传热学第10章 传热过程分析与换热器热计算PPT课件
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2020年高中物理竞赛—传热学基础09传热过程分析和换热器热计算：换热器的热计算(共29张PPT)
⑤
1 qm1c1
qm2c2
当 qm1c1 时qm，2c2类似推导可得
1 exp
kA qm2c2
1
qm2c2 qm1c1
1 qm2c2
⑥
将⑤⑥合并写成
qm1c1
1 exp
kA
qmc min
1
1
qmc min qmc max
qmc min qmc max
⑦
不变的情况下，c1i dd可oi 以认为是常数，用m表示，于 是上式可变为
1 ko
b
m
1 u 0.8
改变管内流速u，则可以测得一系列的总表面传热系
数，然后绘制成图，则是一条直线，如图(9-31)所
示
从这个图中可以获得b，m，和ci，从而，管子内 侧的对流换热系数
hi ciui0.8
这样就将内部热阻从总传热系数中分离出来，然 后，当换热器运行一段时间后，再进行同样过程 的测量，可以获得另外一条曲线，则两条曲线截 距之差就是污垢热阻，这样又把污垢热阻分离出 来了。
1 ko
1 ho
Rw
Rf
1 hi
do di
工业换热器中的管内流体的流动一般都是处于旺 盛湍流状态，hi 与流速u0.8成正比，因此，可以 写成 hi ci的ui0形.8 式，带入上式：
1 ko
1 ho
Rw R f
1 ci u 0.8
do di
上式右边的前三项可认为是常数，用 b 表示，物性
热系数的影响较大。在流体内加入一些添加 剂可以改变流体的某些热物理性能，达到强 化传热的效果。添加剂可以是固体或液体， 它与换热的主流体组成气-固、液-固、汽-液 以及液-液混合流动系统。
数学传热过程计算PPT课件
dQ K(th
tc )dAo
th
tc 1
K d Ao
(5-1) ——微分传热速率方程
式中K'表示局部传热系数，W/（m2·℃）；th、tc分别为热流体和冷 流体的局部平均温度，℃。
5
第5页/共56页
传热速率方程
• 对于整个换热器，传热速率方程可写为
Q Ktm A (5-1a)
式中K表示总平均传热系数，简称总传热系数或传热系数，W/ （m2·℃）；A为换热器的总传热面积；tm表示冷热流体的平均传热 温差，℃。
（5-6）
得：
1 1 tc2 tc1 th1 th2 (th2 tc1) (th1 tc2 ) t2 t1
mccpc mhcph
Q
Q
Q
Q
将上式代入式（5-6）得 ：
ln
t 2 t1
KA
t2 Q
t1
即 Q KA t2 t1
ln
t 2 t1
对比式（5-9）与上 式，可得平均传热 温差的表达式
dQi dQm dQo dQ （5-3）
利用式（5-2）和（5-3），可
得
dQ th twh twh twc twc tc
th tc
th tc
1
b
1
1b 1
R
idAi
dAm odAo idAi dAm odAo
（5-4）
式中Q为换热器总传热面积上的传热速率，W；为传热的总推动力，℃。
温度分别为twh和twc。
据牛顿冷却定律和傅立叶定律
图5-2 套管换热器中的传热 过程
内 侧
d Qi
th
twh 1
间 壁
dQm
twh
【精品】传热学第十章传热过程和换热器计算PPT课件
传热方程式： Φ= KAΔt
式中：K为传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过程，
K的计算公式不同。
K 1 R tot
10.2 换热器的型式
1 换热器的定义：用于使热量从热流体传递到冷流 体，以满足规定工艺要求的装置。
2 换热器的分类：
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。
传热工程技术的两个方向：强化传热技术与削弱传热技术 （又称隔热保温技术）。
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 1 tm R tkmRh1 R tm Rh2
kA
传热强化途径： （1）加大传热温差 t m ； （2）减小传热热阻 R k 。
Ti
dq
T
dT c
In
Ti
To
T dq
dT c
Out
In
dT h
To
Out
2 算术平均温差
平均温差的一种最简单的形式是算术平均温差，即
tm,算术 tma2 x tmin
tm,对数
tmax tmin ln tmax
tmin
算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，
当 tmax tmin 2时，两者的差别小于4％； 当 tmax tmin1.7时，两者的差别小于2.3％。
通常，对逆流的对 数平均温差进行修 正以获得其他复杂 流动方式下的平均 温差。
tm(tm)ctf
教程中图10-23~10-26分别给出了管壳式换热器和交叉流式 换热器的 。
值取决tc
Rth th tctc
式中：下标h、c分别表示两种流体，上角标 ` 表示进口，`` 表示出口，图表中均以P为横坐标，R为参量。
式中：K为传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过程，
K的计算公式不同。
K 1 R tot
10.2 换热器的型式
1 换热器的定义：用于使热量从热流体传递到冷流 体，以满足规定工艺要求的装置。
2 换热器的分类：
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。
传热工程技术的两个方向：强化传热技术与削弱传热技术 （又称隔热保温技术）。
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 1 tm R tkmRh1 R tm Rh2
kA
传热强化途径： （1）加大传热温差 t m ； （2）减小传热热阻 R k 。
Ti
dq
T
dT c
In
Ti
To
T dq
dT c
Out
In
dT h
To
Out
2 算术平均温差
平均温差的一种最简单的形式是算术平均温差，即
tm,算术 tma2 x tmin
tm,对数
tmax tmin ln tmax
tmin
算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，
当 tmax tmin 2时，两者的差别小于4％； 当 tmax tmin1.7时，两者的差别小于2.3％。
通常，对逆流的对 数平均温差进行修 正以获得其他复杂 流动方式下的平均 温差。
tm(tm)ctf
教程中图10-23~10-26分别给出了管壳式换热器和交叉流式 换热器的 。
值取决tc
Rth th tctc
式中：下标h、c分别表示两种流体，上角标 ` 表示进口，`` 表示出口，图表中均以P为横坐标，R为参量。
传热过程总结分解PPT课件
二基本定律牛顿冷却定律能量守恒定律换热方程式三确定h的方法1理论分析法1建立微分方程组求解2建立积分方程组求解2热量和动量传递间的比拟法3数值解法4实验法对流换热小结层流紊流过渡流内部流动外部流动自然对流强制对流混合对流外掠管束圆管其他形状外掠平板有限空间大空间平板竖圆柱水平管狭缝定性上熟练掌握对流换热机理及其影响因素边界层概念及其应用以及在相似理论指导下的实验研究方法提出针对具体换热过程的强化传热措施
t
' 2
100 ℃
顺流
t1' 300 ℃ t1" 210℃ t2" 200 ℃ t2" 200 ℃
逆流
t1" 210 ℃
t2' 100
℃
tmax 200 ℃ tmin 10 ℃
tmax 110 ℃
tmin 100 ℃
tm,顺
t max tmin ln t max
200 10 ln 200
3、冬天，房顶上结霜的房屋地保暖性好？还是不结霜的好？
4、利用同一冰箱储存相同的物质时，问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗 电量大？
第25页/共28页
考试时间：2011年7月2日 14:30~16:30
考试地点：东廊101 考试携带：有效证件、计算器、笔
铅笔、直尺、橡皮
26
第26页/共28页
预测考试题型： 一、分析简答（约30分） 二、计算 （约70分）
第17页/共28页
传热过程及换热器 理解传热过程及传热系数；能用热阻概念进行传热过程的计算；井筒内的传热
过程的特点和处理方法；掌握强化和削弱热量传递过程的原理和技术手段； 了解工程上常见换热器的类型；能用对数平均温差法对简单换热器进行设计 和校核。 重点难点：通过平壁与圆筒壁的传热过程，临界热绝缘直径，井筒内的传热过 程，换热器热计算的基本方程，对数平均温差
t
' 2
100 ℃
顺流
t1' 300 ℃ t1" 210℃ t2" 200 ℃ t2" 200 ℃
逆流
t1" 210 ℃
t2' 100
℃
tmax 200 ℃ tmin 10 ℃
tmax 110 ℃
tmin 100 ℃
tm,顺
t max tmin ln t max
200 10 ln 200
3、冬天，房顶上结霜的房屋地保暖性好？还是不结霜的好？
4、利用同一冰箱储存相同的物质时，问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗 电量大？
第25页/共28页
考试时间：2011年7月2日 14:30~16:30
考试地点：东廊101 考试携带：有效证件、计算器、笔
铅笔、直尺、橡皮
26
第26页/共28页
预测考试题型： 一、分析简答（约30分） 二、计算 （约70分）
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传热过程及换热器 理解传热过程及传热系数；能用热阻概念进行传热过程的计算；井筒内的传热
过程的特点和处理方法；掌握强化和削弱热量传递过程的原理和技术手段； 了解工程上常见换热器的类型；能用对数平均温差法对简单换热器进行设计 和校核。 重点难点：通过平壁与圆筒壁的传热过程，临界热绝缘直径，井筒内的传热过 程，换热器热计算的基本方程，对数平均温差
传热学课件课件
传热学课件课件
A dt
dx
（1-1）
式中 是比例系数，称为热导率，又称导
热系数，负号表示热量传递的方向与温度
升高的方向相反。
传热学课件课件
传热学课件课件
传热学课件课件
❖ （ 2 ）导电固体：其中有许多自由电子， 它们在晶格之间像气体分子那样运动。自 由电子的运动在导电固体的导热中起主导 作用。
❖ （ 3 ）非导电固体：导热是通过晶格结构 的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、 分子在其平衡位置附近的振动来实现的。
传热学课件课件
❖（ 4 ）液体的导热机理：存在两种不同的 观点：第一种观点类似于气体，只是复杂些， 因液体分子的间距较近，分子间的作用力对 碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非 导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动， 原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的） 的作用。
传热学课件课件
(2) 特别是在下列技术领域大量存在传热问题
动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新 能源、微电子、核能、航空航天、微机电 系统（MEMS）、新材料、军事科学与技 术、生命科学与生物技术…
传热学课件课件
(3) 几个特殊领域中的具体应用
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
的热传递过程属稳态传热过程；而在启动、停
机、工况改变时的传热过程则属 非稳态传热
过程。
传热学课件课件
二、讲授传热学的重要性及必要性
1 、传热学是热工系列课程教学的主要内容 之一，是建环专业必修的专业基础课。是 否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到 后续专业课的学习效果。
A dt
dx
（1-1）
式中 是比例系数，称为热导率，又称导
热系数，负号表示热量传递的方向与温度
升高的方向相反。
传热学课件课件
传热学课件课件
传热学课件课件
❖ （ 2 ）导电固体：其中有许多自由电子， 它们在晶格之间像气体分子那样运动。自 由电子的运动在导电固体的导热中起主导 作用。
❖ （ 3 ）非导电固体：导热是通过晶格结构 的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、 分子在其平衡位置附近的振动来实现的。
传热学课件课件
❖（ 4 ）液体的导热机理：存在两种不同的 观点：第一种观点类似于气体，只是复杂些， 因液体分子的间距较近，分子间的作用力对 碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非 导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动， 原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的） 的作用。
传热学课件课件
(2) 特别是在下列技术领域大量存在传热问题
动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新 能源、微电子、核能、航空航天、微机电 系统（MEMS）、新材料、军事科学与技 术、生命科学与生物技术…
传热学课件课件
(3) 几个特殊领域中的具体应用
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
的热传递过程属稳态传热过程；而在启动、停
机、工况改变时的传热过程则属 非稳态传热
过程。
传热学课件课件
二、讲授传热学的重要性及必要性
1 、传热学是热工系列课程教学的主要内容 之一，是建环专业必修的专业基础课。是 否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到 后续专业课的学习效果。
第十章传热和换热器
tw,
q qc qr (hc hr ) tw t f
qr , tam
h tw t f
qc , hc , t f
§ 10-3 换热器的型式和基本构造
一、分类
1.按结构型式分: 1)间壁式: 冷、热流体被固体壁面隔开。
如：暖风机、冷凝器、蒸发器等。
暖风机
风冷冷凝器
2)混合式: 冷、热流体互相混合。 如：喷淋式冷却塔、蒸汽喷射器。
以管壳式换热器为例，说明方法的要点.
总传热系数可表示为:
1 k
1 ho
Rw
Rf
1 hi
do di
(a)
Rw 管壁导热热阻
R f 污垢热阻
工业换热器中的管内流体的流动一般都是处于 旺盛湍流状态，hi 与流速u的0.8次方成正比.则
two
ho A1 two t fo ho f A2 two t fo
h0A0 (tw0 t f 0 )
为肋面总效率:
A1 A2 f
A0
1
tf1 tf2
1
hi Ai Ai ho A0
则以光壁为基准的传热系数:
ki
1
1
1
hi ho
定义肋化系数： Ao Ai
1, 1
（3）根据结构，算出传热系数K。(带有假设性)
（4）由传热方程(换热面积A已定),得到 。
（5）由热平衡方程得出’(出口温度均是未知量,也 带假设性.) （6）与’的误差<5%,则满足计算要求. 否则重新假设t,重复上述步骤.
2. 传热单元数法
1)换热器的效能定义：
实际传热量 最大可能传热量
实际传热量： M1c1(t'1t"1 ) M 2c2 (t"2 t'2 )
传热学第十章ppt课件
h A ( t t ) h ( t t ) o 1 wo fo o fA 2 wo fo h A ( t t ) o o o wo fo
(A f A 1 2) A o
肋面总效率
o
A ( t t ) 0 f i f0 1 1 A A 1 1 o o h A A h A hA A h i i i oo o i i i oo
外部对流： h d l ( t t ) o o wo f2
上
1 1 d 1 o ln h 2 d h d id i i o o
对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
kk o 1 d d d 1 o o o ln hd 2 d h i i i o
所以，只要 o 就可以起到强化换热的效果。 1 由于β 值常常远大于1，而使η 0β 的值总是远大于1，这就使
肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。
9.1.4 临界热绝缘直径
Φ
l( tfi tfo )
1 1 d 1 ln( o) h 2 d h d id i i o o
传热学课件第 十章
本章要求掌握的内容： 定量：传热过程的计算；对数平均温差的计算； 间壁式换热器的设计计算及校核计算。 定性：掌握传热过程的热阻分析法；传热过程 强化与削弱措施。
9-1 传热过程的分析和计算
• 传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另 一侧流体中去的过程称传热过程。 • 传热过程分析求解的 基本关系为传热方程式
从热阻的角度来看
1 1 1 d 1 o ln kA h 2 l d h A o iA i i o o
9.1.3 通过肋壁的传热
传热学-学习课件-10-3-1 换热器的分类
传热学 Heat Transfer
1、混合式换热器 混合式换热器举例：电厂中的冷却塔、除氧器和喷水减温器
传热学 Heat Transfer
2、回热式（蓄热式）换热器 蓄热式换热器举例：回er
3、间壁式换热器
（1）套管式 最简单的间壁式换热器，依两种流体的流动方向又分顺流和逆 流布置。
邻的平板之间组成一个流体通道，冷、热流体间隔流过各个通道。
传热学 Heat Transfer
Thanks
传热学 He传at热Tr学ansfeHr eat Transfer
传热学 Heat Transfer
主讲老师：王舫 适用专业：能源与动力工程专业
一、分类
传热学 Heat Transfer
10-2 换热器的型式
按其工艺用途： 冷却器 加热器 冷凝器 蒸发器
根据工作方式分类： 间壁式 混合式 回热式
根据换热面所占空间 紧凑式 非紧凑式
传热学 Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
（2) 壳管式换热器 结构：壳体、管束、管板、折流挡板、封头
折流板的作用： （1）作为管子的支撑结构； （2）使壳侧流体横掠管束，从而强化传热。
传热学 Heat Transfer
（3）板式换热器 板式换热器由一组结构相同的平行薄平板叠加组成，每两个相
(完整PPT)传热学
(完整PPT)传热学contents •传热学基本概念与原理•导热现象与规律•对流换热原理及应用•辐射换热基础与特性•传热过程数值计算方法•传热学实验技术与设备•传热学在工程领域应用案例目录01传热学基本概念与原理03热辐射通过电磁波传递热量的方式，不需要介质，可在真空中传播。
01热传导物体内部或两个直接接触物体之间的热量传递，由温度梯度驱动。
02热对流流体中由于温度差异引起的热量传递，包括自然对流和强制对流。
热量传递方式传热过程及机理稳态传热系统内的温度分布不随时间变化，热量传递速率保持恒定。
非稳态传热系统内的温度分布随时间变化，热量传递速率也随时间变化。
传热机理包括导热、对流和辐射三种基本传热方式的单独作用或相互耦合作用。
生物医学工程研究生物体内的热量传递和温度调节机制，为医学诊断和治疗提供理论支持。
解决高速飞行时的高温问题，保证航空航天器的安全运行。
机械工程用于优化机械设备的散热设计，提高设备运行效率和可靠性。
能源工程用于提高能源利用效率和开发新能源技术，如太阳能、地热能等。
建筑工程在建筑设计中考虑保温、隔热和通风等因素，提高建筑能效。
传热学应用领域02导热现象与规律导热基本概念及定律导热定义物体内部或物体之间由于温度差异引起的热量传递现象。
热流密度单位时间内通过单位面积的热流量，表示热量传递的强度和方向。
热传导定律描述导热过程中热流密度与温度梯度之间关系的定律，即傅里叶定律。
导热系数影响因素材料性质不同材料的导热系数差异较大，如金属通常具有较高的导热系数，而绝缘材料则具有较低的导热系数。
温度温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高，导热系数会增加。
压力对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程稳态导热物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。
在稳态导热过程中，热流密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。
传热学-第十章
24
3. 其它复杂布置时换热器平均温差计算
交叉流及其它形式（简单顺流、逆流除外）换热器的 平均温差算法比较麻烦，有人已经作出了表格，用时可以 直接查表。查法如下： (1). 先按逆ห้องสมุดไป่ตู้方式算出对数平均温差(tm)c；
(2). 将(tm)c乘以一个修正系数，这样问题就归结为求不 同情况下的。
=f (P,R) 而P，R的定义见书P327-329。由图即可查得。注意书上 t’ 和t” 与图的对应关系，不再是我们前面所说的热、冷 流体。 25
l π (70 - 40) do 1 1 ln 2 0.15 0.0051 10 d o
9
计算结果用图线表示于图中。
讨论： 散热量先增后减， 有最大值 最大值的求法
1 1 π l (ti to ) 2 d 2d o ho d o 0 2 dd o 1 do 1 1 ln hi d i 2 d i ho d o
相应的，以光侧表面面积Ai为基准的传热系数为：
kf ' 1 Ai hi hoo Ao 1 1 1 hi hooβ 1
肋化系数 β=Ao/Ai，即加肋后的总表面积与该侧未加肋 时的表面积之比。 一般β>>1，ηo<1, 但ηoβ>1。 hoηoβ----当量对流换热系数，即把肋部分折算到对流中。
若以管内侧面积为基准，则传热系数为：
1 ki do 1 di 1 di ln hi 2 di ho d o
6
三、 通过肋壁的传热
下图是一侧有肋的平壁。在稳态条件下，通过传热过程 各环节的热流量 是一样的，于是可以列出以下方程式：
hi Ai (tfi t wi )
3. 其它复杂布置时换热器平均温差计算
交叉流及其它形式（简单顺流、逆流除外）换热器的 平均温差算法比较麻烦，有人已经作出了表格，用时可以 直接查表。查法如下： (1). 先按逆ห้องสมุดไป่ตู้方式算出对数平均温差(tm)c；
(2). 将(tm)c乘以一个修正系数，这样问题就归结为求不 同情况下的。
=f (P,R) 而P，R的定义见书P327-329。由图即可查得。注意书上 t’ 和t” 与图的对应关系，不再是我们前面所说的热、冷 流体。 25
l π (70 - 40) do 1 1 ln 2 0.15 0.0051 10 d o
9
计算结果用图线表示于图中。
讨论： 散热量先增后减， 有最大值 最大值的求法
1 1 π l (ti to ) 2 d 2d o ho d o 0 2 dd o 1 do 1 1 ln hi d i 2 d i ho d o
相应的，以光侧表面面积Ai为基准的传热系数为：
kf ' 1 Ai hi hoo Ao 1 1 1 hi hooβ 1
肋化系数 β=Ao/Ai，即加肋后的总表面积与该侧未加肋 时的表面积之比。 一般β>>1，ηo<1, 但ηoβ>1。 hoηoβ----当量对流换热系数，即把肋部分折算到对流中。
若以管内侧面积为基准，则传热系数为：
1 ki do 1 di 1 di ln hi 2 di ho d o
6
三、 通过肋壁的传热
下图是一侧有肋的平壁。在稳态条件下，通过传热过程 各环节的热流量 是一样的，于是可以列出以下方程式：
hi Ai (tfi t wi )
《换热器的传热计算》课件
板式换热器
结构紧凑，传热效率高。
壳-管换热器
适用于高压和高温的工况。
空冷式换热器
适用于没有冷却水源的场合。
为什么需要进行传热计算
传热计算可以帮助我们确定换热器的尺寸、传热面积和传热效果，以确保设备的效率和可靠性。合理的 传热计算还可以帮助我们节约能源和降低成本。
1 优化性能
通过传热计算，我们可 以优化换热器的设计， 使其在实际操作中达到 最佳的传热效果。
热传导
通过物体内部分子间的碰撞传递热量，如金 属导热。
对流
通过流体的流动传递热量，如空气对流。
辐射
通过电磁波的辐射传递热量，如太阳辐射。
传热方程和传热系数的概念
传热方程描述了热量在物体中传递的方式，传热系数表示了单位面积上单位时间内传递的热量。它们是 传热计算中重要的参数。
传热方程
描述了热量在物体中的传递方式和速率。
换热器的设计和优化
换热器的类型和结构
根据应用需求和工艺参数，选择合适的换热器类型和结构，如管壳式、板式、顶管式等。
传热计算在换热器设计中的应用
通过传热计算，确定换热器的尺寸、传热面积和传热系数，以提高换热性能。
优化换热器设计
利用传热计算结果，对换热器进行优化，以达到更高的传热效果和更低的能量消耗。
传热系数
表示了单位面积上单位时间内传递的热量。
传热计算方法
1
流体的物性参数
需要确定流体的密度、热导率、比热容等参数，以便进行传热计算。
2
界面温度和传热面积的确定
界面温度是传热计算中重要的参数，传热面积要考虑传热器的结构和流体流动状态。
3
传热率和传热功率的计算公式
通过传热率和传热功率的计算公式，可以确定换热器的传热性能。
传热学-第十章
(c) 板翅式交叉流换热器
把单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的 衡量指标，一般将大于700m2/m3的换热器称为紧凑式换热器， 板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。
(4) 板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清 洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。
1 通过平壁的传热
k K的计算1
1
1
公式？h1 h2
说明： (1) h1和h2的计算；（2）如果计及辐射时对流 换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数)
单相对流：ht hc hr
(8-24)
膜态沸腾：ht43hc43hr43 (6-23)
hr
(T14 T24)
T1 T2
由于平壁两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值无论 对哪一侧来说都是相等的。
2 通过圆管的传热
园管内外侧表面积不等，所以对内侧
而言和对外侧而言的传热系数在数值上不同的。先分析管长为L
的一段园管：见图(9-1)
传热过程包括管内流体到管内侧壁面， 管内侧壁面到管外侧壁面，管外侧壁面 到管外流体三个环节。
)dAx
t exp(kA)-1
(1)
k A
lntx t
kAx
Ax A
lnt kA
t
(2)
t exp(kA)
(3)
t
(1)+(2)+(3)
在固体微元面dA内，两种流体的换热量为:
d kd A t
对于热流体和冷流体:
dqmch hdth dthqm 1ch hd
dqmcccdtc dtcqm 1cccd
把单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的 衡量指标，一般将大于700m2/m3的换热器称为紧凑式换热器， 板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。
(4) 板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清 洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。
1 通过平壁的传热
k K的计算1
1
1
公式？h1 h2
说明： (1) h1和h2的计算；（2）如果计及辐射时对流 换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数)
单相对流：ht hc hr
(8-24)
膜态沸腾：ht43hc43hr43 (6-23)
hr
(T14 T24)
T1 T2
由于平壁两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值无论 对哪一侧来说都是相等的。
2 通过圆管的传热
园管内外侧表面积不等，所以对内侧
而言和对外侧而言的传热系数在数值上不同的。先分析管长为L
的一段园管：见图(9-1)
传热过程包括管内流体到管内侧壁面， 管内侧壁面到管外侧壁面，管外侧壁面 到管外流体三个环节。
)dAx
t exp(kA)-1
(1)
k A
lntx t
kAx
Ax A
lnt kA
t
(2)
t exp(kA)
(3)
t
(1)+(2)+(3)
在固体微元面dA内，两种流体的换热量为:
d kd A t
对于热流体和冷流体:
dqmch hdth dthqm 1ch hd
dqmcccdtc dtcqm 1cccd
传热学基本知识ppt课件
传热学基本知识ppt课件目录•传热学概述•热传导基本知识•热对流基本知识•热辐射基本知识•传热过程与换热器设计•传热学实验方法与测量技术•传热学在工程领域应用案例01传热学概述传热学定义与研究对象传热学定义研究热量传递规律的科学，主要研究物体之间或物体内部热量传递的过程、机理和计算方法。
研究对象包括导热、对流换热和辐射换热三种基本传热方式，以及传热过程与热力学、流体力学、电磁学等学科的交叉问题。
01020304能源与动力工程建筑工程机械工程电子工程传热学应用领域涉及燃烧、锅炉、内燃机、汽轮机、航空发动机等领域的热量传递问题。
研究建筑物的保温、隔热、采暖、通风等热工性能，提高建筑能效。
解决电子设备散热问题，如计算机、手机、电子元器件等的冷却技术。
研究各种机械设备的热设计、热分析和热控制，如散热器、冷却系统、热交换器等。
理论分析实验研究数值模拟传热学研究方法通过建立数学模型和方程，对传热过程进行定量描述和预测。
通过实验手段测量传热过程中的各种物理量，验证理论分析和数值模拟的正确性。
利用计算机进行数值计算，模拟传热过程的详细情况，为优化设计和控制提供依据。
02热传导基本知识热传导定义及物理意义热传导定义物体内部或物体之间由于温度差异引起的热量传递现象。
物理意义热传导是热量传递的三种基本方式之一，对于研究物体的热行为和热设计具有重要意义。
热传导基本定律与公式热传导基本定律傅里叶定律，即单位时间内通过单位面积的热量与温度梯度成正比。
热传导公式Q = -kA(dT/dx)，其中Q为热量，k为热传导系数，A为传热面积，dT/dx为温度梯度。
热传导系数及其影响因素热传导系数定义表征材料导热性能的物理量，即单位时间、单位温度梯度下，通过单位面积的热流量。
影响因素材料的种类、温度、压力、湿度等都会对热传导系数产生影响。
例如，金属材料的热传导系数通常较高，而非金属材料的热传导系数较低。
03热对流基本知识热对流定义及物理意义热对流定义热对流是指热量通过流体的宏观运动而传递的过程。
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1
tf1 tf2
1
Ai (t f 1 t f 2 )
1 Ai
hi Ai Ai hoo Ao hi hoo Ao
定义肋化系数： Ao Ai
则传热系数为
k
1
1
1
hi hoo
所以，只要o 1 就可以起到强化换热的效果。
2021/3/19 - 6 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-1
hidi 21 di 22 do1 hodo2
可见，保温层使得导热热阻增加，换热削弱；另一方面，降
低了对流换热热阻，使得换热赠强，那么，综合效果到底是
增强还是削弱呢？这要看d/ddo2 和d2/ddo22的值
2021/3/19 - 7 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-1
(do2 )
1 hi d i
极小值呢？从热量的基本传递规律可知，应该是极大值。也
就是说，do2在do1 ~ dcr之间，是增加的，当do2大于dcr时， 降低。
2021/3/19 - 8 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-2
§ 9-2 换热器的型式及平均温差
1 换热器的定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以
2
满足规定的工艺要求的装置
1
21
ln( do1 ) di
1
22
ln( do2 ) d o1
1 ho d o 2
Φ l(t fi t fo ) (do2 )
d
ddo2
l(t fi t (do2 )
fo )
2
1
22do2
1
h2d
2 o2
可ddd见o2，确0实是有一个极do值2 存2在h22，那d么cr ，o到r 底是B极i 大d值o22h，2 还 2是
Hot fluid
Cold fluid
T T1
Th (Hot) T2
Tc (cold)
x
顺流
Hot fluid
Cold fluid
T
T1
Th
Tc
逆流
T2 x
2021/3/19 - 10 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-2
(2) 管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，
管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程
和壳程。
TA,out TB,in (shell side)
TB,out TA,in (tube side)
2021/3/19 - 11 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-2
增加管程
TB,in (shell side)
TA,in (tube side) TA,out
2 换热器的分类：
三种类型换热器 简介
间壁式
套管式
交 壳叉 管流 式(换管热壳器式)
管束式 管翅式
板式
板翅式
螺旋板式
混合式
蓄热式
2021/3/19 - 9 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-2
3 间壁式换热器的主要型式
(1) 套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺流和逆流 两种，适用于传热量不大或流体流量不大的情形
4 带保温层的圆管传热——临界热绝缘直径
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
Ai (t f 1 t f 2 )
1 1
hi hoo
圆管外敷保温层后：
Φ
l(t fi t fo )
1 1 ln( do ) 1
hidi 2 di hodo
Φ
l(t fi t fo )
1 1 ln( do1 ) 1 ln( do2 ) 1
第九章 传热过程分析 与换热器热计算
第9章 传热过程分析与换热器热计算
本章的学习目的 (1)分析实际传热问题的能力 (2)综合应用三种基本传热方式及其相关公式的能力 (3)了解换热器的基本知识和设计过程
2021/3/19 - 1 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-1
§ 9-1 传热过程的分析和计算
(c) 板翅式交叉流换热器
2021/3/19 - 14 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-2
1 ln( do ) 1
2 di hodo
kodol(t fi t fo )
ko
其中：
do hi d i
1 do ln( do ) 1
2 di ho
2021/3/19 - 4 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-1
3 通过肋壁的传热
肋壁面积： Ao A1 A2
稳态下换热情况：
2 通过圆管的传热
内部对流： hidil(t f 1 twi )
圆柱面导热：
Φ l(twi two )
1 ln( do )
hi
2 di
ho
外部对流：
hodol(two t f 2 )
Rhi
1
lhi d i
R
ln(do di )
ห้องสมุดไป่ตู้2l
1
Rho holdo
Φ
1 hi d i
l(t fi t fo )
hi Ai (t f 1 tw1)
Ai (tw1 two )
A1
Ai
A2
ho A1(two t fo ) ho f A2 (two t fo )
hoo Ao (two t fo )
肋面总效率
o
( A1
f
Ao
A2 )
2021/3/19 - 5 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-1
传热过程？ 基本计算式(传热方程式)？
kA(t f 1 t f 2 )
k 1 ARtot
式中：K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。
2021/3/19 - 2 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-1
1 通过平壁的传热
k
K的计算1
公1式？
1
h1 h2
TB,out
2021/3/19 - 12 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-2
TB,in (shell side)
TA,out
TB,out
进一步增加管程和壳程
TA,in (tube side)
2021/3/19 - 13 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-2
(3) 交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是冷热 流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、管翅式和板翅式三种。
说明： (1) h1和h2的计算；（2）如果计及辐射时对流
换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数)
单相对流：ht hc hr
(8-24)
膜态沸腾：ht4 3 hc4 3 hr4 3 (6-23)
hr
(T14 T24 )
T1 T2
2021/3/19 - 3 -
第9章 传热过程分析与换热器热计算——§9-1