热传导）(heat Conduction)
(1)导热的定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的
两物体间直接接触时，依靠(yīkào)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
(2)导（热教的材范P4畴）(fànchóu)：可以在固体、液体、气体中
Fundamentals of Heat Transfer, by F. P. Incropera, D.P. DeWitt
各式传热学的习题集（图书馆和购书中心）
第1页/共66页
第二页，共67页。
课程的重要性
学时(xuéshí)及学分 总学时(xuéshí)：64（其中4个实验学时(xuéshí)） 总 学分：4.0
dx
q Φ dt
A
有限空间自然对流
封闭(fēngbì)腔辐射换热
保温层散热
肋壁温度场分析 (fēnxī)
选择性涂层(tú cénɡ)
太阳能耐集热页，共67页。
4 传热(chuán rè)过程的分类
按温度与时间的依变关系，可分为(fēn wéi)稳态过程和非稳态过程两 大类。
b 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一 样。为什么？
c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何 解释其道理？越厚越好？
第8页/共66页
第九页，共67页。
(2) 工业技术领域(lǐnɡ yù)的 动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源、微电子、核能 应用 、航空航天、微机电系统（MEMS）、新材料(cáiliào)、军事科 学与技术、生命科学与生物技术…
过程
第17页/共66页
第十八页，共67页。
1 导热(dǎorè)（热传导）(heat Conduction)
(1)导热的定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的
两物体间直接接触时，依靠(yīkào)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
(2)导（热教的材范P4畴）(fànchóu)：可以在固体、液体、气体中
Fundamentals of Heat Transfer, by F. P. Incropera, D.P. DeWitt
各式传热学的习题集（图书馆和购书中心）
第1页/共66页
第二页，共67页。
课程的重要性
学时(xuéshí)及学分 总学时(xuéshí)：64（其中4个实验学时(xuéshí)） 总 学分：4.0
dx
q Φ dt
A
化学工程传热学课件任务三(二)
4.流体无相变时的对流传热系数 对在圆形直管内作强制湍流且无相变，其粘度小于2倍常 温水的粘度的流体，可用下式求取给热系数。
Nu=0.023Re0.8Prn
0 . 023
d
Re
0 .8
Pr
n
式中n值随热流方向而异，当流体被加热时，n＝0.4；当流 体被冷却时，n＝0.3。 应用范围：Re>10000， 0.7 < Pr < 120 l/d ＞60 。 若L/d <60，需将上式算得的α乘以[1+(d/l)0.7]加以修 正。
K
1 1
i
R Si
b
R So
1
o
（四）总传热系数的经验值
九 传热面积的计算
A＝
Q Ktm
列管式换热器的型号与规格
1．基本参数 列管换热器的基本参数主要有： ①公称换热面积SN；②公称直径DN；③公称压力pN；④ 换热管规格；⑤换热管长度L；⑥管子数量n；⑦管程数Np； 等等。 2．型号表示方法 列管换热器的型号由五部分组成。 — — 1 2 3 4 5 1——换热器代号； 2——公称直径DN，mm； 3——管程数Np，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ； 4——公称压力pN，MPa； 5——公称换热面积SN，m2。
大容积饱和沸腾曲线
自然对流
h
核状沸腾
C
膜状沸腾
不稳 定膜 状
稳 定 区
F E
D B A 0.1 1.0 10 102
Δt = (tw-ts)/℃
103
沸腾温度差和表面传热系数关系
影响沸腾传热的因素
物性： , , 压力： P , ,
, ,
传热学第二章课件PPT教案
第16页/共73页
沿x 轴方向导入与导出微元体净热量
Φx
Φxdx
x
t x
dxdydz
同理可得：
沿 y 轴方向导入与导出微元体净热量
Φy
Φydy
y
t y
dxdydz
沿 z 轴方向导入与导出微元体净热量
Φz
Φzdz
z
t z
dxdydz
传热学 Heat Transfer
第17页/共73页
t f (x, y, z, )
二维温度场 三维温度场
t f (x, y)
t f (x, y, )
t f (x, y, z)
t f (x, y, z, )
第2页/共73页
2、温度分布的图示法
传热学 Heat Transfer
第3页/共73页
2、温度分布的图示法
等温线
传热学 Heat Transfer
第6页/共73页
3、意义
已知物体内部的温度分布后，则由该定律求得各 点的热流密度或热流量。
例1：已知右图平板中的温度分布可以表示成如下 的形式：
t c1x2 c2
其中C1、C2 和平板的导热系数为
常数，计算在通过x 0 截面处的
热流密度为多少？
x 0
传热学 Heat Transfer
第7页/共73页
3. 一块厚度为 的平板，平板内有均匀的内热源，
热源强度为 ，平板一侧绝热，平板另一侧与温
度为tf 的流体对流换热，且表面传热系数为h。
传热学 Heat Transfer
第26页/共73页
4. 已知一单层圆筒壁的内、外半径分别为 r1、r2 ，导热系数为常量，无内热源，内、外壁面维持 均匀恒定的温度tw1，tw2 。
传热学基本知识PPT课件
Qt1t2t3 t1t4
R1R2R3
R
通过各层的导热量相同， 各层导热所遵循的规律相同
2021
29
传热学基本知识
热传导
4、导热计算 3）单层圆筒壁的稳定热传导
特点：单层圆筒壁的导热面积不是常量，随圆
筒半径而变、同时温度也只是随半径而变。
Q t1 t2 R
t
A均
A均=2πr均L
r均
r2 r1 ln r2
导热分为两类
稳定导热：温度不随时间而变化的导热 不稳定导热：温度随时间而变化的导热
知识回顾
2021
23
传热学基本知识
热传导
2、傅里叶导热定律
热传导的速率与垂直于热流方向的表面积成正比，与壁面两侧的温差成正比，与壁厚成反比。
QAt1t2
q
Q A
t
Q
t
t R
A
Q 导热量，传热速率 , W;
导热动力 导热阻力
自然对流
泡状沸腾或泡核沸腾（传热系数大）
膜状沸腾
2021
36
蒸汽冷凝时的对流传热
蒸汽冷凝的对流传热
蒸汽是工业上最常用的热源，在锅炉内利用煤燃烧 时产生的热量将水加热汽化，使之产生蒸汽。蒸汽在饱 和温度下冷凝成同温度的冷凝水时，放出冷凝潜热，供 冷流体加热。
2021
37
蒸汽冷凝时的对流传热
(1) 蒸汽冷凝的方式
t t1t2 l n t1 t2 2021
当⊿t1/⊿t2＜2时
⊿t=(⊿t1+⊿t2)/2
15
（2）双侧变温时的平均温度差
并流
逆流
错流
折流
①并流时的(对数)平均温度差
化学工程传热学任务一精品PPT课件
考核方法
考核体系由两块组成：一是过程考核，二是终结性考核。
过程考核的任务是对学生日常学习过程中的态度、表 现、操作结果、提问与回答问题情况、任务的完成质量 等进行考核。
过程考核任务分值表
任务 任 任 任 任 任 任 任 任 任 任 务 务 务 务 务务 务 务 务 务 一 二 三 四 五六 七 八 九 十
三. 传热பைடு நூலகம்化工生产中的应用
1. 化学反应中的传热 2. 化工单元操作中的传热 3. 化工生产中热能的合理利用和余热的回收 4. 减少设备的热量（或冷量）的损失
化工生产对传热过程的要求：强化传热和消弱传热 稳定传热和不稳定传热
四. 工业上常见的换热方式
1.直接接触式换热（又称为混合式换热） —— 直接接触式换热器
（5）接头较多，容易发生泄漏，单位长度传热面积较较小，金属 消耗量大；结构不紧凑，占地较大。
蛇管换热器
名
结构
特点
应用
称
沉 以金属管弯绕而成，制 结构简单、造价低廉、
浸 成适应容器的形状，沉 便于防腐、能承受高
式 浸在容器内的液体中。 压。为提高传热效果，
蛇 管内流体与容器内液体 常需加搅拌装置。
能迅速准 确查到所 需资料与
数据
能准确查 到所需资 料与数据
基本能查 到所需资 料与数据
能查阅简单 资料
不能查资料
单项 成绩
条理清楚， 言简意明， 普通话好
条理清楚， 言简意明，
能表达清 楚想要说 明的内容
能基本表达 想要说明的
内容
不能表达清 楚想要说明
的内容
能渗透到 学习、训
练环节
能较好地 在学习、 训练环节
传统教学与项目化教学的区别
化工基础课件武汉大学第3章传热
体。 加热方式：在整个被加热的物体上同时进行加热，
内部的分子处于不停的运动中，加热均匀、快速。 而一般的加热是从外向里进行。 不足：热效率低，对无线电及广播会产生干扰。
微波加热：是利用高频的电磁辐射线（频率高于高 频加热的频率）引其被加热物体内分子的振动而产 生能量。加热速度快，均匀，工作环境好，便于控 制。
型的换热器应视具体情况，综合考虑。
强化传热的途经 所谓强化传热的途径，就是要想法提高传热速率ф。
提高K，A，ΔTm中的任何一个，都可以传热强化。
K iA iTm
其中：1 di di di Ki id1 dm idi
Tm
T2 ln
T1 T2
T1
第六节 加热技术
加热方式 加热原理 主要设备
6-2 红外线加热技术
红外线加热是利用红外线辐射器发出来的红外线， 照射在被加热物体上，被物体吸收的部分会转化 为物质分子的热运动，从而使物体受热。
特点：加热速度快，干净，装置简单。但加热深 度不够，一般多为0.1-2mm，多用于薄层加热。
本章小结
传热方式 传热计算 传热设备
合作愉快
够被该物体吸收变成热能，将这一范围内的电磁波称为热 射线。当物体向外辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不 相等时，该物体就与外界进行了热量传递，这种传热方式 称为热辐射。
能量守恒：
QA QR QD 1 QQQ
物体的吸收率为 A Q A
Q
反射率为 透过率
R QR Q
D QD Q
黑体：能全部吸收辐射能的物体。A=1 白体：能全部反射辐射能的物体。R=1 透热体：所有投射在物体上的辐射射线完全透过。
q T
t
t
2-3 比例系数α计算 影响因素 流体的种类：气体、液体、固体 流体的性质：密度、导热系数、黏度等 流体的流型：层流、过度流、湍流等 对流的种类：自然对流和强制对流 传热壁面的形状、位置和大小
内部的分子处于不停的运动中，加热均匀、快速。 而一般的加热是从外向里进行。 不足：热效率低，对无线电及广播会产生干扰。
微波加热：是利用高频的电磁辐射线（频率高于高 频加热的频率）引其被加热物体内分子的振动而产 生能量。加热速度快，均匀，工作环境好，便于控 制。
型的换热器应视具体情况，综合考虑。
强化传热的途经 所谓强化传热的途径，就是要想法提高传热速率ф。
提高K，A，ΔTm中的任何一个，都可以传热强化。
K iA iTm
其中：1 di di di Ki id1 dm idi
Tm
T2 ln
T1 T2
T1
第六节 加热技术
加热方式 加热原理 主要设备
6-2 红外线加热技术
红外线加热是利用红外线辐射器发出来的红外线， 照射在被加热物体上，被物体吸收的部分会转化 为物质分子的热运动，从而使物体受热。
特点：加热速度快，干净，装置简单。但加热深 度不够，一般多为0.1-2mm，多用于薄层加热。
本章小结
传热方式 传热计算 传热设备
合作愉快
够被该物体吸收变成热能，将这一范围内的电磁波称为热 射线。当物体向外辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不 相等时，该物体就与外界进行了热量传递，这种传热方式 称为热辐射。
能量守恒：
QA QR QD 1 QQQ
物体的吸收率为 A Q A
Q
反射率为 透过率
R QR Q
D QD Q
黑体：能全部吸收辐射能的物体。A=1 白体：能全部反射辐射能的物体。R=1 透热体：所有投射在物体上的辐射射线完全透过。
q T
t
t
2-3 比例系数α计算 影响因素 流体的种类：气体、液体、固体 流体的性质：密度、导热系数、黏度等 流体的流型：层流、过度流、湍流等 对流的种类：自然对流和强制对流 传热壁面的形状、位置和大小
传热学-第一章 绪论PPTPPT幻灯片
• 工程热力学：研究能量转换的规律以及热能的性质
• 传热学：研究热量传递规律的一门科学， 热量传递的机理、规律、计算和测试方法
• 燃烧学：研究燃烧现象和燃烧机理
• 制冷与低温：用人工的方法在一定时间和一定空 间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度 以下或很低的温度并保持该温度
授课计划 （48学时）
说明：只研究导热现象的宏观规律。
4 、导热的基本规律
1 ）傅立叶定律 （ 1822年，法国数学家Fourier）
如左图所示的两个表面分别维持均 匀恒定温度的平板，是个一维导热 问题。对于x方向上任意一个厚度为 的微元层来说，根据傅里叶定律， 单位时间内通过该层的导热热量与 当地的温度变化率及平板面积A成正 比，即
第一章 绪论（4学时） 第二章 导热基本定律及稳态导热（8学时） 第三章 非稳态导热（6学时） 第四章 导热数值解法基础（2学时） 第五章 单相流体对流换热（8学时） 第六章 凝结与沸腾换热（2学时） 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性（4学时） 第八章 辐射换热计算（6学时） 第九章 传热过程分析与换热器计算（8学时） 成绩权重：考试 70%，作业30％。
c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃， 以利于保温。如何解释其道理？越厚越好？
d 为什么下雪不冷、化雪冷？
为什么水壶的提把要包上橡胶？
不同材质的汤匙放入热水中，哪个黄油 融解更快？
生产技术领域大量存在传热问题
a 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷 却；火箭推力室的再生冷却与发汗冷却； 卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大 气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却； 核热火箭、电火箭；微型火箭（电火箭、 化学火箭）；太阳能高空无人飞机
❖ 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍
• 传热学：研究热量传递规律的一门科学， 热量传递的机理、规律、计算和测试方法
• 燃烧学：研究燃烧现象和燃烧机理
• 制冷与低温：用人工的方法在一定时间和一定空 间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度 以下或很低的温度并保持该温度
授课计划 （48学时）
说明：只研究导热现象的宏观规律。
4 、导热的基本规律
1 ）傅立叶定律 （ 1822年，法国数学家Fourier）
如左图所示的两个表面分别维持均 匀恒定温度的平板，是个一维导热 问题。对于x方向上任意一个厚度为 的微元层来说，根据傅里叶定律， 单位时间内通过该层的导热热量与 当地的温度变化率及平板面积A成正 比，即
第一章 绪论（4学时） 第二章 导热基本定律及稳态导热（8学时） 第三章 非稳态导热（6学时） 第四章 导热数值解法基础（2学时） 第五章 单相流体对流换热（8学时） 第六章 凝结与沸腾换热（2学时） 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性（4学时） 第八章 辐射换热计算（6学时） 第九章 传热过程分析与换热器计算（8学时） 成绩权重：考试 70%，作业30％。
c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃， 以利于保温。如何解释其道理？越厚越好？
d 为什么下雪不冷、化雪冷？
为什么水壶的提把要包上橡胶？
不同材质的汤匙放入热水中，哪个黄油 融解更快？
生产技术领域大量存在传热问题
a 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷 却；火箭推力室的再生冷却与发汗冷却； 卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大 气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却； 核热火箭、电火箭；微型火箭（电火箭、 化学火箭）；太阳能高空无人飞机
❖ 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍
传热学课件课件(多应用版)
传热学课件引言传热学是研究热量传递规律的学科，是工程热力学和流体力学的重要分支。
在实际工程应用中，传热问题无处不在，如能源转换、化工生产、建筑环境等领域。
因此，掌握传热学的基本原理和方法，对于工程技术人员来说具有重要意义。
本文将简要介绍传热学的基本概念、原理和方法，并探讨其在工程实际中的应用。
一、传热学基本概念1.热量传递方式热量传递方式主要包括三种：导热、对流和辐射。
（1）导热：热量通过固体、液体或气体的分子碰撞传递，其传递速率与物体的导热系数、温度差和物体厚度有关。
（2）对流：热量通过流体的宏观运动传递，其传递速率与流体的流速、密度、比热容和温度差有关。
（3）辐射：热量以电磁波的形式传递，其传递速率与物体表面的温度、发射率和距离有关。
2.传热方程传热方程是描述热量传递规律的数学表达式，主要包括傅里叶定律、牛顿冷却公式和斯蒂芬-玻尔兹曼定律。
（1）傅里叶定律：描述导热过程中热量传递的规律，公式为Q=-kA(dT/dx)，其中Q表示热量传递速率，k表示导热系数，A表示传热面积，dT/dx表示温度梯度。
（2）牛顿冷却公式：描述对流过程中热量传递的规律，公式为Q=hA(TwTf)，其中Q表示热量传递速率，h表示对流换热系数，Tw 表示固体表面温度，Tf表示流体温度。
（3）斯蒂芬-玻尔兹曼定律：描述辐射过程中热量传递的规律，公式为Q=εσA(T^4T^4)，其中Q表示热量传递速率，ε表示发射率，σ表示斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T表示物体表面温度。
二、传热学原理和方法1.传热问题的分类传热问题可分为稳态传热和非稳态传热两大类。
（1）稳态传热：系统内各部分温度不随时间变化，热量传递速率恒定。
（2）非稳态传热：系统内各部分温度随时间变化，热量传递速率随时间变化。
2.传热分析方法（1）解析法：通过对传热方程的求解，得到温度分布和热量传递速率。
适用于简单几何形状和边界条件的问题。
（2）数值法：采用数值离散化方法求解传热方程，适用于复杂几何形状和边界条件的问题。
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1. 对流传热分析
七 对流传热
当流体沿壁面作湍流流动时，在靠近壁 面处总有一层流底层存在。在层流底层 和湍流主体之间有一过渡层。
在湍流主体内，流体质点剧烈混 合并形成漩涡, 在传热方向上， 流体的温度差极小，各处的温度 基本相同，热量传递主要依靠对 流进行，传导所起作用很小。 在过渡层内，流体的温度发生缓 慢变化，传导和对流同时起作用。
a、膜状冷凝（可润湿） 壁面形成液膜，蒸汽只能在液膜表面冷凝，与直接接 触 壁相比，附加了液膜的热阻。δ越厚，传热效果越差。
b、滴状冷凝（不润湿）
壁面大部分的面积直接暴露于蒸汽中。因没液膜阻碍，传热 系数很大。
膜状冷凝
滴状冷凝
蒸汽在水平管外膜状冷凝的α
0.725nr2/32gd0 3 t1/4
自学：
圆形直管内高粘度流体的强制湍流 圆形直管内的强制层流 圆形直管内的过渡状态 弯管内的强制对流 非圆形直管内的强制对流 自然对流 管外强制对流----流体横向流过管束
5. 管外强制对流-------流体在带折流挡板的列管换热器管间流动
圆缺形折流挡板，弓形高度取25%D，的计算式：
Nu0.3R 60.e55P1r3(w)0.14
特征尺寸：Nu、Pr准数中的l取为管内径d。 定性温度：取为流体进、出口温度的算术平均值。
在流体温度一定的情况下，流体的物性均为定值，此时， 对流传热系数式可以写成
α与流体的流速u0.8成正比，与管子的管径d0.2成反比。 即增大流速和减小管径都能增大对流传热系数，但以增 大流速更为有效。这一规律对流体无相变时的其它情况 也基本适用。此外，不断改变流体的流动方向，也能使 α得到提高。
n——水平管束在垂直列上的管数； 特性尺寸：管外径do； 定性温度：λ取tS 下的值，其余为膜平均温度。
c. 影响冷凝传热的因素
冷凝液膜两侧的温度差： ttstw t
流体物性的影响： 、、、r均影响
不凝性气体的影响：形成气膜，表面传热系数大幅度下降。 蒸气过热的影响：过热蒸汽，若壁温高于饱和温度，传热 过程与无相变对流传热相同；若壁温低于饱和温度，按饱 和蒸汽冷凝处理。
Nu=0.023Re0.8Prn
0.02dR 30.e8Pnr
式中n值随热流方向而异，当流体被加热时，n＝0.4；当流 体被冷却时，n＝0.3。 应用范围：Re>10000， 0.7 < Pr < 120 l/d ＞60 。 若L/d <60，需将上式算得的α乘以[1+(d/l)0.7]加以修 正。
层流底层：流体仅沿壁面平行流动,在传热方向上无 质点的混合,所以热量传递主要依靠传导进行,由于流体 的热导率很小,使层流底层内的传热热阻很大,所以该层 内流体的温度差较大.
因此，对流传热的热阻主要集中在层流底层，减薄 其厚度是强化传热过程的关键。
2 对流传热基本方程和对流传热系数
（1）牛顿冷却定律
CP ，
： ， Re，
④流体的种类和相变化情况
α面的形状、位置和大小 壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等， 造成边界层分离，增加湍动，使α增大。
3. 对流传热系数准数关联式
几种常用的准数名称
准数名称
符号 准数式
努塞尔特准数（给热 Nu 准数）
雷诺准数（流型准数） Re
QAt t t
1R
A
式中 Q ——对流传热速率，W；
——对流传热系数，W／(m2·K);
A——对流传热面积，m2； t——流体与壁面间温度差的平均值，K;
R＝1/(A)——对流传热热阻，K/W；
（2）对流传热系数
定义式：
Q
St
物理意义：对流传热系数是表示在单位温 差下，单位传热面积的对流传热速率；其 值反映了对流传热的效果。α↑，对流传 热越快。
适用范围：Re=2×103～106。
定性温度：进、出口温度平均值；tw→μw。 特征尺寸：（1）当量直径de
正方形排列：
de
4(t2
0.78d502)
d0
(上)正方形（下）正三角形
正三角形排列：
de
4(
3 2
t2
0.785d02)
d0
图4-16管间当量直径的推导
（2）流速u根据流体流过的最大截面积Smax计算 ASmm ax axhD(1dt0)
普兰特准数
Pr
（物性准数）
格拉斯霍夫准数 Gr （升力准数）
l
lu
cp
g tl 3 2 2
意义
表示对流传热系 数的准数
确定流动状态的 准数
表示物性影响的 准数
表示自然对流影 响的准数
4.流体无相变时的对流传热系数 对在圆形直管内作强制湍流且无相变，其粘度小于2倍常
温水的粘度的流体，可用下式求取给热系数。
沸腾过程：
tts时：无气泡传 产递 生： ，加 热 自 热 量 然 对 面 液 流 体
tts时：气泡首心 先上 在产 汽生 化， 核 力 长进 大入 后液 凭
过热度↑，汽化核心数↑，气泡产生和长大的速度↑， 使沸腾加剧，沸腾传热膜系数↑。 说明：由于气泡产生，使液体扰动↑
h——相邻挡板间的距离；D——壳体的内径。
6. 有相变化的对流传热
有相变传热：蒸汽冷凝、液体沸腾 有相变对流传热的特点 ① 相变过程中产生大量相变热（潜热）；
② 相变过程有其特殊传热规律，传热更为复杂；
(1)蒸汽冷凝 饱和蒸汽ts和冷壁面tw接触（ts>tw） 蒸汽放出潜热→在壁面凝成液体→膜状液体和滴状液体
蒸气流速的影响：流速不大时，影响可忽略； 流速较大时，且与液膜同向，α增大； 流速较大时，且与液膜反向， α减小。
（2）液体的沸腾传热 对液体加热时，液体内部伴有由液相变为气相，即
在液相内部产生气泡的过程，称为液体沸腾（又称沸腾 传热）。工业上液体沸腾的方法有两种：一种是将加热 壁面浸没在无强制对流的液体中，液体受热沸腾，称为 池内沸腾；另一种是液体在管内流动时受热沸腾，称为 管内沸腾。
3. 影响对流传热系数的因素 ①流体流动状态
湍动程度，层流内层厚度减' 薄 ,，,
代价：动力消耗↑。
② 流体流动原因 强制对流：外部机械作功，
一般流速较大， α也较大。
自然对流：由流体密度差造成的循环过程,
一般流速较小，α也较小。
③流体的物理性质
：,, ： ,Re,,
CP：CP 单位体积流体， 的 kJ/热 m3容 C.
七 对流传热
当流体沿壁面作湍流流动时，在靠近壁 面处总有一层流底层存在。在层流底层 和湍流主体之间有一过渡层。
在湍流主体内，流体质点剧烈混 合并形成漩涡, 在传热方向上， 流体的温度差极小，各处的温度 基本相同，热量传递主要依靠对 流进行，传导所起作用很小。 在过渡层内，流体的温度发生缓 慢变化，传导和对流同时起作用。
a、膜状冷凝（可润湿） 壁面形成液膜，蒸汽只能在液膜表面冷凝，与直接接 触 壁相比，附加了液膜的热阻。δ越厚，传热效果越差。
b、滴状冷凝（不润湿）
壁面大部分的面积直接暴露于蒸汽中。因没液膜阻碍，传热 系数很大。
膜状冷凝
滴状冷凝
蒸汽在水平管外膜状冷凝的α
0.725nr2/32gd0 3 t1/4
自学：
圆形直管内高粘度流体的强制湍流 圆形直管内的强制层流 圆形直管内的过渡状态 弯管内的强制对流 非圆形直管内的强制对流 自然对流 管外强制对流----流体横向流过管束
5. 管外强制对流-------流体在带折流挡板的列管换热器管间流动
圆缺形折流挡板，弓形高度取25%D，的计算式：
Nu0.3R 60.e55P1r3(w)0.14
特征尺寸：Nu、Pr准数中的l取为管内径d。 定性温度：取为流体进、出口温度的算术平均值。
在流体温度一定的情况下，流体的物性均为定值，此时， 对流传热系数式可以写成
α与流体的流速u0.8成正比，与管子的管径d0.2成反比。 即增大流速和减小管径都能增大对流传热系数，但以增 大流速更为有效。这一规律对流体无相变时的其它情况 也基本适用。此外，不断改变流体的流动方向，也能使 α得到提高。
n——水平管束在垂直列上的管数； 特性尺寸：管外径do； 定性温度：λ取tS 下的值，其余为膜平均温度。
c. 影响冷凝传热的因素
冷凝液膜两侧的温度差： ttstw t
流体物性的影响： 、、、r均影响
不凝性气体的影响：形成气膜，表面传热系数大幅度下降。 蒸气过热的影响：过热蒸汽，若壁温高于饱和温度，传热 过程与无相变对流传热相同；若壁温低于饱和温度，按饱 和蒸汽冷凝处理。
Nu=0.023Re0.8Prn
0.02dR 30.e8Pnr
式中n值随热流方向而异，当流体被加热时，n＝0.4；当流 体被冷却时，n＝0.3。 应用范围：Re>10000， 0.7 < Pr < 120 l/d ＞60 。 若L/d <60，需将上式算得的α乘以[1+(d/l)0.7]加以修 正。
层流底层：流体仅沿壁面平行流动,在传热方向上无 质点的混合,所以热量传递主要依靠传导进行,由于流体 的热导率很小,使层流底层内的传热热阻很大,所以该层 内流体的温度差较大.
因此，对流传热的热阻主要集中在层流底层，减薄 其厚度是强化传热过程的关键。
2 对流传热基本方程和对流传热系数
（1）牛顿冷却定律
CP ，
： ， Re，
④流体的种类和相变化情况
α面的形状、位置和大小 壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等， 造成边界层分离，增加湍动，使α增大。
3. 对流传热系数准数关联式
几种常用的准数名称
准数名称
符号 准数式
努塞尔特准数（给热 Nu 准数）
雷诺准数（流型准数） Re
QAt t t
1R
A
式中 Q ——对流传热速率，W；
——对流传热系数，W／(m2·K);
A——对流传热面积，m2； t——流体与壁面间温度差的平均值，K;
R＝1/(A)——对流传热热阻，K/W；
（2）对流传热系数
定义式：
Q
St
物理意义：对流传热系数是表示在单位温 差下，单位传热面积的对流传热速率；其 值反映了对流传热的效果。α↑，对流传 热越快。
适用范围：Re=2×103～106。
定性温度：进、出口温度平均值；tw→μw。 特征尺寸：（1）当量直径de
正方形排列：
de
4(t2
0.78d502)
d0
(上)正方形（下）正三角形
正三角形排列：
de
4(
3 2
t2
0.785d02)
d0
图4-16管间当量直径的推导
（2）流速u根据流体流过的最大截面积Smax计算 ASmm ax axhD(1dt0)
普兰特准数
Pr
（物性准数）
格拉斯霍夫准数 Gr （升力准数）
l
lu
cp
g tl 3 2 2
意义
表示对流传热系 数的准数
确定流动状态的 准数
表示物性影响的 准数
表示自然对流影 响的准数
4.流体无相变时的对流传热系数 对在圆形直管内作强制湍流且无相变，其粘度小于2倍常
温水的粘度的流体，可用下式求取给热系数。
沸腾过程：
tts时：无气泡传 产递 生： ，加 热 自 热 量 然 对 面 液 流 体
tts时：气泡首心 先上 在产 汽生 化， 核 力 长进 大入 后液 凭
过热度↑，汽化核心数↑，气泡产生和长大的速度↑， 使沸腾加剧，沸腾传热膜系数↑。 说明：由于气泡产生，使液体扰动↑
h——相邻挡板间的距离；D——壳体的内径。
6. 有相变化的对流传热
有相变传热：蒸汽冷凝、液体沸腾 有相变对流传热的特点 ① 相变过程中产生大量相变热（潜热）；
② 相变过程有其特殊传热规律，传热更为复杂；
(1)蒸汽冷凝 饱和蒸汽ts和冷壁面tw接触（ts>tw） 蒸汽放出潜热→在壁面凝成液体→膜状液体和滴状液体
蒸气流速的影响：流速不大时，影响可忽略； 流速较大时，且与液膜同向，α增大； 流速较大时，且与液膜反向， α减小。
（2）液体的沸腾传热 对液体加热时，液体内部伴有由液相变为气相，即
在液相内部产生气泡的过程，称为液体沸腾（又称沸腾 传热）。工业上液体沸腾的方法有两种：一种是将加热 壁面浸没在无强制对流的液体中，液体受热沸腾，称为 池内沸腾；另一种是液体在管内流动时受热沸腾，称为 管内沸腾。
3. 影响对流传热系数的因素 ①流体流动状态
湍动程度，层流内层厚度减' 薄 ,，,
代价：动力消耗↑。
② 流体流动原因 强制对流：外部机械作功，
一般流速较大， α也较大。
自然对流：由流体密度差造成的循环过程,
一般流速较小，α也较小。
③流体的物理性质
：,, ： ,Re,,
CP：CP 单位体积流体， 的 kJ/热 m3容 C.