换热器传热基础知识

将单层平壁公式改写为 式中
t t t2 ——温差，K，C； 1 b R ——热阻，K/W。 S
t t t t t Q S 1 2 1 2 b b R S
2、多层平壁 以三层平壁为例，如图所设，且假定为常数，及层与层之间接触良好，没有接触热阻，则 由 z, t 单层平壁公式，得 b1
第四章 传 热
第一节 概 述
一、定义：由温度差引起的能量转移过程称为热量传递过程或传热过程，简称传热。 二、传热现象：几乎无时不有，无处不在。因为温差几乎无时不有，无处不在。 三、传热原理的应用：十分广泛。尤其在能源动力、化工冶金部门ห้องสมุดไป่ตู้ 化学过程 单元操作 设备管道 废热利用 四、问题类型 提高（强化）传热速率 遵循相同的传热原理 降低（削弱）传热速率 五、传热状态 稳态（定常）传热： 各点温度不随时间而变 非稳态（非定常）传热：否则
七、换热器的类型：间壁式、混合式（图4-1）、蓄热式（图4-2）。 八、典型间壁式换热器：套管式（图4-4）和列管（壳管）式（图4-5、4-6）。 九、间壁式换热器中的传热方式：对流导热对流
T1
t2
T
2
T
Tw
tw
t
t1
t
T2
十、载热体：提供或取走热量的流体。 1．加热剂：提供热量的载热体。热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯、熔盐、烟气（表4-1）。 或电。 2．冷却剂：取走热量的载热体。冷水、空气、盐水、液氨（表4-2）。或氟里昂、液氮。
Q
t t t t t 1 2 3 1 4 b b b R R 1 1 2 3 2 3 R S S S 1 2 3
或
四、 通过圆筒壁的导热 1．单层圆筒壁 如图所设，且假定为常数 则将一维稳态条件用于傅立叶定律： q t 得 或 所以
t1 t1 t 2 Q 1
1S b t2 t2 t3 Q 2 2 2S b t3 t3 t4 Q 3 3 3S
Q Q Q Q 1 2 3
t1
1
t2
2
3
t3
t4
Q
O
b1
b2
b3
x
而由一维稳态条件，得 所以相加并整理，得
Q t1 tn1 t1 tn1 n n bi Ri i1 i1 iS
S t S t t 1 t 2 1 2 dQ dS dS 0 0 0 b b Q
S 所以 Q
t1 t2 b
——单层平壁导热公式
过程动力 传递过程有共同规律：过程速率 过程阻力
如欧姆定律
U Q C ( 库仑 ) I , I , A ( 安培 ) R t s ( 秒 )
二、导热系数：表征物质导热能力的物性参数。 1．固体

'
式中0固体在0 C的导热系数，W/(mK)，W/(mC)； 温度系数，1/ C 2．液体 (1) 金属液体：t , (2) 非金属液体（除水、甘油外）：t, （略减小） (3) 有机化合物水溶液的导热系数估算式为
a m i i
(3) 常压下气体混合物的导热系数估算式为
m
i yi Mi1/ 3 yi Mi1/ 3
式中y i ——组分i的摩尔分率。 M i ——组分i的摩尔质量，kg/kmol。 4、一般规律 (1) 金 非金 (2) s l g (3) 晶 非晶 气体除外 ) (4) 混 ( 纯
2 1
dQ , q （ dQ 1 2 1
dQ dQ 1 q 2） 2 dS dS
dQ 1
dQ 2
b
所以
qb dt 0 dx
t1
t2
(t1 t2) 所以 q b dQ q 而
dS
dS 所以 dQ b 沿平面定积分，得
t t2 1
——单层平壁微分导热公式
第二节 热传导
一、傅立叶定律：在物体内任何一点，沿任一方向的导热热流密度（单位时间内垂直 通过单位面积的热流量）与该方向上的温度变化率成正比，即
n
式中负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向。 q——n方向的导热热流密度，W/m2； Q——n方向的导热传热速率或热流量，W，J/s； S——与热流方向垂直的导热面积，m2； ——导热系数，W/(mK)，W/(mC)； a t ——n方向的温度变化率，K/m，C/m；
三、 通过平壁的导热
1．单层平壁 如图所设，且假定为常数， 则将一维稳态条件用于傅立叶定律：
t q n
z, t
t1

t
dS
得 所以
q
dt dx
t dt t2
dt q const dx
，t与x成线性关系。
O x dx b
x
qdx dt 或 t b qdx dt 0 沿x方向定积分，得 t 而由一维稳态条件，知q与x无关，
六、传热基本方式（传热机理） 1．热传导（导热）(conduction)：由微观粒子（分子、原子、离子和电子）的微观运 动传递热量的过程。 金属，自由电子的运动。 固体 分子晶体，分子的振动。 非金属 原子晶体，原子的振动。 晶格结构的振动，弹性波。 离子晶体，离子的振动。 液体，分子的不规则热运动（布朗运动），介于气体与非金属之间。 气体，分子的不规则热运动（布朗运动）。 2 ．热对流（对流） (convection) ：由流体质点的宏观运动传递热量的过程。由于同 时存在分子不规则热运动，所以对流必然伴随导热。 自然对流：宏观运动由流体密度差引起，而密度差由温度差引起。 强制对流：宏观运动由外力（泵、风机、位差、压差等）引起。 3．热辐射（辐射）(radiation)：由电磁波传递热量的过程。 在实际问题中，传热方式很少单独存在，常常两种或三种共存
0 . 9 a m i i
式中a ——组分i的质量分率。 (4) 有机化合物互溶混合液的导热系数估算式为 3、气体很小，对导热不利，但有利于保温和绝热 (1) t , 5 ( 3 kPa p 2 10 kPa ) (2) p ,
5 ( p 3 kPa ,or p 2 10 kPa )