中山大学化工原理课件 第4章 传热习题课1
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第四章 传热化工原理课件(包含所有考点)
r1 r0
t1
热传导热阻
令 dQ 0 dr0
对流传热热阻
t 2 tf
dQ 当r0 时， 0 dr0 故 Q 有极大值 dQ 当r0 时， 0 dr0 只有 r 时 ，增加保温层的厚度 0
才能使热损失减少
则 r0 ------临界半径 rc
15
4.2 热传导
假设：层与层之间接触良好，两个接触表面具有相 同的温度。
特点：通过每一层的 常数或q 常数 Q 推动力 热阻 三层平壁的热传导速率 方程式： Q qS t 2 t3 t3 t 4 t1 t 2 Q b1 λ1S b2 λ2 S b3 λ3 S t1 t 4
空气自 然对流 5~25 气体强 制对流 20~100 水自然 对流 20~1000 水强制对流 水蒸汽冷凝 有机蒸汽 冷凝 1000~15000 5000~15000 500~2000 水沸腾
2500~25000
24
4.3 对流传热概述
5、保温层的临界厚度
t1 t f 总推动力 Q ln r0 r1 1 总热阻 2L 2Lr0
Q
rc
r0
25
4.3 对流传热概述
6、对流传热机理
对流传热的温度分布情况图
26
4.3 对流传热概述
（一） 对流传热分析 1) 对流传热是借流体质点的移动和混合而完成的， 它和流体的流动状况密切相关。
2) 流体层流内层中的传热：流体流动过程中，由于 有层流内层的存在，在层流内层中流体是分层流动 的，相邻层间没有流体的宏观流动，因此在垂直于 流体流动方向上不存在热对流，该方向上的传热仅 为热传导，由于流体的导热系数较低，故该层的热 阻较大，即温度梯度较大。
t1
热传导热阻
令 dQ 0 dr0
对流传热热阻
t 2 tf
dQ 当r0 时， 0 dr0 故 Q 有极大值 dQ 当r0 时， 0 dr0 只有 r 时 ，增加保温层的厚度 0
才能使热损失减少
则 r0 ------临界半径 rc
15
4.2 热传导
假设：层与层之间接触良好，两个接触表面具有相 同的温度。
特点：通过每一层的 常数或q 常数 Q 推动力 热阻 三层平壁的热传导速率 方程式： Q qS t 2 t3 t3 t 4 t1 t 2 Q b1 λ1S b2 λ2 S b3 λ3 S t1 t 4
空气自 然对流 5~25 气体强 制对流 20~100 水自然 对流 20~1000 水强制对流 水蒸汽冷凝 有机蒸汽 冷凝 1000~15000 5000~15000 500~2000 水沸腾
2500~25000
24
4.3 对流传热概述
5、保温层的临界厚度
t1 t f 总推动力 Q ln r0 r1 1 总热阻 2L 2Lr0
Q
rc
r0
25
4.3 对流传热概述
6、对流传热机理
对流传热的温度分布情况图
26
4.3 对流传热概述
（一） 对流传热分析 1) 对流传热是借流体质点的移动和混合而完成的， 它和流体的流动状况密切相关。
2) 流体层流内层中的传热：流体流动过程中，由于 有层流内层的存在，在层流内层中流体是分层流动 的，相邻层间没有流体的宏观流动，因此在垂直于 流体流动方向上不存在热对流，该方向上的传热仅 为热传导，由于流体的导热系数较低，故该层的热 阻较大，即温度梯度较大。
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答习 题1. 如附图所示。
某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K ）、绝热层λ2=0.18W/（m·K ）及普通砖λ3=0.93W/（m·K ）三层组成。
炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o C 。
通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 o C 。
求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。
设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。
已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ，λ3=0.93W/m·K ，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4＝50o C ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2，Rc ＝0求： 1δ＝？2δ＝？ 解： ∵δλT q ∆=∴1δ＝m q T T 22.0120090011003.1211=-⨯=-λ又∵33224234332322λδλδδλδλ+-=-=-=T T T T T T q ∴W K m q T T /579.093.012.01200509002334222⋅=--=--=λδλδ得：∴m 10.018.0579.0579.022=⨯==λδ习题1附图 习题2附图2. 如附图所示。
为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o C ，t 3=50 o C 。
求内壁温度t 1。
设炉壁由单层均质材料组成。
已知：T 2=300o C ，T 3=50o C求： T 1=？解： ∵δλδλ31323T T T Tq -=-=∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3）T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o C3. 直径为Ø60×3mm 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。
化工原理课件：第4章 传热
二、通过多层圆筒壁的定态热传导
以三层为例：
Q＝ 2πl(t1 t2 ) 2πl(t2 t3)
1 ln r2
1 ln r3
1 r1
2 r2
2πl(t3 t4 ) 1 ln r4
3 r3
2πl(t1 t4 ) 3 1 ln ri1
i1 i
ri
对于n层圆筒壁：
Q＝
2πl
n
(t1 1
➢ 金属（优良导电/热体）：靠自由电子运动
➢不良导体（固）和大多数液体：靠晶格振动（原子、 分子在其平衡位置附近的振动、碰撞等）
➢气体：靠分子的不规则运动和碰撞。
导热一般在固体、静止或滞流流体中进行,而不能在 真空中进行。
二、对流
流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。 ➢自然对流：因温差引起流体流动；
机理：由于流体各部分温度的不均匀分布，造成密度 的差异，在浮力的作用下，流体发生相对流动，形成 热量的交换。 ➢强制对流：人为促使流体流动（滞、湍）。 靠施加外力的办法强迫流体流动
➢对流传热：流体与固体壁面之间的传热过程。 由导热和对流两种传热方式共同参与的传热称对流换 热。即：对流传热=导热+对流
对于定态温度场
Qr Qrdr Q const
傅立叶定律 Q A dt
dr
Q 2rl dt
dr
边界条件 r r1，t t1
r r2，t t2
得：
r2
Qdr
t2 2rldt
r1
t1
不随t而变时
Q 2l(t1 t2 ) 2l(t1 t2 )
ln r2
1 ln r2
➢在单位面积内，同样的距离下，△t↑，传递的热 量↑。在诸多方向中，沿垂直等温面的方向上的 （△t/△n）最大，传热强度也最大。
《化工原理》第4章 传热.ppt
由于在热流方向上Q、、A均为常量，故分离变量后积分，
得
t2 dt Q
dx
t1
A 0
t2
t1
Q A
Q A(t1 t2 )
Q t1 t2 t
/ A R
通常式（4-8）也可以表示为
q Q t1 t2
A /
（4-7） （4-8）
（4-9）
12
第4章 传热
2.多层平壁稳定热传导
5
第4章 传热
1.内管 2.外管 图4-l 套管换热器中的换热
6
第4章 传热
在换热器中，热量传递的快慢可用以下指标来表示。 （1）传热速率Q(又称热流量)：指单位时间内通过传热面的 热量，单位为W。传热速率是换热器本身在一定操作条件下 的换热能力，是换热器本身的特性。 （2）热负荷Q：指换热器中单位时间内冷、热流体间所交换 的热量，单位为W。热负荷是生产要求换热器应具有的换热 能力，设计换热器时通常将传热速率与热负荷在数值上视为 相等。 （3）热通量q（又称热流密度）：指单位时间内通过单位传 热面积所传递的热量，即单位传热面积的传热速率，单位为 W／㎡。
Q A dt
(4-4)
dx
2.导热系数
导热系数在数值上等于单位温度梯度下
通过单位导热面积所传导的热量。故导
热系数是表示物质导热能力大小的一个
参数，是物质的物性。越大，导热越快。
图4-2通过壁面的热传导
10
第4章 传热
4.2.2平壁的稳定热传导
1.单层平壁导热
设有一高度和宽度很大的平壁，
厚度为。假设平壁材料均匀，导
7
第4章 传热
4.1.4 传热速率式
化工生产中经常遇到加热或冷却的传热过程。单位时间内通 过换热器传递的热量与换热面积成正比，且与冷热流体之间 的平均温度差成正比。即有
四章传热ppt课件
才20成20/2/为28 最主要的传热方式。
9
三、工业换热器
1、混合式换热器
冷水
特点：是依靠热流体和冷流体直
接接触和混合过程实现的。
优点：传热速度快、效率高，设 备简单，是工业换热器的首选类 型。
典型设备：如凉水塔、喷洒式冷 却塔、混合式冷凝器
废蒸气
适用范围：无价值的蒸气冷凝，
热水
或其冷凝液不要求是纯粹的物料
r r1
t1
Q2L(t1t2) t1t2 t
lnr2
ln(r2 r1) R
• •
式中
R ln(r2 r1)
2 L
r1
2L
即为圆筒壁的导热热阻。
• 上式即为单层圆筒壁的导热速率方程式，该 式也可以改写成类似单层平壁的导热速率计 算式的形式。
2020/2/28
33
2、多层圆筒壁导热计算
t1 t2
b
2020/2/28
27
由傅立叶定律
Q A dt
dx
t2 dt Q
b
dx
t1
A 0
Q A(t1 t2 )
b
t1
Q
t2
b
Q(t1t2) b
Rt 导 导 热 热 推 热 动 阻 力
A
2020/2/28
28
2、多层平壁热传导
在稳定传热时，通过上述串联平壁的导热 速率都是相等的。即
Q(t1
t2) b1
(t2 t3) b2
(t3 t4) b3
Q
1A
2A
3A
b1 b2 b3
根据等比定律则有
Q (t1t4)
b 11 Ab 22Ab 33A
大学化工原理复习题PPT课件
14
填料塔
填料、支承板、液体分布器、液体再分布器
液体喷淋量
L3>L2>L1
液泛点B 载点A
干塔 L=0
p u2.0
压力降Δp
pu1.8~2.0
空塔气速u
u = (0.5 ~ 0.8) uF
15
第六章 蒸馏
汽液相平衡关系
道尔顿分压定律 拉乌尔定律
ppApB
yAp p A
pApA 0xA pBpB 0xB
复习课
1
传热方式
第四章 传热
边界层 壁 面 边界层
T 热 流 体 主 体
Tw tw
冷 流 体 主 t体
热传导 对流传热 辐射传热
2
热传导
傅立叶定律
dQ dA t
n
Q 1 Q 2 Q 3 Q n Q
Q
t1 tn 1 n bi
i1 i Ami
3
对流传热
TW
T
与流体的流动状况密切相关 冷凝、沸腾
对数平均推动力法
NOG
Y1 Y2 Ym
YmlYn1Y 1Y2 Y2
Y1Y1* Y2Y2* lnY Y12 Y Y12**
NOG11mGln1m LGY Y1 2 Y Y22**m LG L
13
S mG
Y1
L
以分离为目的的吸收过程
Y2
高的溶质吸收率
→要求采用较大的液体流量
0 X2
→操作线斜率大于平衡线斜率，即S<1
N A K x x* x
x* x
与总吸收K系x 数相km对o应l/ m 2 s
N A KY Y Y * 推动力Y：一Y *相主体组成与另一K相Y 溶质km组o成l/ 对m应2 的s 平衡组成之差
化工原理第四章对流传热41页PPT
Re
lu
普兰德数 (Prandtl number)
Pr c p
表示惯性力与粘性力之比， 是表征流动状态的准数
表示速度边界层和热边界层 相对厚度的一个参数，反映
与传热有关的流体物性
影响 较大的物性常数有：，， Cp ，。 （1）的影响 ； （2）的影响 Re ；
（3）Cp的影响 Cp 则单位体积流体的热容量大，
则较大； （4）的影响 Re 。
2020/3/29
3、流动型态 【层流】主要依靠热传导的方式传热。由于流体的
导热系数比金属的导热系数小得多，所以热阻大。
【湍流】由于质点充分混合且层流底层变薄，较大
2020/3/29
2、有效膜模型
（1）流体与固体壁面之间存在一个厚度为bt的虚拟 膜（流体层），称之为有效膜； （2）有效膜集中了传热过程的全部传热温差的以及 全部热阻，在有效膜之外无温差也无热阻存在（所 有的热量传递均产生在有效膜内）； （3）在有效膜内，传热以热传导的方式进行。
2020/3/29
2020/3/29
二、对流传热速率方程 1、什么是模型法
【定义】把复杂问题简单化、摒弃次要的条件，抓 住主要的因素，对实际问题进行理想化处理，构建 理想化的物理模型，获得某一过程的有关规律。具 体方法为： （1）对过程进行合理的简化； （2）获得物理模型（构象）； （3）对物理模型进行数学描述，获得有关规律。
过程的因素都归结到了当中。
2020/3/29
三、影响对流传热系数的因素
1、引起流动的原因 【自然对流】由于流体内部存在温差引起密度差形
成的液体内部环流，一般u较小，也较小。
【强制对流】在外力作用下引起的流动运动，一般u
较大，故较大。因此：
化工原理课件传热4-1
2、学会能源的利用（节能）
4-2 传热的基本方式
热传递的原因：物体内温度不同而引起，高 温→低温，根据传热机理的不同，将传热分 为三种：传导、对流、辐射
一、热传导（conduction）
• 1、定义：物体内部，直接触两个物体之间存 在温差，高温下分子振动剧烈，与相邻分子碰 撞，从而将热量转过去。
• 2、特点：分子之间碰撞，将能量从高→ 低，没有宏观的位置（即没有位移）
(p140) – 直接接触式换热 – 蓄热式换热 – 间壁式换热
典型的间壁式换热器(p142)
– 套管式换热器 – 单程列管式换热器 – 双程列管式换热器
热载体及其选择
– 载热体的温度易调节控制 – 载热体的饱和蒸汽压较低，加热时不易分解 – 载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备 – 价格便宜，来源容易
t2 b2
tn bn
ti
i 1 n
Ri
1s 2s
ns i1
4-2-3 平壁的热传导
二 多层平壁的热传导
o 接触热阻
Байду номын сангаас
s 根据傅立叶定律：
Q
s
s
dt
QQ0bdbxs(t1ts2t)t12d平t 壁间的热传d导x 公式
Q
t1
t2 b
t R
推动力 阻力
R b ,导热热阻,C / W s
x
s
热通量q
Q
t2
t1
t
, R
b
s b R
m2 ℃ /W
4-2-3 平壁的热传导
二 多层平壁的热传导
t1> t2> t3> t4
• 举例：管内壁、壁厚或锅炉等，楼顶隔热 砖或建筑用砖采用空心砖。
4-2 传热的基本方式
热传递的原因：物体内温度不同而引起，高 温→低温，根据传热机理的不同，将传热分 为三种：传导、对流、辐射
一、热传导（conduction）
• 1、定义：物体内部，直接触两个物体之间存 在温差，高温下分子振动剧烈，与相邻分子碰 撞，从而将热量转过去。
• 2、特点：分子之间碰撞，将能量从高→ 低，没有宏观的位置（即没有位移）
(p140) – 直接接触式换热 – 蓄热式换热 – 间壁式换热
典型的间壁式换热器(p142)
– 套管式换热器 – 单程列管式换热器 – 双程列管式换热器
热载体及其选择
– 载热体的温度易调节控制 – 载热体的饱和蒸汽压较低，加热时不易分解 – 载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备 – 价格便宜，来源容易
t2 b2
tn bn
ti
i 1 n
Ri
1s 2s
ns i1
4-2-3 平壁的热传导
二 多层平壁的热传导
o 接触热阻
Байду номын сангаас
s 根据傅立叶定律：
Q
s
s
dt
QQ0bdbxs(t1ts2t)t12d平t 壁间的热传d导x 公式
Q
t1
t2 b
t R
推动力 阻力
R b ,导热热阻,C / W s
x
s
热通量q
Q
t2
t1
t
, R
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s b R
m2 ℃ /W
4-2-3 平壁的热传导
二 多层平壁的热传导
t1> t2> t3> t4
• 举例：管内壁、壁厚或锅炉等，楼顶隔热 砖或建筑用砖采用空心砖。
化工原理第四章第一、二节(第13次课)精品文档39页
特点：物质间没有宏观位移，只发生在静止物质内的一种
传热方式。 微观机理因物态而异
原子 分子 电子
2020/1/13
2、对流传热
流体中冷、热不同部位质点发生相对位移而引起的热量 传递，称为热对流 。 特点：对流只能发生在流体中。
强制对流 用机械能（泵、风机、搅拌等）使流体发生 对流而传热。
自然对流 由于流体各部分温度的不均匀分布，形成 密度的差异，在浮升力的作用下，流体发 生对流而传热。
温度差时，热量由高温处向低温处传递的现象。 三传理论：传热、传质、动力传递。 动量传递推动力：速度差 传热推动力：温度差
2020/1/13
1、化工与传热 1）物料的加热与冷却：绝大多数化学反应过程都要求在 一定的温度下进行，为了使物料达到并保持指定的温度， 就要预先对物料进行加热或冷却，并在过程中及时取出放 出的热量或补充需要吸收的热量。
2020/1/13
四、两种流体热交换的基本方式
1、直接接触式传热
直接接触式传热的特点是冷、热两流体在传热器中 以直接混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。
2、蓄热式换热
蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充 填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室时， 就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给冷流体， 达到两流体换热的目的。
稳态传热：物体内各点温度不随时间变化的热量传递（例 如连续生产时）；
注：稳态传热时，同一热流方向上的传热速率Q为常数 （Q1=Q2=Q3=……Qn）。
2020/1/13
传热速率
传热温差（推动力） 热阻（阻力）
传热温差以△t表示，热阻通常以R表示，则：
传热推动力：温差沿传热管长度在不同位置数值不同。
《第四章传热》PPT课件
gradt dt dx
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
化工原理第四章传热-PPT课件
L
根据傅立叶定律，对此薄圆筒层可写出传导的热量为
dt dt Q A 2 rL dr dr
边界条件 得：
r 2 r 1
r r 时 ， t t 1 1
t2 t 1
r r 时 ， t t 2 2
d r r l d t Q 2
2 l ( t t2) 2 l ( t t2) 1 1 Q r 1 r 2 2 l n l n r r 1 1
热对流(convection);
热辐射(radiation)。
1、热传导 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果
固体 导电体：自由电子在晶格间的运动
非导电体：通过晶格结构的振动实现
液体 机理复杂
特点：静止介质中的传热，没有物质的宏观位移
2、热对流
流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热 对流。热对流仅发生在流体中。
的x轴方向变化，故等温面皆为垂 直于x轴的平行平面。
平壁侧面的温度t1及t2恒定。Fra biblioteko b
x
取dx的薄层，作热量衡算：
傅立叶定律： 边界条件为：
dt Q A dx
x 0 时 ， t t 1
得：
x b 时， t t 2
b
0
Q d x
t2
t1
A d t
t1 t2 Q A (t1 t2) 不随t而变 b b 式中 Q ── 热流量或传热速率，W或J/s； A
4.2 热传导
一、 傅立叶定律
1 温度场和温度梯度 温度场(temperature field)：某一瞬间空间中各点的温度
分布，称为温度场.
物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即
化工原理(第四版)习题解__第四章__传热
第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为0.16W/(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃231212t t t t λλ--= (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃ 【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ=0.043 W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=， 则单位表面积的冷量损失为()()../.q t t W m bλ=-=-=-2120043328358 003【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=()12A Q t t bλ=-.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- ()./218W m =⋅℃【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。
化工原理传热课件(精品)
的方式 4.1.3 典型的间壁式换热器 4.1.4 传热速率和热通量
22
基本概念
传热速率Q，单位时间内通过传面的热量，J/s，W。 热通量
q，单位面积的传热速率，J/(s,m2)，W/m2。
q
dQ dS
传热速率=传热推动力(温度差)/传热热阻
Q＝ Δt R
整个传热 面的热阻
q t R'
单位传热面 积的热阻
26
载热体
1. 定义
在化工生产中，物料在换热器内被加热或 冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热 量，此种流体称为载热体。
高温载热体（加热剂） 起加热作用
低温载热体（冷却剂） 起冷却作用
27
2. 载热体的选择及常用载热体
载热体的选择要求
① 载热体的温度易调节控制； ② 载热体的饱和蒸气压较低,加热时不易分解； ③ 载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备； ④价格便宜，来源容易。
t3
2S
t3 b3
t4
3S
b1
t1 t4 b2 b3
总推动力 总热阻
1S 2 S 3 S
推广至n层平壁，
Q t1 tn1 t
bi
i S
R
多层平壁的热传导速率方程式
37
2. 多层平壁的热传导
温差与热阻的关系：
各层的温差与热阻成正比，温差越大，热阻越大。
10
3.热辐射
热辐射
因热的原因而产生的电磁波在空间的传递， 称为热辐射。热辐射的特点是：
①不需要任何介质，可以在真空中传播； ②不仅有能量的传递，而且还有能量形式 的转移； ③任何物体只要在热力学温度零度以上， 都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高时， 热辐射才能成为主要的传热方式。
22
基本概念
传热速率Q，单位时间内通过传面的热量，J/s，W。 热通量
q，单位面积的传热速率，J/(s,m2)，W/m2。
q
dQ dS
传热速率=传热推动力(温度差)/传热热阻
Q＝ Δt R
整个传热 面的热阻
q t R'
单位传热面 积的热阻
26
载热体
1. 定义
在化工生产中，物料在换热器内被加热或 冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热 量，此种流体称为载热体。
高温载热体（加热剂） 起加热作用
低温载热体（冷却剂） 起冷却作用
27
2. 载热体的选择及常用载热体
载热体的选择要求
① 载热体的温度易调节控制； ② 载热体的饱和蒸气压较低,加热时不易分解； ③ 载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备； ④价格便宜，来源容易。
t3
2S
t3 b3
t4
3S
b1
t1 t4 b2 b3
总推动力 总热阻
1S 2 S 3 S
推广至n层平壁，
Q t1 tn1 t
bi
i S
R
多层平壁的热传导速率方程式
37
2. 多层平壁的热传导
温差与热阻的关系：
各层的温差与热阻成正比，温差越大，热阻越大。
10
3.热辐射
热辐射
因热的原因而产生的电磁波在空间的传递， 称为热辐射。热辐射的特点是：
①不需要任何介质，可以在真空中传播； ②不仅有能量的传递，而且还有能量形式 的转移； ③任何物体只要在热力学温度零度以上， 都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高时， 热辐射才能成为主要的传热方式。
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试计算：
（1）该换热器传热系数K （2）水侧垢层热阻Rs2
解：
Q
WhC ph
(T1
T2
)
4200 3600
1.81000 (65
35)
63000
W
A1 d l 3.14 0.038 36 4.30 m2
t m
(65 35) (35 25) 30
Q'
K
dL'
t
' m
G1 C1 (T1
T2' )
相除得：
1.5 74.1 120 90 L' 44.4 120 70
L' 4.17m
RS 2
有一台套管换热器, 内管为φ38× 2.5mm钢管,外管 为φ57× 3mm钢管,换热管 总长36m,逆流操作,管内 走水,将管间 4200kg.h-1的苯液从65℃冷却到35℃, 水温从25℃升到35℃,现已知苯侧对流传热系数为 2030W.m-2.K-1，水侧对流传热系数为 6610W.m-2.K-1, 苯侧垢层热阻为 0.18m2.K.kW-1,苯液比热为 1.80kJ.kg-1.K-1,钢导热系数
t
' 2
56 .7 0 C
由 Q K A tm
现K不变,而
t m
(120 15) (90 120 15
40)
74.10 C
ln
90 40
t
' m
(120 15) (70 56.7) 120 15
44.40C
ln
70 56.7
Q K dL tm G1 C1 (T1 T2 )
过一段时间之后:
Q' 13200 4.2 （38 20） 277.2 kW 3600
Q‘＝WhCph(110 – T‘2）=277．2 （2）
式（2）/（1）得：110 T2' 277 .2 110 40 385
T2'
110
277.2 70 385
59.60C
0.000336 m2..K W 1
tm
[(110 38) (59.6 In[ 110 38 ]
20)]
54.2o C
59.6 20
K'
Q'
A
t
' m
277.2 0.256 20 54.2
kW.m2 .K1
在并流换热器中,用水冷却油。换热管长1.5m。 水的进、出口温度为15℃和40℃；油的进、出口 温度为120℃和90℃。如油和水的流量及进口温度 不变,需要将油的出口温度降至70℃,则换热器的换 热管应增长为多少米才可达到要求?（不计热损失 及温度变化对物性的影响）
解： 由热量衡算 G1 C1 (T1 T2 ) G2 C2 (t2 t1 )
按题意在两种情况下：流量、比热、进出口温度不变, 故得
G1 C1
t2 t1
t
' 2
t1
G2 C2 T1 T2 T1 T2'
40 15
t
' 2
15
120 90 120 70
习题课之二
－传热
传热线索方框图
在传热面积为20 m2 的某换热器中, 用温度 为20℃, 流量为 13200kg.h-1的冷却水,冷却进口 温度为110℃ 的醋酸,两流体逆流流动。换热器刚 投入使用时,冷却水出口温度为45℃,醋酸出口温度 为40℃,运转一段时间后,冷热流体流量不变,进口温 度不变,而冷却水的出口温度降至38℃, 试求传热系 数下降的百分率。水的比热 Cp＝4.2kJ.kg-1.K-1 ，热损失可忽略。
解：
Q
(WcC pc
)(t2
t1 )
13200
4.2 (45 3600
20)
385
kW
Q＝WhCph(110 – 40）=385
（1）
t m
[(110 45) (40 110 45
20)]
38.20C
In[
]
40 20
K Q 385 0.504 kW.m 2.K 1 A tm 38.2 20
18.20C
In
10
Q
63000
K1 A1 tm 4.30 18.2 805
W m2.K 1
Rs 2
1 K1
( 1
1
bA1
Am
Rs1
A1 )
2 A2
1 ( 1 0.0025 38 0.18 38 ) 805 2030 45 35.5 1000 6610 33
（1）该换热器传热系数K （2）水侧垢层热阻Rs2
解：
Q
WhC ph
(T1
T2
)
4200 3600
1.81000 (65
35)
63000
W
A1 d l 3.14 0.038 36 4.30 m2
t m
(65 35) (35 25) 30
Q'
K
dL'
t
' m
G1 C1 (T1
T2' )
相除得：
1.5 74.1 120 90 L' 44.4 120 70
L' 4.17m
RS 2
有一台套管换热器, 内管为φ38× 2.5mm钢管,外管 为φ57× 3mm钢管,换热管 总长36m,逆流操作,管内 走水,将管间 4200kg.h-1的苯液从65℃冷却到35℃, 水温从25℃升到35℃,现已知苯侧对流传热系数为 2030W.m-2.K-1，水侧对流传热系数为 6610W.m-2.K-1, 苯侧垢层热阻为 0.18m2.K.kW-1,苯液比热为 1.80kJ.kg-1.K-1,钢导热系数
t
' 2
56 .7 0 C
由 Q K A tm
现K不变,而
t m
(120 15) (90 120 15
40)
74.10 C
ln
90 40
t
' m
(120 15) (70 56.7) 120 15
44.40C
ln
70 56.7
Q K dL tm G1 C1 (T1 T2 )
过一段时间之后:
Q' 13200 4.2 （38 20） 277.2 kW 3600
Q‘＝WhCph(110 – T‘2）=277．2 （2）
式（2）/（1）得：110 T2' 277 .2 110 40 385
T2'
110
277.2 70 385
59.60C
0.000336 m2..K W 1
tm
[(110 38) (59.6 In[ 110 38 ]
20)]
54.2o C
59.6 20
K'
Q'
A
t
' m
277.2 0.256 20 54.2
kW.m2 .K1
在并流换热器中,用水冷却油。换热管长1.5m。 水的进、出口温度为15℃和40℃；油的进、出口 温度为120℃和90℃。如油和水的流量及进口温度 不变,需要将油的出口温度降至70℃,则换热器的换 热管应增长为多少米才可达到要求?（不计热损失 及温度变化对物性的影响）
解： 由热量衡算 G1 C1 (T1 T2 ) G2 C2 (t2 t1 )
按题意在两种情况下：流量、比热、进出口温度不变, 故得
G1 C1
t2 t1
t
' 2
t1
G2 C2 T1 T2 T1 T2'
40 15
t
' 2
15
120 90 120 70
习题课之二
－传热
传热线索方框图
在传热面积为20 m2 的某换热器中, 用温度 为20℃, 流量为 13200kg.h-1的冷却水,冷却进口 温度为110℃ 的醋酸,两流体逆流流动。换热器刚 投入使用时,冷却水出口温度为45℃,醋酸出口温度 为40℃,运转一段时间后,冷热流体流量不变,进口温 度不变,而冷却水的出口温度降至38℃, 试求传热系 数下降的百分率。水的比热 Cp＝4.2kJ.kg-1.K-1 ，热损失可忽略。
解：
Q
(WcC pc
)(t2
t1 )
13200
4.2 (45 3600
20)
385
kW
Q＝WhCph(110 – 40）=385
（1）
t m
[(110 45) (40 110 45
20)]
38.20C
In[
]
40 20
K Q 385 0.504 kW.m 2.K 1 A tm 38.2 20
18.20C
In
10
Q
63000
K1 A1 tm 4.30 18.2 805
W m2.K 1
Rs 2
1 K1
( 1
1
bA1
Am
Rs1
A1 )
2 A2
1 ( 1 0.0025 38 0.18 38 ) 805 2030 45 35.5 1000 6610 33