09第二章传热习题课解析

位面积的传热速率（W/m2）。
一热传导 1. 导热基本方程––––傅立叶定律
T dQ dS n
λ––––导热系数，表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，单 位为W/（m· K）。纯金属的导热系数一般随温度升高而降低，气体的导热 系数随温度升高而增大。 式中负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反。 2．平壁的稳定热传导 T1 T2 T 注意食品物料中 单层平壁： q b R 水分的多少对导
r0 r0 ln( ) ri

+ Rs 0 +
1
0
换热器
间壁式换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、螺旋板式、板翅式等。
提高间壁式换热器传热系数的主要途径是提高流体流速、增强人工扰动；防止结垢，
及时清除污垢。消除列管换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节， 采用浮头式结构或采用U型管式结构。翅片式换热器安装翅片的目的是增加传热面积； 增强流体的湍动程度以提高α。为提高冷凝器的冷凝效果，操作时要及时排除不凝气和 冷凝水。 间壁换热器管壁温度Tw接近α大的一侧的流体温度；总传热系数K的数值接近热阻大 的一侧的α值。如在传热实验中用饱和水蒸气加热空气，总传热系数接近于空气侧的对
第二章 传热 ——复习与习题
传 热–––基本概念和基本理论
传热是由于 引起的能量转移，又称热传递。由热力学第二定律可 、 和 。 知，凡是有温度差存在时，就必然发生热从高温处传递到低温处。 根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式： 热传导是物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等 微观粒子的热运动而引起的热量传递；热对流是流体各部分之间发生相对 位移所引起的热传递过程（包括由流体中各处的温度不同引起的自然对流
3.9.2 液体的沸腾过程
液体沸腾传热过程的推动力是加热面温度和液体饱和温
度之差。在大空间内沸腾时，随着此温度差的不同，过程中 的对流传热系数α和热流密度q都发生变化。 α
自然对流 泡核沸腾 膜状沸腾
C
D A B
温度差Δt
注意：由于泡核 沸腾的传热系数 比膜状沸腾的大， 故一般都设法控 制蒸发器在泡核 状态下工作。
稳定传热过程计算
Q=Whcph(Th1-Th2)=Wccpc(Tc2-Tc1)
式中 cp——流体的平均比热，kJ/（kg· ℃）
Tc——ຫໍສະໝຸດ Baidu流体的温度，℃ Th——热流体的温度，℃
Q Wh r + c ph (Ts Th2 ) Wcc pc (Tc 2 Tc1 )


换热器总传热速率方程
辐射传热




能全部吸收辐射能，即吸收率A=1的物体， 称为黑体或绝对黑体； 能全部反射辐射能，即反射率R=1的物体， 称为镜体或绝对白体； 能透过全部辐射能，即透过率D=1的物体， 称为透热体。一般单原子气体和对称的双 原子气体均可视为透热体。 一般来说，固体和液体都是不透热体，即 D=0，A+R=1。气体则不同，其反射率 R=0。A+D=1。
式中K为总传热系数，单位为：W/（m2· ℃）；ΔTm为两流体的平均温度差 ，对两流体作并流或逆流时的换热器而言，
Q=KSΔTm
恒温传热时 变温传热时 错流和折流时
Tm Th Tc
T1 T2 Tm ln(T1 / T2 )
Tm
总传热系数
r0 r0 1 + Rsi + K 0 i ri ri
对流过程是流体和壁面之间的传热过程，定性温度是指确定准数中各物性 参数的温度。
沸腾传热可分为三个区域，它们是自然对流区、核状沸腾区和膜状沸腾区，
生产中的沸腾传热过程应维持在核状沸腾区操作。 无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在传热边界层或滞流层内，减少 热阻的最有效的措施是提高流体湍动程度。 在两流体的间壁换热过程中，计算式Q=KSΔt，式中Δt表示为两流体温度 差的平均值；。 在两流体的间壁换热过程中，计算式Q=SΔt，式中Δt=tw-tm 或 Tm-Tw； S表示为一侧的传热壁面。 滴状冷凝的对流传热系数大于膜状冷凝对流传热系数。
和由外力所致的质点的强制运动引起的强制对流），流体流过固体表面时
发生的对流和热传导联合作用的传热过程称为对流传热；热辐射是因热的 原因而产生的电磁波在空间的传递。任何物体只要在绝对零度以上，都能
发射辐射能，只是在高温时，热辐射才能成为主要的传热方式。传热可依
靠其中的一种方式或几种方式同时进行。 传热速率Q是指单位时间通过传热面的热量（W）；热流密度q是指每单
Nu=0.027Re0.8Pr1/3（μ/μw）0.14
2.流体在圆形直管内作强制滞流
Nu=1.86Re1/3Pr1/3（di/L）1/3（μ/μw）0.14
影响冷凝传热的因素： 流体物性及液膜两侧的温差 蒸汽流速和流向的影响 不凝性气体的影响 蒸汽过热的影响 冷凝传热过程的强化
在蒸汽冷凝时不凝性气体在液 膜表面形成一层气膜，使传热阻力加大，冷凝对流传热系数 降低。

热系数的影响
多层（n层）平壁：
T T 1 T 1 T n +1 n n +1 q in bi Ri
i 1
i
i 1
公式表明导热速率与导热推动力（温度差）成正比，与导热热阻（R）成 反比。 由多层等厚平壁构成的导热壁面中所用材料的导热系数愈大，则该壁面 的热阻愈小，其两侧的温差愈小，但导热速率相同。
料导热系数增大，保温效果降低。
二、对流传热
Q S T
准数名称 努塞尔特准数 雷诺准数 普兰特准数
-------- 牛顿冷却定律。
α––––对流传热系数，单位为：W/（m2· K）
符号
意义 表示对流传热系数的 准数
Nu=αl/λ
Re=luρ/μ
Pr=cpμ/λ
Gr=L3gΔtl3ρ2/μ2
确定流动状态的准数
表示物性影响的准数 表示自然对流影响的 准数
格拉斯霍夫准数
1. 圆形直管内强制湍流时的对流传热系数 应用范围 定性温度 特性尺寸
(1) 低粘度流体 （小于水粘度的2倍，<2.0*10-3Pa.s)
Nu=0.023Re0.8Prn
(2) 高粘度流体
di u 0.8 c p n 0.023 ( ) ( ) di
1.圆筒壁的稳定热传导 单层圆筒壁：
Q 2p L
T1 T2 r ln 2 r1
n层圆筒壁
Q

2 p L ( T1 T n + 1 ) i n ri+ 1 1 ln i ri i 1
一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果会降低， 主要原因是因水的导热系数大于保温材料的导热系数，受潮后，使保温层材