第十一章 传热过程

r
[m2C W]
R A
r
1
[C W]
[m2C W]
传热系数的大致数值范围
冷流体
水 水 气 水 水 有机溶剂 水 气体 水 水沸腾 轻油沸腾
热流体
水 气体 气 轻油 重油 有机溶剂 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝 低沸点烃类冷凝 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝
总传热系数 K W/(m 2·℃ ) 1000～ 2500 10 ～ 100 10 ～ 30 340 ～ 910 60 ～ 280 115 ?40
传热热阻：
整个面积的传热热阻：
Rk
1 KA
单位传热面积热阻：
rk
1 K
不同的传热过程，其传热系数和传热热阻的具体表达式不同
导热和对流换热热阻
热流量与热流密度
Φ t t
导
/(A) R
热 q t t
/ r
对 Φ t t
流
1/(A) R
换
t t
热
q
1/ r
热阻 热阻单位
R
A
[C W]
1
1d1L
1 ln d 2
21L d1
1 ln d3
22 L d 2
1
2d 2 L
双层传热热阻：
Rk
1
1d1 L
1 ln
2 1 L
d2 d1
1 ln
2 2 L
d3 d2
1
2d 2 L
n层传热热阻：
Rk
1
1d1 L
n i 1
1 ln
2 i L
d i1 di
1
2d 2 L
11-3 传热的增强与削弱
本章主要内容
▪ 基本概念 ▪ 通过平壁、圆筒壁的传热 ▪ 传热的增强与削弱
基本概念
一、复合换热
概念:同一表面上同时存在着对流换热和辐 射换热的综合热传递现象.
对流换热
q对
电厂中热力设备和管道的散热大都是复合 tf
散热。
tw q辐
q q对 q辐 (对 辐 )(tw t f )
辐射换热 平
(tw t f )
壁 复合换热示意图
(对 辐) 称为复合换热热阻
特例：1）锅炉炉膛中高温烟所对水冷壁的换热时？？ 2）凝汽器内蒸汽与管壁的换热时？？
二、传热过程
➢ 传热过程：指高温（热）流体通过固体壁面将热量传给低温 （冷）流体的过程。
➢ 电厂中，大多数换热设备都是表面式换热器，其换热就是传 热过程；如过热器的传热，水冷壁的传热；冷油器中的换热， 凝汽器中的换热等。
➢ 特点：
① 传热过程有时存在三种基本传热方式； ② 一个传热过程至少由三个环节组成； ③ 传热过程中，放热和吸热同时进行。
电厂中换热设备传热过程
过热器传热过程
图
管壁
对流
导热 对流
烟
烟 辐射
蒸
气
气
汽
蒸蒸 烟 汽汽 气
对流 辐射 烟气
管外壁 导热
管内壁 对流
1
2
3
蒸汽
电厂中换热设备传热过程
凝汽器传热过程：蒸汽→管子外壁→管子内壁→水
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对流
导热
对流
冷油器传热过程: 油→管子外壁→管子内壁→水
水冷壁传热过程: 烟气→管子外壁→管子内壁→水
辐射 对流
导热
对流
省煤器传热过程: 烟气→管子外壁→管子内壁→水
电厂中换热设备传热过程
锅炉炉墙的散热过程
烟气→墙内壁→ 保温1外→保温2外→墙外壁→空气
辐射
导热
导热
导热
对流
其热路图为：
烟气
tf1 q
A1 A A2
（2）壁温计算
其计算与多层平壁导热时界面温度的计算方法相同：
tw1 t f 1 A1
tw2
tf2
A 2
2、多层平壁的传热
tf1 q 1/α1
δ1/λ1 δ2/λ2
tf2 1/α2
多层平壁传热的热路图
rk
1 k
1
1
1 1
2 2
1
2
q t rk
Rk
1 Ak
1
A11
1 A11
2 A22
1
A2 2
t Rk
如电厂中，锅炉炉墙散热，汽轮机汽缸壁散热属 多层平壁传热问题。例题11-1/2, P158/159;
二、通过圆筒壁的传热 电厂中，大都数换热设备采用管式换热器，传热通过管壁 来实现的。
图 对流 1）管内流体—内壁；
导热 2）内壁—外壁；
对流、辐射 3）右壁面—右流体；
1、单层圆筒壁传热的特点和计算
KAmt
Kdmt
dmL(t f1 1
t f2) 1
W
1 2 (d2
d1)
管壁厚度 1
2
K---- 按平壁计算的传热系数； Am---按计算直径计算的传热面积； dm----计算直径，当α1≈α2时，取dm=1/2(d2+d1)
当α1《α2时，取dm=d1
3、多层圆筒壁传热
以双层为例：
tf1
tf2
1/α1
δ1/λ1 δ2/λ2 δ3/λ3 1/α2
空气
tf2
包有保温材料的蒸汽管道的散热过程
蒸汽→管内壁→管外壁(保温层内层)→ 保温外层→空气
对流
导热
导热
对流
其热路图为：
蒸
空
汽q
气
?? ? ?
三、传热方程式
KA(t f 1 t f 2 ) KAt
t 1
t Rk
KA
q
Q A
K (t f 1 t f 2 )
由串联热阻叠加原理得单层圆筒壁传热过程的总热阻
Rk
1
1d1L
1
2 L
ln
d2 d1
1
2d2 L
热流量: t Rk
单位外表面面积的热流量 :
t
令
q2 A2 d2 d2 ln d2 1 K2t
d11 2 d1 2
2、圆筒壁传热的简化计算
当管壁较薄（d2/d1≤2)或计算要求不高时，常将圆筒壁简化 为平壁来计算。
2000 ～ 6000 30 ～ 300 455 ～ 1140 2000 ～ 4250 455 ～ 1020
11-2 平壁和圆筒壁的传热
一、通过平壁的传热
1、单层平壁的传热 传热过程的三个环节
对流、辐射
1）左流体—左壁面；
导热
2）左壁面—右壁面；
对流、辐射
3）右壁面—右流体；
（1）传热量及总热阻计算
Kt
t 1
t rk
K
式中:Φ---为传热量；A----为传热面积； ∆t---为热流体与冷流体间的平均温差； K----为传热系数，W/( oC)。
传热系数和传热热阻
传热系数：在数值上，传热系数K等于冷、热流体间温差为1 oC、传热面积为1 m2时的热流量值，是一个表征传热过程 强烈程度的物理量。传热过程越强，传热系数越大，反之则 越弱。
一、增强传热
KA(t f 1 t f 2 ) KAt
（一）提高传热系数（即减小传热热阻）
1、减小导热热阻
➢ 采用导热性能好的薄金属壁；
由串联热阻叠加原理得传热过程总热阻有
单位面积传 热总热阻：
rk
1 K
1
1
1
2
K 1 rk
1
1
1
1 2
热流密度：
q Kt t rk
tf1 - t f2
1 1
1 2
传热系数
整个面积传 热总热阻：
Rk
1 AK
1
1 A
1 A 2 A
传热量：
t KAt
Rk
1
tf1 - t f2
1