北京化工大学化工原理 第五章传热
化工原理第五章传热过程计算与换热器
• (5• 式中K表示总平均传热系数，简称总1传a)热系数或
传热系数，W/（m2·℃）；A为换热器的总传热面积 ；Dtm表示冷热流体的平均传热温差，℃。
• 由传热热阻的概念，传热速率方程还可以写为
• 式中R=1/KA为换热器的总传热热阻，℃/W。
5.2.3 总传热系数与壁温计算
•或
•（ 5-5
）
5.2.3 总传热系数与壁温计算
• 将a看作常数，因而求得的局部传热系数K‘亦为常数，不 随管长变化，而作为全管长上的总传热系数K ，故式（ 5-5）可改写为
•
选取不同的传热面积作为传热过程计算基准时，其总传热系数的数值
不同。因此，在指出总传热系数的同时，还必须注明传热面的计算基准
• ④由计算的P、R值以及流动排布型式，由j—P、R曲 线确定温度修正系数j；
• ⑤由热量衡算方程计算传热速率Q，由端部温度计算逆
流时的对数平均温差Dtm；
• ⑥由传热速率方程计算传热面积
。
5.5 换热器计算的设计型和操作型问题
e-NTU法
• 1．根据已知的三个端部温度，由热量衡算方程计算另 一个端部温度；
• 1.总传热系数的计算
• 如图5-2所示，设两流体通过间壁进
行换热。在换热器中任取一微元段dl，
间壁内、外侧的传热面积分别为dAi和 dAo。壁面的导热系数为l，壁厚为b。 内、外侧流体的温度分别为th和tc，对 流传热系数分别为ai和ao。间壁内侧、
外侧的温度分别为twh和twc。
• 据牛顿冷却定律和傅立叶定
• 1.设计型计算
• 对于设计型计算，既可以采用对数平均温差法，也可 以采用传热效率—传热单元数法
化工原理 第五章 传热
对流传热 ?自然对流 ? ?强制对流
牛顿冷却定律： Q 牛顿冷却定律：
发生在 流体内部 流体 有宏观位移
= αA(t 1 ? t 2 )
对流传热系数或给 热系数， 热系数，W/m2?K 《化工原理》电子教案/第五章 化工原理》电子教案/
1
《化工原理》电子教案/目录 化工原理》
目录
第三节 对流传热
一、实验法求α 实验法求α 二、各种情形下的α经验式 各种情形下的α
（一）无相变 1、管内层流 2、管内湍流 3、管外强制对流 4、自然对流 （二）有相变 1、冷凝 2、沸腾
对流传热系数小结 α的数量级
t1 ? t 2 t1 ? t 2 Q= = ln r2 r1 (r2 ? r1 ) 2πLλ (r2 ? r1 ) ln r2 r1 2πLλ
r2 ? r1 令rm = 对数平均半径 对数平均半径 ln r2 r1 r2
当
三种平均的比较
t
r1
3
=
i
λ i Ami
总推动力 总热阻
教材更正： 教材更正：
b1
b2 b3
P141例5-4中每米管长的热损失计算式左边应 例 中每米管长的热损失计算式左边应 为Q，不应为 ，不应为Q/L，单位应为 ，不应为 ，单位应为W，不应为W/m。 。
推动力 Q = qA = 对每一层均有： 对每一层均有： 热阻
Q= t ?t t ?t t1 ? t 2 = 2 3 = 3 4 b1 λ1 A b2 λ2 A b3 λ3 A t1 ? t 4
t t2 t3 t4
t1
Q
和比定理
∑b
最新化工原理讲稿(上册)-应化第五章传热3
▪ 欲有效提高 K 值，应采取措施提高控制性热阻侧的α。
第五节 两流体间的传热计算
(二) 考虑污垢热阻的总传热系数
▪ 换热器在运行一段时间后，流体介质中的可沉积物会在换热表面上生成 垢层，有时换热面还会被流体腐蚀而形成垢层。 ▪ 垢层产生附加热阻，使总传热系数减小，传热速率显著下降。 ▪ 因垢层导热系数很小，即使厚度不大，垢层热阻也很大，往往会成为主 要热阻，必须给予足够重视。 ▪ 如管壁内、外侧的污垢热阻分别是Rsi和Rso，则总热阻为：
第五节 两流体间的传热计算
四、 总传热系数K
总传热系数 K 综合反映传热设备性能，流动状况和流体物
性对传热过程的影响。
物理意义：
Q K
A t m
表征间壁两侧流体传热过程的强弱程度。
K = f（流体物性、操作条件、换热器本身特性等）
第五节 两流体间的传热计算
㈠ 传热系数K 的确定方法
⒈选用经验数据
K x Ax
Q K x Ax T t m
－－传热速率方程式
第五节 两流体间的传热计算
Kx1Ax 1 iAi Amo1Ao
平壁：Ai=Am=Ao
Q = K·A·△tm
圆筒壁：Ai≠Am≠Ao
Q = Ki·Ai·△tm= Km·Am·△tm =Ko·Ao·△tm
第五节 两流体间的传热计算
传热速率方程式与牛顿冷却定律的比较
dA m
thT
热 Φ Tw
Φ
流
体
tw
冷 流
th,w
tc,w 体
tct
流体通过间壁的热交换
第五节 两流体间的传热计算
管外壁到冷流体的给热速率： d3 Q odoA (tw － t)
化工原理课件-5传热
或
t1 t2 t2 t3 t3 t4 Q b1 b2 b3 1S 2 S 3 S
31
二、多层平壁的一维稳态热传导
三层平壁稳态热传导速率方程 t1 t4 Q b3 b1 b2 1S 2 S 3 S 对n层平壁，其传热速率方程可表示为
b
(Tw t w ) dS m o (t w t )dS o
或
T Tw Tw t w tw t dQ 1 b 1
i dSi
dS m
o dS o
49
一、总传热速率微分方程
根据串联热阻叠加原理，可得
(T Tw ) (Tw t w ) (t w t ) T t dQ 1 b 1 1 b 1 i dSi dS m o dSo i dSi dS m o dS o
图5-7 多层圆筒壁的热传导
42
二、多层圆筒壁的稳态热传导
热传导速率可表示为
Q t1 t4 t1 t4 r3 r2 r4 r2 r1 r3 r2 r4 r3 1 1 1 ln ln ln 2 L1 r1 2 L2 r2 2 l 3 r3 1S m1 2 S m 2 3 S m3
动画22
图5-1 套管式换热器 1-内管 2-外管
20
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
图5-2 单程管壳式换热器 动画21 1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封头,6-管板 ,7-挡板,8-泄水池
21
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
间壁式换热器内冷、热流体间的传热过程包括以 下三个步骤： （1）热流体以对流方式将热量传递给管壁； （2）热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另 一侧；
化工原理-第五章-传热过程与传热设备.ppt
逆、并流：
tm
t2 t1 ln t2
t1
29
§5.5 传热效率和传热单元数
T1
T2
t
实际传热速率：
Q mhcph th1 th2 mccpc tc2 tc1
最大可能传热速率：
Q m a x 1 m h cp hth 1 tc 1 Q m a x 2 m c c p cth 1 tc 1
t2
套管式
换热器要解决的两大问题： 所需的冷流体（热流体）的量？ 传热面积？
热量衡算方程 传热速率方程 总传热系数和壁温的计算
5
§5.3.1 热量衡算方程
无相变时： QmhcphT1 T2 mccpc t2 t1
t1 T1
T2
t1
T T w tw
T2 t
t
冷凝液 T
t
T 1
t2
有相变时：Q m r
T1 T2 ln(T1 / T2 )
52
27
例2
t1 T1
T2 t
( 2 ) Q m s 1 c p 1 ( T 1 T 2 ) 0 . 5 3 ( 2 4 5 1 7 5 ) 1 0 5 k J / s = 1 0 5 0 0 0 W
A逆K( Q tm)逆1 10 00 5 00 60 915.2m 2
t1
间壁的导热
Q TW tW b
T
Am
冷流体侧的对流传热 QCA(tWt)
T w tw
t
T1
t2
4
§5.3
传热过程的基本方程
t1 T1
T2 t
已知换热任务：
mc, tC1 pc
1）把热流体（冷流体）从温度T1（t1）降温
化工原理课后答案中国石化出版社第5章传热
4248.4Q t1 t2‘A b_ 1100 t20.151.34248.4第五章传热1、一立式加热炉炉墙由厚150mm的耐火材料构成,其导热系数为入1= 1、3W/(mK),其内外表面温度为1100 C及240C,试求通过炉墙损失的热量(W/卅); 若外加一层25mm,入 2 = 0、3W/(m - K)的绝热材料，并假定炉内壁温度仍为1100C ,而热损失降至原来的57%,求绝热层外壁温度及两层交界面处的温度。
解Q 冒1100』407453.3W.m2A b_ 0151 1.3q' 0.57q 4248.4W. m21100 t30.15 0.025T3 0.3解得：t3=255 8C解得：t2‘=609、8C2某加热炉炉墙由耐火砖、绝热层与普通砖组成，耐火砖里侧温度为900C,普通砖外侧温度为50C,各层厚度分别为：耐火砖140mm绝热层(石棉灰)20mm, 普通砖280mm各层导热系数：入1 = 0、93W(m - K),入2= 0、064W(m - K),入3=0、7W/(m - K)。
(1)试求每m炉墙的热损失;(2)若普通砖的最高耐热温度为600C, 本题条件下，就是否适宜？解：⑴qt l t qb1b2900 50b3 0.14 0.02 0.28 984・9Wm230.93 0.064 0.7上3 上4S 50984.9W m20.280.7解得:t3=444C适宜3、用平板法测定某固体的导热系数,试件做成圆形薄板,直径d= 120mm厚度为S mm与加热器的热表面及冷却器的冷表面直接接触。
所传递的热量(一维导热),用加热器的电能消耗计算之。
过程稳定时，测得加热器电流为0、96A,电压为60、5V,热电偶测得热表面温度t1= 180C ,冷表面t2= 30C ;由于安装不良,试件与冷热表面之间各有一层0、1mm的缝隙(内有空气)，试求：(1)忽略表面间的辐射传热时，因空气缝隙引起的测试导热系数的相对误差。
化工原理 第五章 传热
第一节概述一、传热过程在石油加工和石油化工中的应用传热就是热量传递过程。
因为石油加工和几乎所有的化工过程都是在一定的温度和压力下进行的，因此不论是原料、中间产品，还是产品.都要根据生产工艺要求，进行加热和冷却。
如原油在365℃左右进行常压蒸馏，重油在405℃左右进行减压蒸馏(其真空度为720mmHg左右)，经过蒸馏所得到的汽油、煤油、柴油等产品又要冷却到25～40℃左右；再如氮肥生产中，氮气与氢气的混合气体要在一定压力和500℃左右的高温才能在催化剂的作用下合成氨，而氨与未反应的氮气、氢气的分离，则需要经过冷却与冷凝把混合气中的氨以液体形式分离出来。
可见，传热过程在石油加工和化工过程中的应用十分广泛。
除了生产中原料和产品的加热和冷却外，还常常将生产中排出的高温气体或液体中的热量通过换热加以回收利用；再有一些高温设备和管道的保温以及低温设备和管道的隔热，目的是消弱和抑制热量的传递。
这些都是为了节约能源和维持操作稳定进行。
因此，传热过程在石油加工和化工生产中占有很重要的地位。
此外，人们日常生活也与传热过程密切相关。
化工中的传热过程，常常是在冷流体与热流体之间进行的。
冷、热流体有三种基本的接触方式：即直接混合式、间壁式及蓄热式二、工程上常用的换热方法1.混合式的换热混合式换热是冷、热两流体在直接接触和混合中进行的。
例如，乙醇水溶液的精馏塔，塔釜中液体可以采取间接蒸汽加热，也可采用直接蒸汽加热。
当采用直接蒸汽加热时，即把蒸汽直接通入釜内液体中，用蒸汽冷凝放出的热量来加热液体。
生产中常用的混合式换热器有凉水塔、湿式混合冷凝器等。
由此可见，混合式换热方法仅适用于无须回收的蒸汽冷凝，或其凝液不要求很纯的物料，允许冷热两种流体直接接触混合的场合。
混合式换热具有传热速度快、效率高、设备简单等优点。
2.蓄热式换热蓄热式换热器又称蓄热器，蓄热式换热就是在蓄热器中进行，如图5-2所示。
蓄热器内装有耐火砖之类的蓄热介质(填充物)。
化工原理(第五章传热)好
根据换热器总热量恒算式
T 1 T 2 Q W 1C p1 1
1 W 2C p 2
t 2 t1 Q
两式相减 m T 1 t 2 T 2 t 1 Q
T 1 t 2 T 2 t 1 Q KA
ln T 1 t 2 T 2 t1
吉 首 大 学
K称为传热系数 对于平壁，有
流体通过间壁的热量交换
Q = KA(T-t) = KA△T
对于圆筒壁，有
化 工 原 理 Q =2πl（T－ t）/( 1 a1d1 + b
λdm
+
1
a2d2
)
换热器标准规定，换热面积以管外径计算，故有 1 bd 1 d1 /( ) = KA1△T 2πd l （ T － t ） Q= 1 + + a1 λdm a2d2 1 bd1 d1 其中： K= 1/( ) + + a1 λdm a2d2 当管较薄或管径较大时，d1、d2、dm相差为大，为了简化 计算，可按平壁处理，面积以管外径计算，则有 1 b 1 A (T － t) /( ) = KA1△T Q= 1 + + a1 a2 λ 1 b 1 其中： K= 1/( ) + + a1 a2 λ
第五章 传 热
Chapter 5 Heat Transfer
第一节 概述(Introduction)
化 工 原 理 化工生产的传热问题 化工生产需要大规模地改变物质的化学性质和物理性质，而 这些性质的变化都涉及热能的传递。 化学反应：向反应器提供热量或从反应器移走热量； 蒸发、蒸馏、干燥：按一定的速率向这些设备输入热量；
吉 首 大 学
获取 K 的另外两种途径
《化工单元操作》教学课件—05传热
显然，导热系数 值越大，则物质的导热能力越强。
各种物质的导热系数通常用实验方法测定。
一般来说，金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体的较小，而气体的最小。
• （1）固体的导热系数 表5-3为常用固体材料的导热系数。金属是良导电体，也是良好的导热体。
非金属建筑材料或绝热材料（又称保温材料）的导热系数与物质的组成、结构的
（2）水 是广泛使用的冷却剂。 优点：易于获得，价格较低。 缺点：①水的初温由气候条件决定，一般为4~25℃，
： ②水中含有一定量的污垢杂质，当沉积在换热器壁面上时就会降低换热器的传热效果。
冷却水温的确定主要从温度和流速两个方面考虑： ①水与被冷却的流体之间一般应有5~35℃的温度差。 ②冷却水的温度不能超过40~50℃，以避免溶解在水中的各种盐类析出， 在传热壁面上形成污垢。 ③水的流速不应小于0.5m/s，否则在传热面上易产生污垢。
，即
t均 t t逆
各种流动情况下的温度差修正系数t ，可以根据 P 和 R 两个参数查图5-8
R T1 T2 热流体的温降 t2 t1 冷流体的温升
P t2 t1 T1 t1
冷流体的温升 两流体的最初温差
• 由于t 的值小于1，故折流和错流时的平均温度差总小于逆流。
四、传热系数的测定和经验值
变温传热时，其平均温度差的计算方法因流向的不同而异。
• （1）单侧变温时的平均温度差
图5-6所示为一侧流体温度有变化，另一侧流体的温度无变化的传热。
其温度差的平均值
t均
可取其对数平均值，
t均
t1 t2 In t1
t 2
式中取t1 ＞ t2 t1 和 t2 为传热过程中最初、最终的两流体之间温度差。
化工原理(第五章传热第五节)
吉 首 大 学
流体在管束外横掠流动
化 工 原 理 由于各排的给热系数不同，则整个管束的平均给热系数应按 下式求出： a1A1+ a2A2 + a3A3 + … am = A1+A2 + A3 + … 式中：A1、A2、A3……分别为第一排，第二排，第三排…… 的传热面积； a1 、 a2 、 a3……分别为第一排，第二排，第三排…… 的传热系数。
d A2 π d 2dl d 2 = = d Am π d mdl d m
吉 首 大 学
1 = d2 ＋ b d2 ＋ 1 a2 a1 d1 λ dm K2
当间壁为平壁，或管壁很薄或管径较大时，dA1 、dA2 、dAm 和 dA 相等或近似相等，则： 1 = 1 ＋ b ＋ 1 a2 a1 λ K2
Q QR
Q A + QR + QD = Q Q A QR QD + + =1 Q Q Q
QA
吉 首 大 学
QD
A+ R + D =1
A、R 和 D 分别为物体吸收率、反射率和透过率。 单色吸收率、反射率和透过率
a(λ , T ) + r (λ , T ) + d (λ , T ) = 1
基本概念
化 工 原 理 黑体(绝对黑体)：能将辐射能全部吸收的物体，即 A=1, R=D=0。自然界中并不存在绝对黑体，例如没有光泽的黑墨 表面，其吸收率 A=0.96~0.98，定义黑体的目的是为了在计 算中确定一个比较的标准。 镜体(绝对白体)：能将辐射能全部反射的物体，即 R=1, A=D=0。自然界中也不存在绝对镜体，例如表面抛光的铜， 其反射率 R=0.97。 0.97 透热体：辐射能全部透过的物体，即D=1, A=R=0。例如对 称双原子气体 O2、N2、H2 等都是透热体。 灰体：能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体。灰 体也是理想物体，其特点为：吸收率 A 与波长无关；为不透 热体 (A+R=1)。工业上常见的固体材料均可视为灰体。
化工原理传热习题及答案
化工原理习题及答案第五章传热姓名____________班级____________学号_____________成绩______________一、填空题：1.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=,此时单位面积的热损失为_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 1140w2.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为120mm, λ=,此时单位面积的热损失为_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 1000w3.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为150℃, 而环境温度为20℃,要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料,其导热系数λ=,则其厚度不低于_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 91mm4.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为___________________.当管内水的流速为,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为,此时传热系数α=_____________.***答案*** α=0.023(λ/d)Re Prα=3.81(kw.m.K)5.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形管内湍流的传热系数表达式为_____________________.当管内水的流速为,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为,此时传热系数α=________________.***答案*** α=0.023(λ/d)Re Prα=5.26(kw.m.K)6.（3分）牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。
化工原理课件第五章 传热
温度场的通式
温度场的通式：
t f x, y, z,
式中： t —— 某点的温度，k；
X，y，z —— 这点的空间坐标；
θ —— 时间，s。
若在稳定温度场中， 表示式为：
t f x, y, z
稳定温度场和不稳定温度场
（1）不稳定温度场 —— 温度随时间而改变 的温度场，称为：不稳定温度场 。
称为：传热速率，用Q表示，单位：J/s， 即w（瓦）。
（三）辐射
1、辐射——是一种以电磁波传递能量的现象。 物体可以由不同原因发出辐射能。
2、热辐射——物体因热而发出辐射能的过程， 称为：热辐射radiation。
3、 只要物体的绝对温度大于 0K，便会不停地 将热量以电磁波的形式传递出去，同时也不断 地将其他物体辐射来的能量转为热量。辐射与 吸收能 量的差额转变为低温物体的热量。但 是，只有物体具有较高温度时， 辐射才为主 要形式。
传热面上不同局部面积的热通量可以不同。
3、热流量Q与热通量q的关系
式中：
q dQ dA
Q——热流量，单位为：J/s，即w（瓦） 。
q——热通量（热流密度），单位为：J/(m2·s)，即 w/m2。
A——传热面积， m2 。
热流量Q与热通量q的关系
（1）热通量q基于微元面dA，热通量q可以 用于局部地区。
1、热源——电热、饱和水蒸汽、烟道气、高 温载体等。
2、冷源——冷却水、空气、冷却盐水等。 冷却水——河水、海水、井水等。
二、传热的三种基本方式
• 1、热传导（导热） • 2、对流 • 3、辐射
（一）热传导（简称：导热）
1、热传导——热量从物体内部温度较高
的部分传递到温度较低的部分或者传递到与 之接触的另一物体的过程，称为：热传导， 简称：导热conduction。
化工原理第五章传热(王晓敏)ppt课件
420
19.31 Wm1
0.0004 13.993 0.265
(b)界面温度
t1 t2 R 1 0 .0004 2 3 .0 9 1 4 0 t1 t4 R0 .00 0 1 .9 4 3 0 .3 29 65
tt1 1 tt4 25 50 0 8 t20 0 0 2 .0 1 4 0 t2 4.9 9 C 9
13
第二节 热传导
一、傅立叶定律 1. 温度场和等温面 • 温度场：物体或空间各点温度的分布；
非稳态温度场： tf(x ,y ,z, )
稳态温度场： tf(x ,y ,z)
•等温面：温度相同的点组成的面，等温面彼此不相交。
2. 温度梯度
lim t t •温度梯度的方向垂直于等温 n0 n n 面，以温度增加方向为正。
ll0(1t)
2. 液体的导热系数
• 水的λ最大；
• 多数液体（除水和甘油）的λ随温度升高略有减小；
• 纯液体的λ比溶液大；
3. 气体的导热系数
• 气体的λ很小，有利于保温；气体的λ随温度升高而增大；
• 一般情况下，气体的λ与压力无关； 导热系数大致范围：
金属：2.3~420 W/m.K； 建筑材料： 0.25~3 W/m.K；
解：此题为单层圆筒壁的热传导问题。
已知条件：
蒸汽导管外表面的半径 r2＝0.426/2＝0.213m
温度 t2＝177℃
保温层的外表面的半径 r3＝0.213＋0.426＝0.639m
温度 t3＝38℃
由：
Q t2 t3 ln r3 r2
pp2t精 选l l版
27
可得每米管道的热损失为：
l3A
ppt精选版
dx
化工原理第五章传热王晓敏
2. 液体的导热系数 • 水的λ最大； • 多数液体（除水和甘油）的λ随温度升高略有减小； • 纯液体的λ比溶液大； 3. 气体的导热系数 • 气体的λ很小，有利于保温；气体的λ随温度升高而增大； • 一般情况下，气体的λ与压力无关； 导热系数大致范围：
金属：2.3~420 W/m.K； 建筑材料： 0.25~3 W/m.K； 绝缘材料： 0.025~0.25 W/m.K； 液体： 0.09~0.6 W/m.K；
l
ln r3
ln 0.639
r2
0.213
设保温层内半径 r 处的温度为 t，代入上式：
Q l
2l(t2
ln r
t)
489
r2
将已知数据代入，整理得温度t与半径的关系式为：
t = -126.6 ln r –18.64
筒壁内的温度分布不是直线，而是曲线。
28
练习题1 内径为15mm，外径为19mm的钢管，其l1 为20 W/m ℃，其外包扎一层厚度为30mm，l2为0.2 W/m ℃的保温材料，若钢管内表面温度为580℃,保 温层外表面温度为80℃,试求:
0.0472m; Am2
2rm2 1 0.296m2
r4 r3
0.09 0.07
1.28
2; rm3
r3
r4 2
0.09 0.07 2
0.08m; Am3
2rm3 1 0.5024m2
25
Q
t1 t4
500 80
L
b1 b2 b3
0.0035 0.04 0.02
l1Am1 l2 Am2 l3 Am3 45 0.177 0.07 0.296 0.15 0.5024
“化工原理”第5章_《传热》_复习题
“化工原理”第五章传热复习题一、填空题2.（2分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为___________________.当管内水的流速为0.5m/s 时,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kW/（m2.K）).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m/s时,此时传热系数α=_____________.6.（2分）实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________.7.（2分）热量传递的方式主要有三种:_____、_______、__________.16.（2分）对流传热中的努塞特准数式是＿＿＿＿＿＿, 它反映了＿＿____________。
17.（2分）对流体传热中普兰德准数式为＿＿＿＿＿＿＿, 它反映了＿___________＿＿＿＿＿＿＿＿。
20.（2分）用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量W1＿＿W2，所需传热面积A1＿＿＿A2。
21.（2分）列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于___________________，折流挡板的形状有____________________，____________________等。
22.（5分）在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管______；易结垢的流体走管______；高压流体走管______；有腐蚀性流体走管______；粘度大或流量小的流体走管______。
23.（2分）列管换热器的管程设计成多程是为了________________________；在壳程设置折流挡板是为了______________________________________。
25.. 当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变为原来的_________倍。
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第五章 传热
传
热
温能差量引转起移的
加 冷
热却
分类
机理
导热 对流
辐 射
畜热式
接 触 方 式
直接加热 对流换热 介电加热
★传热学 —— 研究热量传递基本规律的科学
★热力学注重平衡 传热学注重速率
5-1 传热在化工生产中的应用 ·传热的目的是维持各类化工操作的温度条件 ·传热理论是进行节能降耗综合分析的基础
三 辐射（Radistion）
• 物体具有温度而以电磁波形式发射能量的过程
• 辐射 无需介质
第二节 热传导
5-3 傅立叶定律（Fourier’s Law）
一 温度场与等温面
• 温度场
t f x y z
非稳态 时间函数 t f x y z 稳态 非时间函数 t f x y z
• 一维温度场
1 t
Q
A dA Q
0
KA t1 t2 ln t1
KAt m
t 2
★
t m
t1 t2 ln t1
称为对数平均温度差
t 2
★
t1
t2 2
时
t m
1 2
t1
t 2
·讨论
1 平均温差为换热器两端温差的平均值 与流 型无关
2 取热流体进入侧下标为 1 有
并流 t1 t2
逆流
ms1Cp1 ms2Cp2 t1 t2 ms1Cp1 ms2Cp2 t1 t2
5-6 圆筒壁稳态热传导（长圆柱筒） 一 单层圆筒壁
圆筒长 L 温度仅沿半径方向变化
Q A dt 2rL dt
dr
dr
Q r2dr 2rL t2 dt
r r1
t1
Q ln r2
r1
2L t1
t2
Q t1 t2 t
ln r2 r1 R
2L
r2
t1
r1
t2
Δr r
取对数平均半径
NTU1
dT T t
KdA m s1Cp1
dt
KdA
NTU2
T t
m s2Cp2
可有
NTU1
T1 T2
t m
R
Q
t1 tn1
n
bi Ami
i 1
★多层圆筒壁各层面积不同 热流密度不同 而有
q1r1 q2r2 q3r3
非稳态导热简介(无限大平壁)
取微元 在dθ时段内进行衡算
进入微元热量
A t d
x
t0 tw
Q入
Q出
离开微元热量
A
t x
x
t x
dxd
tθ
微元累积热量
t Cp Adx d
dx
T2 t1
T1 T1
T2 t1
m s2Cp2 t2 ms2Cp2 T1
t1 t1
t 2 T1
t1 t1
三 传热单元数 NTU
dQ ms1Cp1dT ms2Cp2dt KdAT t
dT KdA
T t ms1Cp1
dt KdA
T t ms2Cp2
定义
二 污垢热阻 换热设备长期使用后形成垢层产生的热阻
取内外壁上垢层热阻
Rs1 Rs2
垢层热阻单位为
m2 ℃ W
总传热系数计算式为
1 K
d2 1d1
Rs1
d2 d1
bd2 d m
1 Rs2 2
三 传热系数的数值范围
冷流体
水 水 水 水 水 有机溶剂 水 气体 水 水沸腾 轻油沸腾
热流体
水 气体 有机溶剂 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/(m2.℃)
850～1700
17～280 280～850 340～910 60～280 115～340 1420～4250 30～300 455～1140 2000～4250 455～1020
四 传热控制步骤
• Rs1 Rs2 数值很小可不计
1
K
d2 1d1
Rs1
d2 d1
bd2 d m
Q t t t t 1 t1t2
2 t2 t3
3 t3 t4
总 t1 t4
R1
R2
R3
R
Q
t1 t4
t
b1 1 A b2 2 A b3 3 A t1
★温差与热组成比例
t2
t1 : t2 : t3 R1 : R2 : R3
t3
★推动力 阻力均具有加合性
Q
t4
0
b1
b2
b3 x
3 计算中 t1 t2 位置可对调
4 冷热流体进出温差相同时
tm逆 tm并
即
t1 t1
A逆 A并
L(A)
• 错流与折流温差
tm tm逆 f P R
P t2 t1 T1 t1
R T1 T2 t2 t1
P R 数值依据流型查阅图表
t 2 t 2
5-11 传热效率—传热单元数法（ε— NTU）
温度仅沿一个坐标方向变化
t1
（如无限大平板）
一维温度场
非稳态 t 稳态 t
f x f x
0
Q t2
bx
• 等温面 同一瞬时温度相同的点组成的空间曲面
• 等温线 两维平面上连接等温点得到的连线
等温线的疏密反映温度分布 的强弱
不同的等温面(线)不会相交
二 温度梯度
t
t
lim
n n0 n
方向为法线方向
一 恒温差（T-t） Q KAT t
二 变温差
T进
T进
• 流型与温差变化 t出 • 平均温度差的计算
dL dT dt
T出 t进
t进
dT dL
dt
T出 t出
条件
1 流动稳定
T进
2 无热损失
3 m s1Cp1 m s2Cp2
t
为常数
4 忽略轴向导热
L(A) 逆流
dT dL
L(A) 冷侧恒定
L(A) 并流
传热为平壁厚度 x 方向
导热方程形为
Q A dt
dx
边 值 条 件
x x
0 b
t t1 t t2
积分 得到
Q
b
dx A
t2 dt
0
t1
Q A t1 t2 t1 t2
b
b
A
t1 Q t2
与标准速率式对照
0 x x x b x
Q
推动力 阻力
t
R
R b
A
—— 导热热阻
二 多层平壁
rm
r2 r1 ln r2 r1
Am 2Lrm b r2 r1
有
Q r2 r1 t1 t2
2L
r2 ln
r2
r1 r1
t
b
Am
r2 2 时 可采用算术平均
r1
rm
1 2
r2
r1
二 多层圆筒壁 依据推动力 阻力具有加合性的结论
Q
t1
R1
t 2
R2
t3
R3
t总 n层圆筒
1 1b1
K 1 2
• 圆筒壁传热( 选择基准面积) 以外表面为基准
1 dA2 bdA2 1 d 2 bd 2 1 K 1dA1 dAm 2 1d1 d m 2
dQ KdA2 T t Kd2 dLT t
★工程计算采用积分式 沿模型换热器管长积分有
Q KAtm 注意 K在使用中的面积基准
5-2 传热的三种基本方式
一 热传导（Conduction）
• 分子微观运动引起的热量传递
• 发生于同种物体或相接触的不同物体中
• 机理较复杂 工程中注重宏观效果
二 对流传热（Convection）
• 发生于流体（流体流经固体壁面）
•
对
流
自然对流 强制对流
温差 密度差 流动 传热 外加机械能 流动 传热
Rs2
1 2
1 d2 bd2 1
K 1d1 dm 2
• d1 d2
b d
b 可不计
1 d2 bd2 1 1 1 1
K 1d1 dm 2
K 1 2
• K 取决于热阻大侧对流传热
1 2 K 2
2 1 K 1
5-9 热量衡算与传热速率方程的关系 热衡算
Q ms1Cp1 T入 T出 ms2Cp2 t出 t入
正向指向温度增加的方向
t+△t t t-△t
三 傅立叶定律(Fourier’s Law)
dQ dA t
n
或
dq t
n
Q 热流速率 J / s W
q 热流密度 J / m2s W m2
t 热流方向的温度梯度 K / m或℃ m
n
A 垂直于热Βιβλιοθήκη 方向的导热截面积 m2 导热系数 W / m K或 W m ℃
二 传热效率 ε
Q
Qmax Q — 过程实际传热量
Qmax — 理论极限传热量 Qmax m sCp min T1 t1
ms1Cp1 msCp min ms2Cp2 msCp max
ms2Cp2 msCp min ms1Cp1 msCp max
m s1Cp1 T1 ms1Cp1 T1
Tw tW b
dAm
冷侧
2dA2 tw t
tw t 1
2dA2
dQ t
T t
Tt
R 1 b 1
1
1dA1 dAm 2dA2 KdA