热工基础ppt传热过程与换热器
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热工基础(机械)第12章
（9） ）
可推得
1 1 m= + qm 2 c p 2 qm1c p1 = 1
φ
′ ′ [(t1′ − t2 ) − (t1′′ − t2′)] =
∆t ′ − ∆t ′′
φ
（10） ）
将（10）代入（9），得 ）代入（ ），得 ），
令
称对数平均温差。 ， 称对数平均温差。 （顺逆流均适用） 顺逆流均适用）
12－2 传热的增强和削弱 － 一、强化传热 ——应用热力学原理采取相应的措施增 应用热力学原理采取相应的措施增 强传热效果。 强传热效果。
措施： 措施： • 增大传热温差； 增大传热温差； • 减小传热总热阻（包括增大传热面积） 减小传热总热阻（包括增大传热面积）
因为传热总热阻为串联热路总热阻，其中局部热阻 因为传热总热阻为串联热路总热阻， 最大处就成为了传热过程的瓶颈， 最大处就成为了传热过程的瓶颈，因此应设法减小 瓶颈热阻。 瓶颈热阻。 • 在表面传热系数较小的一侧采用肋壁（增大传热面 在表面传热系数较小的一侧采用肋壁（ ），可以减 该处的局部热阻， 可以减小 积），可以减小该处的局部热阻，从而减小传热总 热阻。 热阻。
—— Am2 面积传热总热阻。 面积传热总热阻。 对多层平壁： 对多层平壁：
影响因素： 影响因素： 两流体的物性、流动情况、温度、 两流体的物性、流动情况、温度、固体壁 的形状、物性、厚度等 的形状、物性、厚度等。 2. 通过圆筒壁的传热 热阻网络图： 热阻网络图：
对多层圆筒壁： 对多层圆筒壁：
分析： 分析： ∵ 换热器只能采用逆流布置。 ∴ 换热器只能采用逆流布置。
作业: 12.1, 12.5, 12.9
1 1 m= + qm 2 c p 2 qm1c p1
热工基础课件课件-热量传递的基本方式
tw1
R
tw2
熱阻網路
4
8－2 熱 對流
熱對流 :由於流體的宏觀運動使不同溫度的流體
相對位移而產生的熱量傳遞現象。 熱對流只發生在流體之中，並伴隨有微觀粒子熱運 動而產生的導熱。
對流換熱:
流體與相互接觸的固體表面之間的熱量傳遞現象， 是導熱和熱對流兩種基本傳熱方式共同作用的結果。
牛頓冷卻公式:
= Ah(tw – tf)
第八章小結
重點掌握以下內容：
（1）熱傳導、熱對流、熱輻射三種熱量傳 遞基本方式的機理及特點；
（2）熱流量、熱流密度、導熱係數、對流 換熱、表面傳熱係數、傳熱係數、熱阻等基本 概念；
（3）靈活運用平壁的一維穩態導熱公式、 對流換熱的牛頓冷卻公式、通過平壁的一維傳 熱過程計算公式進行相關物理量的計算。
雙向的。
高溫
低溫 熱 輻 射 是 熱 量 傳 遞
物體
物體 的基本方式之一 。
12
輻射換熱：以熱輻射的方式進行的熱量交換。 輻射換熱的主要影響因素： （1）物體本身的溫度、表面輻射特性；
（2）物體的大小、幾何形狀及相對位置。
注意：
（1）熱傳導、熱對流和熱輻射三種熱量傳遞 基本方式往往不是單獨出現的；
將傳熱熱流量的計算公式寫成
Ak tf1 tf 2 Akt
式中 k
1
1
1
h1 h2
k 稱為傳熱係數，單位為 W/(m2·K)，t為傳熱溫差。
通過單位面積平壁的熱流密度為
q k tf1 tf 2
tf1 tf 2
1 1
h1 h2
利用上述公式, 可以很容易求得通過平壁
的熱流量、熱流密度q及壁面溫度tw1、tw2。 17
热工基础.完美版PPT
Propulsion systems — aircraft, rockets, etc. 驱动系统——航行器，火箭等。
Alternative energy systems — fuel cells, solar heating, geothermal, wind energy, ocean thermal, etc. 可再生能源的利用——燃料电池，太阳能加热系 统，地热系统，风能，海洋能等等
0-2 热工基础核的研能究内容：通过核反应释放的能量；
①根据热力学的两个定律，运用严密的逻辑推理，对物体的宏观现象进行分析研究，而不涉及物质的微观结构和微观粒子的运动情况。
辐射能 ：物体以电磁波的形式发射的能量。5 Nhomakorabea能源
定义：人类采用各种手段获取各类能量的物 质资源
分类：非再生能源（耗竭能源） 再生能源（非耗竭能源）
The world’s first power-driven, controlled and sustained flight invented and built by Wilbur and Orville Wright flown by them at Kitty Hawk, North Carolina December 17, 1903 .They opened the era of aviation.
The first car that ever mastered a drive was built by the German engineer and inventor Carl Benz in 1885 .
16
Transportation- Automobiles
17
Aviation: 1900
能量是物质运动的度量。 世界是由物质构成的，一切物质都处于 运动状态，所以一切物质都具有能量。
Alternative energy systems — fuel cells, solar heating, geothermal, wind energy, ocean thermal, etc. 可再生能源的利用——燃料电池，太阳能加热系 统，地热系统，风能，海洋能等等
0-2 热工基础核的研能究内容：通过核反应释放的能量；
①根据热力学的两个定律，运用严密的逻辑推理，对物体的宏观现象进行分析研究，而不涉及物质的微观结构和微观粒子的运动情况。
辐射能 ：物体以电磁波的形式发射的能量。5 Nhomakorabea能源
定义：人类采用各种手段获取各类能量的物 质资源
分类：非再生能源（耗竭能源） 再生能源（非耗竭能源）
The world’s first power-driven, controlled and sustained flight invented and built by Wilbur and Orville Wright flown by them at Kitty Hawk, North Carolina December 17, 1903 .They opened the era of aviation.
The first car that ever mastered a drive was built by the German engineer and inventor Carl Benz in 1885 .
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Transportation- Automobiles
17
Aviation: 1900
能量是物质运动的度量。 世界是由物质构成的，一切物质都处于 运动状态，所以一切物质都具有能量。
热工基础第八章热量传导的基本方式PPT
— 频率, 单位 s－1。
电磁波的波谱：
射线： < 5×10-5 m
X射线： 5×10-7 m < < 5×10-2 m 紫外线： 4×10-3 m < < 0.38 m 可见光： 0.38 m < < 0.76 m 红 外 线 ： 0.76 m < < 103
m 无线电波： > 103 m
微 波 ： 103 m < < 106 m
以热辐射的方〔式进4展〕的热量物交换体。 外表的外形、尺寸；
〔5〕换热时流体有无相变〔沸腾或凝结〕。
表1-1 一些外表传热系数的数值范围
对流换热类型
空气自然对流换热
水自然对流换热 空气强迫对流换热 水强迫对流换热 水沸腾 水蒸气凝结
外 表 传 热 系 数 h /[W /( m2 K]) 1～10
100～1 000 10～100
q = h(tw – tf)
= Ah(tw – tf)
h 称为对流换热的外表传热系数〔习惯称为 对流换热系数〕，单位为W/(m2 K)。
对流换热热阻：
= Ah(tw – tf)
tw tf 1
tw tf Rh
Ah
1 Rh Ah
称为对流换热热阻，单位为 W/K。
对流换热热阻网络：
tw
Rh
tf
外表传热系数的影响要素：
h 的大小反映对流换热的强弱，与以下 要素有关：
热辐射是热量传送的根本方式之一 。
〔〔34〕 〕右物侧体的外〔对表流的1换外热形〕、尺流寸； 体的物性〔热导率、粘度、密度、比 热容等〕； 经过单位面积平壁的热流密度为
外表传热系数 h /[W /( m2 K]) 紫外线： 4×10-3 m < < 0. 外表传热系数的影响要素：
电磁波的波谱：
射线： < 5×10-5 m
X射线： 5×10-7 m < < 5×10-2 m 紫外线： 4×10-3 m < < 0.38 m 可见光： 0.38 m < < 0.76 m 红 外 线 ： 0.76 m < < 103
m 无线电波： > 103 m
微 波 ： 103 m < < 106 m
以热辐射的方〔式进4展〕的热量物交换体。 外表的外形、尺寸；
〔5〕换热时流体有无相变〔沸腾或凝结〕。
表1-1 一些外表传热系数的数值范围
对流换热类型
空气自然对流换热
水自然对流换热 空气强迫对流换热 水强迫对流换热 水沸腾 水蒸气凝结
外 表 传 热 系 数 h /[W /( m2 K]) 1～10
100～1 000 10～100
q = h(tw – tf)
= Ah(tw – tf)
h 称为对流换热的外表传热系数〔习惯称为 对流换热系数〕，单位为W/(m2 K)。
对流换热热阻：
= Ah(tw – tf)
tw tf 1
tw tf Rh
Ah
1 Rh Ah
称为对流换热热阻，单位为 W/K。
对流换热热阻网络：
tw
Rh
tf
外表传热系数的影响要素：
h 的大小反映对流换热的强弱，与以下 要素有关：
热辐射是热量传送的根本方式之一 。
〔〔34〕 〕右物侧体的外〔对表流的1换外热形〕、尺流寸； 体的物性〔热导率、粘度、密度、比 热容等〕； 经过单位面积平壁的热流密度为
外表传热系数 h /[W /( m2 K]) 紫外线： 4×10-3 m < < 0. 外表传热系数的影响要素：
热工基础复习总结PPT课件
第6页/共16页
四、理想气体的热力过程
1. 理想气体 4 种基本热力过程及多变过程的特点，过 程中状态参数及功与热量的计算，注意过程都是 可逆的。
2. 能按已知条件在 p－v及T－s 图上正确画出过程线， 注意过程线的起点应在 4 条基本过程线的交点上。
五、喷管、绝热节流 1. 喷管中气体流速和流量的计算、出口处压力 p2 与背压的关系、临界压力比的定义 、喷管的选型。
4）掌握热力学能、总能、焓、膨胀功、轴功、技术 功、流动功等概念以及膨胀功、技术功在 p－ 图上 的图示。
第4页/共16页
3. 热力学第二定律的实质和经典表述。 1）理解热力学第二定律的实质和 2 种经典表述； 2）循环、卡诺循环（正、逆循环）的组成、经济性
指标， 卡诺定理的指导意义。
4. 熵的定义式，过程中引起熵变的原因，热熵流和熵
第7页/共16页
c 2(h1 h2 )
2. 绝热节流现象及其过程特点。
m A c
六、气体动力循环、致冷循环
1. 活塞式压气机的工作原理、三种压缩过程的分析及功和热量的计算；容积效率、 多级压缩的目的、最佳压力比及其确定原则、多级压缩的优缺点和参数特征。
2. 理解内燃机循环、燃气轮机循环和制冷循环的基 本工作原理；
注意定性温度、定型尺寸（特征尺寸）、特征速度 的选择和修正系数的使用。
三、辐射换热 1. 热辐射的基本概念: 包括热辐射的特点、 黑体、白体、透明体、灰体、辐射力、 有效辐个定律的内容及应用。 3. 角系数的定义、性质
角系数是纯几何参数，与表面性质无关，角系 数满足互换性、完整性和分解性。 4. 空间热阻、表面热阻、热阻网络图。 5. 两黑表面及两灰表面间辐射换热的计算。 6. 遮热板的原理及应用。
43硅酸盐工业热工基础-对流换热精品PPT课件
热工基础—4 传热过程
4.3.2 对流换热的基本定律 (1) 牛顿冷却定律 换热的热流量 q 与固体壁面面积和流体之间温度差成正比。
Q (tw t f ) A tA ……(4-40)
Q — 对流换热量，W； tf — 固体壁面温度，℃； tW — 周围流体温度，℃； A — 流体与固体接触的面积，m2； — 对流换热系数，W/(m2·℃)；
等式两侧量纲一致。 将 (4-44)式各个物理量的量纲带入等式，得 MT 3q 1 A(L)2 (ML3 )b (L1MT 1)c (LMT 3q 1)d (LT 1)e (L2T 2q 1) f (LT 2 )
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热工基础—4 传热过程
MT 3q 1 A(L)2 (ML3 )b (L1MT 1)c (LMT 3q 1)d (LT 1)e (L2T 2q 1) f (LT 2 )
Al
a
b
c
d
we
c
f p
( g t )i
……(4-44)
由公式 (4-41) Q / tA 可知 的单位是 W/(m2·℃) 物理量的量纲为 MT-3q-1
要使等式成立，首先等式两侧量纲要一致，比如：
F ma
力的单位是牛顿，量纲为：MLT-2 质量的单位是千克，量纲为：M 加速度的单位是米每二次方秒，量纲为：L/T2
热工基础—4 传热过程
l
A
l
w
e
cp
f
l gt 2
i
Nu
Re
pr
l3 3gt 2
Gr
特征数方程式就是：
Nu A Ree Pr f Gri ……(4-45)
或者：
Nu f (Re, Pr,Gr) ……(4-46)
《热工基础》绪论PPT
年 中国 世界先进
g / kW. h
1960 1970 600 502
1980 1991 1997 448 424 408
2006 366 305
600 500 400 300 200 100 0 1960 1970 1980 1991 1997 2006 中国 世界先进
二Hale Waihona Puke 火力发电厂生产过程火力发电厂: 利用燃料燃烧放热生产电能的工厂
风 能
风 车
水 力 能
水水 力 车机 械
化 学 能
核 能
燃 裂 聚 烧 变 变
地 热 能
传 热
太 阳 能
光 热 光 电 反 应
热
热 机
温 差 发 电
能 (95%)
磁 流 体 发 电 热 用 户
机 械 能
发 电 机
电 动 机
电
能
太 阳 能 发 电
秦 山 核 电 站
西 藏 羊 八 井 地 热 发 电 站
《热工基础及应用》
课 程 性 质
岗位群
火电厂集控运行值班员、巡视员
专业
火电厂集控运行
课程
热工基础及应用(职业能力核心课程)
本课程为火电厂集控运行专业的职业能力核心课程，是针对大中型火力发
电厂运行与管理等岗位职业能力培养而设置的课程，旨在为大中型火电厂培 养具有运行操作基本技能、确保热力设备安全、经济运行的高素质技能型专 门人才。
传热过程是由导热、热对流、
热辐射三种基本方式组合形 成的
三、本课程主要内容及研究方法
（二）热工学主要研究方法
宏观方法为主，微观方法为辅
①宏观方法:即不考虑物质的微观结构，而是
从宏观现象出发来描述客观规律。用宏观物理量
g / kW. h
1960 1970 600 502
1980 1991 1997 448 424 408
2006 366 305
600 500 400 300 200 100 0 1960 1970 1980 1991 1997 2006 中国 世界先进
二Hale Waihona Puke 火力发电厂生产过程火力发电厂: 利用燃料燃烧放热生产电能的工厂
风 能
风 车
水 力 能
水水 力 车机 械
化 学 能
核 能
燃 裂 聚 烧 变 变
地 热 能
传 热
太 阳 能
光 热 光 电 反 应
热
热 机
温 差 发 电
能 (95%)
磁 流 体 发 电 热 用 户
机 械 能
发 电 机
电 动 机
电
能
太 阳 能 发 电
秦 山 核 电 站
西 藏 羊 八 井 地 热 发 电 站
《热工基础及应用》
课 程 性 质
岗位群
火电厂集控运行值班员、巡视员
专业
火电厂集控运行
课程
热工基础及应用(职业能力核心课程)
本课程为火电厂集控运行专业的职业能力核心课程，是针对大中型火力发
电厂运行与管理等岗位职业能力培养而设置的课程，旨在为大中型火电厂培 养具有运行操作基本技能、确保热力设备安全、经济运行的高素质技能型专 门人才。
传热过程是由导热、热对流、
热辐射三种基本方式组合形 成的
三、本课程主要内容及研究方法
（二）热工学主要研究方法
宏观方法为主，微观方法为辅
①宏观方法:即不考虑物质的微观结构，而是
从宏观现象出发来描述客观规律。用宏观物理量
[政史地]西安交大热工基础课件
![[政史地]西安交大热工基础课件](https://img.taocdn.com/s3/m/9bbb270f53ea551810a6f524ccbff121dd36c5f7.png)
与传热方程式相对应，可以得到在该传热过程中传热系数 的计算式。
7
第七页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
k
1
1
1
h1 h2
h1 h2
tf1
tf2
说明:（1）h1和h2为复合换热表面传热系数 （2）两侧面积相等
8
kAtm
注意
36
第三十六页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
1 简化模型
以顺流情况为例
假设：
• 冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2、c1
是常数； • 传热系数是常数； • 换热器无散热损失； • 换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
d qm1c1 dt1 d qm2c2 dt 2
dt dt1 dt2
dt1
1 qm1c1
d
dt 2
1 qm2c2
d
dt
1 qmhch
1 qmccc
d
d
d k dA t
39
第三十九页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
dt d k dA t
dt kdA
t
tx dt k Ax dA
t t
0
ln
tx t
k Ax
40
第四十页，共61页。
热工基础热工基础 (118)
《热工基础》第11章传热过程分析和换热器热计算基础内容010203重点及难点：传热过程分析及计算换热器的基本概念及热计算传热的强化及隔热保温技术1、传热过程的分析方法；2、换热器平均温差的计算传热过程基本计算式(传热方程式))(21f f t t kA −=ΦK 是传热系数(总传热系数)。
对于不同的传热过程，K 的计算公式也不同。
totAR k 1=定义：热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的过程。
从定义中可以看出，热量传热有导热（固体壁内），强制对流换热；自然换热；辐射换热。
§11.1.1 通过平壁和圆筒壁的传热过程1 通过平壁的传热平板两侧分别为冷热流体•热流体与固体壁左侧有：11111111()1f w f w h A t t t t h AΦ=⋅−Φ−=t f1t f2•固体壁面间换热：122w w t t Aδλ−Φ=2121w w t t AδλΦ−=•固体壁面与冷流体间换热：3222()w f h A t t Φ=−32221w f t t h AΦ−=§11.1.1 通过平壁和圆筒壁的传热过程稳态导热有：12312121211()f f f f t t h A A h AKA t t δλΦ=Φ=Φ=Φ−Φ=++Φ=−12111K h h δλ=++传热热阻12111KA h A A h Aδλ=++单位面积热热阻12111K h h δλ=++影响Ｋ的因素：流体的物性，流动状态，固体壁的形状物性。
§11-1 传热过程分析§11.1.1 通过平壁和圆筒壁的传热过程§11-1 传热过程分析§11.1.1 通过平壁和圆筒壁的传热过程1 通过平壁的传热21111h h k ++=λδt1t 2t 3t 4t 1t 2t 3t 42 多层平壁的导热∑∑=+=+−=−=ni iin ni in t t r t t q 111111λδ由热阻分析法：平板两侧分别为冷热流体由热阻分析法：热阻的特点：串联热阻叠加原则：在一个串联的热量传递过程中，若通过各串联环节的热流量相同，则串联过程的总热阻等于各串联环节的分热阻之和。
热工基础热工基础 (83)
《热工基础》----传热学篇（Heat Transfer）§7-2传热过程7.2传热过程7.2.1 传热过程和传热方程传热过程：指热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。
传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成:高温流体低温流体固体壁(1)热量从高温流体以对流换热的方式传给壁面；(2)热量从一侧壁面以导热的方式传递到另一侧壁面；(3)热量从低温流体侧壁面以对流换热的方式传给低温流体。
通过平壁的稳态传热过程假设：t f1、t f2、h 1、h 2不随时间变化；λ为常数。
（1）左侧的对流换热（2）平壁的导热Φt w2t w1δxt Φh 1t f1h 2t f2Φ=-=-=-ΦAh t t t t Ah t t R h ()11f1w1f1w11f1w11=-=-=-()w1w 2w1w2w1w 2ΦA t t t t A t t R λδδλλΦt w2t w1δxt Φh 1t f1h 2t f2Φ（3）右侧的对流换热在稳态情况下，以上三式的热流量相同，可得式中，R k 称为传热热阻。
传热热阻网络：t w1t w2t f1t f2R h 1R h 2R λ=-=-=-ΦAh t t t t Ah t t R h ()12w 2f 2w 2f 22w2f 22δλλ=-++=-++=-11f1f 212f1f 212f1f 2Φt t Ah A Ah t t R R R t t R h h kΦt w2t w1δxtΦh 1t f1h 2t f2Φ传热系数将传热热流量的计算公式写成k 称为传热系数，单位为W/(m 2·K)，∆t 为传热温差。
通过单位面积平壁的热流密度为可以很容易求得通过平壁的热流量Φ、热流密度q 及壁面温度t w1、t w2。
δλ=-=-++q k t t t t h h ()11f1f 2f1f 212δλf1f 212f1f 2()11()=-++=-=∆ΦA t t h h Ak t t Ak t例题1：已知墙厚200mm ，室内空气温度为20℃，室外空气温度为-10℃；砖墙导热系数λ=0.95W/(m.K)，室内空气对墙面的对流传热系数h 1=8W/(m 2.K),室外空气对墙面的对流传热系数h 2=22W/(m 2.K),试求：(1)室内外空气通过单位砖墙传递的热量和砖墙内表面的温度；(2)若室内空气的相对湿度为60%，问内墙上是否会结露？解：(1)通过单位面积砖墙传递的热量为δλq t t h h =-++=︒--︒++=1120C (10)C 18W/(m .K)0.2m 0.95W/(m.K)122W/(m .K)78.74W/mf1f 212222砖墙内表面的温度(2)查水蒸气附表，温度为20℃时，p s =2.339kPat t q h =-=︒︒=︒w1f112220C -78.74W/m8W/(m .C)10.01C ϕp p ==⨯=v s 0.6 2.339kPa 1.403kPa与此对应饱和温度，即露点为12℃>10.01℃，所以墙面发生结露复合换热的定义：两种或三种热量传递方式同时起作用的换热现象。
热工基础ppt导热
称为该物体在该时刻的温度场。
一般情况下，温度场是空间坐标和时间的 函数。在直角坐标系中，温度场可表示为
t f x, y, z,
北京科技大学能源与环境工程学院
8
1. 导热的基本概念---温度场
非稳态温度场:
温度随时间变化的温度场。其 中的导热称为非稳态导热。
稳态温度场:
温度不随时间变化的温度场。 其中的导热称为稳态导热。
北京科技大学能源与环境工程学院
29
导热微分方程式
根据微元体的热平衡表达式 dU = dQ + dQV可得
c t
x
t x
y
t y
z
t z
Q
内能增量
三个方向净导入热量
内热源项
非稳态项
当热导率为常数时, 导热微分方程式可简化为
t
2t
c
x2
2t y2
2t z2
稳态温度场: t f x, y , z
非稳态
一维温度场 t f x,
二维温度场 t f x, y ,
t 0
稳态
t f x
t f x, y
三维温度场 t f x, y , z , t f x, y , z
北京科技大学能源与环境工程学院
9
1. 导热的基本概念---等温面与等温线
5、一旦温度分布确定，热流密度即可求解（导热 分析的主要任务：求解温度场）
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18
傅里叶定律的适用条件
n
（1）傅里叶定律只适用于各向 同性物体。
qy
y y
qx
q
x
x
（2）傅里叶定律适用于工程技术中的一般稳态和非
一般情况下，温度场是空间坐标和时间的 函数。在直角坐标系中，温度场可表示为
t f x, y, z,
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8
1. 导热的基本概念---温度场
非稳态温度场:
温度随时间变化的温度场。其 中的导热称为非稳态导热。
稳态温度场:
温度不随时间变化的温度场。 其中的导热称为稳态导热。
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29
导热微分方程式
根据微元体的热平衡表达式 dU = dQ + dQV可得
c t
x
t x
y
t y
z
t z
Q
内能增量
三个方向净导入热量
内热源项
非稳态项
当热导率为常数时, 导热微分方程式可简化为
t
2t
c
x2
2t y2
2t z2
稳态温度场: t f x, y , z
非稳态
一维温度场 t f x,
二维温度场 t f x, y ,
t 0
稳态
t f x
t f x, y
三维温度场 t f x, y , z , t f x, y , z
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1. 导热的基本概念---等温面与等温线
5、一旦温度分布确定，热流密度即可求解（导热 分析的主要任务：求解温度场）
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傅里叶定律的适用条件
n
（1）傅里叶定律只适用于各向 同性物体。
qy
y y
qx
q
x
x
（2）傅里叶定律适用于工程技术中的一般稳态和非
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（1）换热器的传热平均温差：
传热过程的计算公式： kAt
换热器的传热过程：
kAtm
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1-热流体 2-冷流体 '-进口 ''-出口
对数平均 温差：
tm
tmax tmin ln tmax
tmin
tmax tmin 2 时：
tf1 tf 2
tf1 tf 2
1 1 ln d2 1
Rh1 R Rh2
d1lh1 2l d1 d2lh2
上式可以写成
d2lko tf1 tf2 d2lkot
1 ko d2 1 d2 ln d2 1
d1 h1 2 d1 h2
以圆管外壁面积为基 准计算的传热系数
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换热器的传热计算
换热器的传热计算分为两种类型：
设计计算：根据换热条件和要求，设计一台新换 热器，为此需要确定换热器的类型、 结构及换热面积。
校核计算：核算已有换热器能否满足换热要求， 一般需要计算流体的出口温度、换热 量及流动阻力等。
换热器的常用计算方法 - 平均温差法
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2
通过多层平壁的稳态传热过程
tf1 tf 2
n
Rh1 Ri Rh2
i 1
Ak tf1 tf 2 Akt
k
1
1
n i
1
h1 i1 i h2
tf1 t tw1 h1
h2
twn tf2
0 x
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3
12-1 传热过程
通过平壁的传热过程
k
b) 根据给定条件，由式
qm1cp1 t1 t1
qm2cp2 t2 t2
求出未知的进、出口温度，并求出换热量
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设计计算步骤：
c) 由4个进、出口温度及流动型式求平均温差 tm
d) 由式 k求A出tm所需的换热面积A
e) 计算换热器的流动阻力，如果阻力过大，会加 大设备的投资和运行费用，须改变方案，重新设 计
6
通过圆管壁的传热过程
通过n层圆管的稳态传热过程，热流量为：
tf1 tf 2
n
Rh1 Ri Rh2
i 1
1
n
tf1 tf 2 1 ln di1
1
d1lh1 i1 2il di dn1lh2
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7
通过肋壁的传热过程
对于两侧表面传热系数相差较大的传热 过程，在表面传热系数较小(较大?)的 一侧壁面上加肋（扩大换热面积）是强
tf1 tw1
tf1 tw1 tf1 tw1
1
Rh1
d1lh1
tw1 tw2
1 ln d2
2l d1
tw1 tw2 R
d2lh2
tw2 tf 2
tw2 tf 2 tw2 tf 2
1
Rh2
d2lh2
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5
通过圆管壁的传热过程
在稳态情况下，上面三式中的 是相同的，于是可得
kAtm
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12-3 传热的强化与削弱
传热工程技术是根据现代工业生产和科学实践的 需要而发展起来的科学与工程技术，其主要任务 是按照工业生产和科学实践的要求来控制和优化 热量传递过程。
传热工程技术的两个方向： ➢强化传热技术 ➢削弱传热技术（又称隔热保温技术）
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2）校核计算：
已知已有换热器的换热面积A、两侧流体的质
量流量 qm1,、qm进2 口温度 等t15,个t2参数，需计算热、
冷流体的出口温度 和换t热1, t量2 。
由于两侧流体出口温度未知，传热平均温差无法 计算，流体物性不能确定，无法计算h与k，所以 不能直接用下列三个公式计算其余未知量：
的传入 (3) 保护人身安全，免遭热或冷的伤害，
创造温度适宜的工作和生活环境
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无论是强化传热还是削弱传热，一般都是从改变 传热温差和改变传热热阻两方面入手。
以换热器内的传热过程为例：
kAtm
tm 1
tm Rk
Rh1
tm R Rh2
kA
强化传热有两条途径：
（1）加大传热温差 tm
换热器：用来实现热量从热流体传递到冷流体的装置
换热器的分类
按照换热器的工作原理，可分为:
混合式： 换热器内冷、热流体直接接触、互相混合来实 现热量交换。
蓄热式： 冷、热两种流体依次交替地流过换热器的同一 换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换。
间壁式： 换热器内冷、热流体由壁面隔开，热量从热流 体传递到冷流体由三个环节组成：热流体与壁 面间的对流换热、壁的导热、壁面与冷流体间 的对流换热。
kAtm
qm1cp1 t1 t1
qm2cp2 t2 t2
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计算步骤：
(a) 先假设一个流体的出出口温度；
(b) 根据流体的4个进、出口温度求平均温差 t；m
(c) 计算换热面两侧的表面传热系数h1和h2，进而
求得传热系数k；
(d) 由式 kA求出tm换热量 ;
(e) 比较与 ， 如果相差较大,再重新假设流体出
口温度，重复上述计算，直到满意为止。
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例题
有一套管式换热器，热流体流量为qm1=0.1 kg/s，比定压热 容 cp1=2100J/(kgK) ， 进 口 温 度 t1’=220C ； 冷 流 体 流 量 为 qm2=0.2 kg/s，比定压热容cp2=4200 J/(kgK)，进口温度 t2’=20C ， 出 口 温 度 t2’’=38C 。 换 热 器 的 传 热 系 数 k=400W/(m2K)，试求：冷、热流体顺流时所需的换热面 积。
1
A2h2
Rh2
1 A1h2
加肋前后热阻之比是
合理选择肋化系数
Rh2 / Rh2
工程上，通常采用以肋侧表面积A2为基准的传热 系数k2来计算
A2k2t
k2
1
1
1
h1 h2
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Before:
After:
减小肋片间距（有限制）、增加肋高（综合考虑）
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联立以上各式，可得
tf1 tf 2
1
1
A1h1 A1 A2h2
A1k1 tf1 tf 2 A1k1t
k1称为以光壁表面积为基准的传热系数，表达式为
k1
1
1
1
h1 h2
A2 A1 称为肋化系数
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加肋后，肋侧的对流 换热热阻是
而加肋前是
Rh2
化传热的有效措施。假设： h1 h2
A1h1
tf1 tw1
tf1 tw1 1
三 个 环
tw1
tw2
A1h1
节
A1
A2 h2 tw 2 tf 2 A2h2 tw 2 tf 2
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根据肋片效率的定义,
f
A2h2 A2h2
tw 2 tf 2 tw 2 tf 2
tm
tmax
2
tmin
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（2）换热器传热计算的平均温差法：
换热器传热计算的基本公式：
kAtm
qm1cp1 t1 t1
qm2cp2 t2 t2
3个方程有8个独立变量
(, k,A, qm1, qm2,以及4个t
中的3个)，只要知道其中 5个变量，可求其它3个
1）扩展换热面（加装肋片）
2）改变换热面的形状、大小和位置
如管内强迫对流湍流换热，用直径小的管子或者 用椭圆管代替圆管（减小当量直径），都可以取 得强化对流换热的效果。
再如管外自然对流换热和凝结换热，管子水平放 置时的表面传热系数一般要高于垂直放置。
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强化对流换热的方法：
tw 2 tf 2 tw 2 tf 2
A2 A2f h2 tw 2 tf 2 A2h2 tw 2 tf 2
tw 2 tf2 1
A2h2
A2 = A2’ + A2”
A2 A2f A2 称为肋面总效率
一般情况下 A2 A2 ，A2 A2 ， f 。
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1）设计计算：
根据生产任务的要求，给定冷、热流体的质量流量 qm1、qm2和4个进、出口温度中的3个，需确定换热
器的型式、结构，计算传热系数k及换热面积A。
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设计计算步骤：
a) 根据给定的换热条件，如流体性质、温度和压力 范围等，选择换热器类型，布置换热面，计算换热 面两侧对流换热的表面传热系数h1、h2及传热系数
（2）减小传热热阻 Rk
Rk
Rh1
R
Rh2
1 Ah1
A
1 Ah2
➢ 多布置换热面，增加总传热面积A，可降低
总传热热阻，加大传热量
➢ 降低污垢热阻
➢ 减小对流换热热阻Rh1、Rh2
如果两个热阻相差较大，应抓主要矛盾， 设法减小其中最大(最小?)的热阻
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