化工原理ppt课件6.传热.ppt

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1、 化工原理化工原理“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6. 传热传热1、本章学习的知识点、本章学习的知识点 傅立叶定律；平壁和圆筒壁定常热传导的计算；传傅立叶定律；平壁和圆筒壁定常热传导的计算；传热推动力与热阻的概念；对流给热方程及对流给热系数；热推动力与热阻的概念；对流给热方程及对流给热系数；传热速率方程；热量衡算方程；总传热系数；平均温差；传热速率方程；热量衡算方程；总传热系数；平均温差；传热效率与传热单元数；强制对流、自然对流、冷凝和传热效率与传热单元数；强制

2、对流、自然对流、冷凝和沸腾给热系数的计算；热辐射基本概念；波尔兹曼定律；沸腾给热系数的计算；热辐射基本概念；波尔兹曼定律；克希霍夫定律；固体间热辐射；传热的设计型和操作型克希霍夫定律；固体间热辐射；传热的设计型和操作型问题定量计算；传热操作型问题定性分析；壁温的计算；问题定量计算；传热操作型问题定性分析；壁温的计算；列管换热器的结构、特点、工艺计算与选型；换热器优列管换热器的结构、特点、工艺计算与选型；换热器优化设计概念；强化传热过程的途径；其他各种类型传热化设计概念；强化传热过程的途径；其他各种类型传热器的结构与特点。器的结构与特点。 “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心

3、为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6. 传热传热2、本章学习的、本章学习的重重 点点 傅立叶定律；对流给热方程及对流给热系数；传热傅立叶定律；对流给热方程及对流给热系数；传热速率方程；热量衡算方程；总传热系数；传热的设计型速率方程；热量衡算方程；总传热系数；传热的设计型和操作型问题定量计算；传热操作型问题定性分析；换和操作型问题定量计算；传热操作型问题定性分析；换热器优化设计概念；强化传热过程的途径；列管换热器热器优化设计概念；强化传热过程的途径；列管换热器结构、工艺计算与选型。结构、工艺计算与选型。3、本章学习的本章

4、学习的难难 点点 总传热系数；传热操作型问题的定量计算与定性分总传热系数；传热操作型问题的定量计算与定性分析；强化传热过程的途径。析；强化传热过程的途径。4、本章学习的本章学习的新知识点新知识点 传热操作型问题的定性分析；换热器优化设计概念。传热操作型问题的定性分析；换热器优化设计概念。 “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.1 概述概述6.1.1 概述概述6.1.2 传热传热6. 传热传热“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治

5、信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.1.1 概述概述一、传热的定义一、传热的定义 传热是传热是指由温度差引起的能量传递指由温度差引起的能量传递。传热即热量传。传热即热量传递，热力学第二定律，当无外加功时，热总是从高温向递，热力学第二定律，当无外加功时，热总是从高温向低温自动传递。低温自动传递。二、几乎所有的化工生产过程均伴有传热操作二、几乎所有的化工生产过程均伴有传热操作1、聚氯乙烯生产：乳液聚合、聚氯乙烯生产：乳液聚合8atm，552、合成氨：、合成氨： 300atm，500，放热反应，放热反应3、锅炉烟道气温度、锅炉烟道气温度80

6、0，如何利用？，如何利用？4、暖气管道的保温，暖气片的散热。、暖气管道的保温，暖气片的散热。三、传热目的三、传热目的1、加热或冷却，使物料达到指定的温度；、加热或冷却，使物料达到指定的温度； 6. 传热传热“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.1.1 概述概述2、换热，以回收利用热量或冷量；、换热，以回收利用热量或冷量； 3、保温，以减少热量或冷量的损失。如高温设备的保温，、保温，以减少热量或冷量的损失。如高温设备的保温，低温设备的保冷低温设备的保冷 。需要解决的

7、问题：需要解决的问题：1、如何使传热速率快，使设备紧凑？、如何使传热速率快，使设备紧凑？2、如何使传热速率慢，以保温（冷）？、如何使传热速率慢，以保温（冷）？四、传热的基本方式四、传热的基本方式1、直接接触式、直接接触式 冷热两种流体直接接触，在混合过程中进行热交换。冷热两种流体直接接触，在混合过程中进行热交换。不常用，如凉水塔、热水塔。其传热面积大，设备简单。不常用，如凉水塔、热水塔。其传热面积大，设备简单。伴有传质。伴有传质。6. 传热传热“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治

8、安防控工程”。6.1.1 概述概述2、间壁式、间壁式 参与传热的两种流体被隔开在固体间壁的两侧，冷、参与传热的两种流体被隔开在固体间壁的两侧，冷、热两流体在不直接接触的条件下通过固体间壁进行热量热两流体在不直接接触的条件下通过固体间壁进行热量的交换。的交换。6. 传热传热套管式换热器套管式换热器 冷溶液进冷溶液进 冷溶液出冷溶液出 热溶液进热溶液进热溶液出热溶液出“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.1.1 概述概述6. 传热传热列管式换热器列管式换热器 单程列管

9、式换热器单程列管式换热器 双程列管式换热器双程列管式换热器 1 2 3 3 6 6 5 445 7翅片（板）翅片（板） “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.1.1 概述概述传热分三步：热流体传热分三步：热流体壁壁冷流体冷流体3、蓄热式、蓄热式 冷热流体交替流过蓄热室的壁面，达冷热流体交替流过蓄热室的壁面，达到传热目的。到传热目的。6. 传热传热给热给热给热给热五、传热过程的经济性及载热体的选择五、传热过程的经济性及载热体的选择1、载热体：供给或取走热量的流体。起

10、加热作用的：、载热体：供给或取走热量的流体。起加热作用的：加加热剂热剂；起冷却作用：；起冷却作用：冷却剂冷却剂。加热剂：热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯混合物、熔盐、加热剂：热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯混合物、熔盐、烟道气等烟道气等冷却剂：水、空气及各种冷冻剂。冷却剂：水、空气及各种冷冻剂。2、载热体选择、载热体选择“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。t不很低时，最适宜加热剂不很低时，最适宜加热剂水水6.1.1 概述概述在选择载热体时应考虑的几个方面：在选择载热体时应考

11、虑的几个方面： 载热体的温度应易于调节；载热体的温度应易于调节； 载热体的饱和蒸气压宜低，加热时不会分解；载热体的饱和蒸气压宜低，加热时不会分解； 载热体毒性要小，使用安全，对设备应基本上没载热体毒性要小，使用安全，对设备应基本上没有腐蚀；有腐蚀； 载热体应价格低廉而且容易得到。载热体应价格低廉而且容易得到。6. 传热传热综合而言综合而言t180，最适宜加热剂，最适宜加热剂饱和蒸汽饱和蒸汽“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.1.1 概述概述3、经济性、经济性 设

12、备费和操作费综合考虑。设备费和操作费综合考虑。6. 传热传热冷却：温位下降冷却：温位下降价值上升价值上升载热体温位载热体温位加热：温位升高加热：温位升高价值上升价值上升六、传热计算通式六、传热计算通式 mmtKAQtAQ即,“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.1.2 间壁式传热过程间壁式传热过程一、传热速率一、传热速率1、热流量、热流量Q 单位时间内热流体通过整个换热器的传热面单位时间内热流体通过整个换热器的传热面A传递给传递给冷流体的热量（冷流体的热量（W=J

13、/s），称为热流量），称为热流量Q。因此与。因此与传热面传热面有关。有关。2、热流密度（热通量）、热流密度（热通量）q 单位时间通过单位传热面积所传递的热量（单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2） 6. 传热传热AQqdd 热流密度与传热面积热流密度与传热面积A大小无关，完全取决于冷、大小无关，完全取决于冷、热流体之间的热量传递过程，是反映热流体之间的热量传递过程，是反映具体传热过程速率具体传热过程速率大小的特征量。大小的特征量。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防

14、控工程”。6.1.2 间壁式传热过程间壁式传热过程二、换热器的热流量及热负荷二、换热器的热流量及热负荷1、传热量：、传热量：6. 传热传热AqQdd定态下，定态下， ，但，但q沿管长是变化的。沿管长是变化的。0qAAqQd2、热负荷：由工艺条件决定、热负荷：由工艺条件决定(1)无相变传热无相变传热比热法：比热法：)(21111TTcWQp)(12222ttcWQp21, 0QQQQT则若热焓法：热焓法：)(21IIWQ“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.1.2

15、间壁式传热过程间壁式传热过程(2)有相变传热有相变传热6. 传热传热WrQ 三、非定态传热过程三、非定态传热过程 工业上，多是间歇过程：工业上，多是间歇过程：T和和t随时间变化。即：随时间变化。即：0qddTAQq 0TdqAQ“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.1.2 间壁式传热过程间壁式传热过程四、传热机理四、传热机理1、热传导（又称导热）、热传导（又称导热） 依靠物体中依靠物体中微观粒子的热运动微观粒子的热运动，如固体中的传热。，如固体中的传热。2、对流给

16、热、对流给热 流体质点（微团）发生流体质点（微团）发生宏观相对位移宏观相对位移而引起的传热现而引起的传热现象，对流传热只能发生在流体中，通常把传热表面与接象，对流传热只能发生在流体中，通常把传热表面与接触流体的传热也称为对流传热。触流体的传热也称为对流传热。3、辐射传热、辐射传热 高温物体以高温物体以电磁波电磁波的形式进行的一种传热现象热辐射的形式进行的一种传热现象热辐射不需要不需要任何介质作媒介任何介质作媒介。在高温情况下，辐射传热成为。在高温情况下，辐射传热成为主要传热方式。主要传热方式。 6. 传热传热“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑

17、、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.2 热传导热传导6.2.1 傅立叶定律和导热系数傅立叶定律和导热系数6.2.2 通过平壁的定态导热过程通过平壁的定态导热过程6.2.3 通过圆筒壁的定态导热过程通过圆筒壁的定态导热过程6.2.4 通过多层壁的定态导热过程通过多层壁的定态导热过程6. 传热传热“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.2.1 傅立叶定律和导热系数傅立叶定律和导热系数一、傅立叶定律和导热系数一、傅立叶定律和

18、导热系数6. 传热传热ntq说明：说明：1、ntq2、“-”表示热流方向与温度梯度方向相反，即热量从高表示热流方向与温度梯度方向相反，即热量从高温传至低温。温传至低温。2、 导热系数，是表征材料导热性能的一个参数，导热系数，是表征材料导热性能的一个参数， 导热性能增加。导热性能增加。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.2.1 傅立叶定律和导热系数傅立叶定律和导热系数二、导热系数二、导热系数6. 传热传热聚集状态等压强湿度温度结构材料的组成，1、导热系数、导热系数

19、 的定义的定义ntdq 导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热流密度导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热流密度q。2、 的数量级（的数量级（w/m.）金属：金属：10102；建筑材料：；建筑材料： 10-110；绝热材料：绝热材料： 10-210-1；液体：；液体： 10-110；气体：；气体： 10-210-1“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。非金6.2.1 傅立叶定律和导热系数傅立叶定律和导热系数一般：一般：6. 传热传热气液固非金，3、温度对、温度对 的影

20、响的影响t固体固体金多数均质固体多数均质固体t10金金0非金非金0液体液体气体气体lg“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.2.2 热传导过程的数学描述热传导过程的数学描述假定：一维定态假定：一维定态6. 传热传热 xt一、单层平壁的定态热传导一、单层平壁的定态热传导 设：平壁无限大，稳定传热导，一维，设：平壁无限大，稳定传热导，一维，导热系数导热系数=const，t线性分布线性分布 平壁内取薄层，对单位面积作热量衡平壁内取薄层，对单位面积作热量衡算可得：算可得：

21、tcxqqpxxx对定态导热对定态导热 0/t又因为薄层内无热量累积，又因为薄层内无热量累积，q=q1=q2则则 常数xtqdd“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.2.2 热传导过程的数学描述热传导过程的数学描述注：当注：当 ，平壁内温度呈线性分布，平壁内温度呈线性分布6. 传热传热constdxdtconst二、热流量二、热流量Q 对于平壁定态热传导，热流密度对于平壁定态热传导，热流密度 不随不随 变化，将变化，将 积分得积分得qxdxdtq2121ddxxt

22、txqt1212xxqttqtt12阻力推动力/tq“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.2.2 热传导过程的数学描述热传导过程的数学描述6. 传热传热/tAQq热阻推动力RtAtQ/说明：说明：1、热流量、热流量Q正比于推动力正比于推动力 ，反比于热阻，反比于热阻tAR2、由、由 可得，可得，ARR，A，3、当、当 ， 的导热系数。即：的导热系数。即： t221ttt，mm是取AtQm/“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信

23、息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.2.3 通过圆筒壁的定态导热过程通过圆筒壁的定态导热过程 设有内、外半径分别为设有内、外半径分别为r1，r2的圆筒，内、外表面维的圆筒，内、外表面维持持恒定恒定的温度的温度 、 ，管长，管长 足够大，则圆筒壁内的传热足够大，则圆筒壁内的传热可以看作可以看作一维一维热传导。如右图热传导。如右图6. 传热传热1t2tl一、温度分布一、温度分布 ，由傅立叶定律得由傅立叶定律得rtqddrlA2AQq 对式对式(6-1)进行不定积分，可得：进行不定积分，可得：rrlQtd2drtrlQdd2(6-1)rdrd

24、t“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.2.3 通过圆筒壁的定态导热过程通过圆筒壁的定态导热过程6. 传热传热rrlQtd2dCrlQtln2由上式可以看出，由上式可以看出，圆筒壁内的温度按对数曲线变化圆筒壁内的温度按对数曲线变化。二、热流量二、热流量Q 21212rrttrdrlQdt1212ln2rrlQttt1t2对式对式(6-1)在边界条件下即在边界条件下即r= r1, t= t1; r= r2, t= t2进行积分，可得：进行积分，可得：“雪亮工程是以区

25、（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。12121221ln)()(2rrrrrrttltlrm2mr6.2.3 通过圆筒壁的定态导热过程通过圆筒壁的定态导热过程6. 传热传热mAmAt/)(2ln121212rrtlrrrr1221ln)(2rrttlQmlrt2/“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.2.3 通过圆筒壁的定态导热过程通过圆筒壁的定态导热

26、过程即：即：6. 传热传热mAtQ/1212lnAAAAAm式中：式中：说明：说明：1、当、当 的圆筒壁，的圆筒壁， 误误差差10000在在0.7和和160之间之间4 . 08 . 04 . 0p8 . 0(Pr)(Re)023. 0)()(023. 0dcdud)/(127279. 53096002. 014. 0023. 024 . 08 . 0mW“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.3.3 无相变对流给热系数的经验式无相变对流给热系数的经验式若忽略定性温度

27、的变化，当笨的流量增加一倍，则给热若忽略定性温度的变化，当笨的流量增加一倍，则给热系数为系数为6. 传热传热8 . 0u)/(22152127228 . 08 . 0mWuu二、圆形直管强制层流的给热系数二、圆形直管强制层流的给热系数 管内强制层流的给热过程由于下列因管内强制层流的给热过程由于下列因素而趋于复杂。素而趋于复杂。1、流体物性（特别是粘度）受到管内不、流体物性（特别是粘度）受到管内不均匀温度分布的影响，使速度分布显著均匀温度分布的影响，使速度分布显著地地偏离等温流动时的抛物线偏离等温流动时的抛物线。 “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为

28、支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.3.3 无相变对流给热系数的经验式无相变对流给热系数的经验式2、自然对流造成了、自然对流造成了径向流动径向流动，强化了给热过程。（对于，强化了给热过程。（对于高度湍流而言，自然对流影响无足轻重）高度湍流而言，自然对流影响无足轻重） 3、层流流动时达到定态速度分布的进口段距离一般较长、层流流动时达到定态速度分布的进口段距离一般较长（约（约100d），在实用的管长范围内，），在实用的管长范围内，加热管的相对长度加热管的相对长度l/d将对全管平均的给热系数有明显影响。将对全管平均的给热系数有明显影响。 6. 传热

29、传热14. 0w3/1PrRe86. 1ldNu适用于条件：适用于条件： 10)Pr(Reld“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。适用范围：适用范围：5000Re2107时，时，a与与l无关无关称自动模化称自动模化区。区。5、设计时必须有充分湍流空间，否则是、设计时必须有充分湍流空间，否则是“有限有限空间的自然对流空间的自然对流”，a不同。不同。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频

30、监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.3.3 无相变对流给热系数的经验式无相变对流给热系数的经验式P237习题习题10：解：属于大容积自然对流解：属于大容积自然对流6. 传热传热232ltgGr水平放置：水平放置：mmmdl06. 060外232423210206. 02012081. 9103ltgGr9 .15“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.3.3 无相变对流给热系数的经验式无相变对流给热系数的经验式6. 传热传热4331094. 1174.

31、09001021088. 1Prpc根据根据GrPr查书表查书表6-3得，得，A=0.54,b=1/4541009. 31094. 19 .15PrGr9 .361009. 306. 0174. 054. 0Pr415bGrlAa“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.3.3 无相变对流给热系数的经验式无相变对流给热系数的经验式6. 传热传热31069. 3201209 .36mwttq“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化

32、为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.4 沸腾给热与冷凝给热沸腾给热与冷凝给热6.4.1 沸腾给热沸腾给热6.4.2 沸腾给热过程的强化沸腾给热过程的强化6.4.3 蒸汽冷凝给热蒸汽冷凝给热6.4.4 冷凝给热系数（略）冷凝给热系数（略）6.4.5 影响冷凝给热的因素及强化措施影响冷凝给热的因素及强化措施6. 传热传热“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.4.1 沸腾给热沸腾给热 液体沸腾和蒸汽冷凝必须伴有流体的

33、流动，故沸腾液体沸腾和蒸汽冷凝必须伴有流体的流动，故沸腾给热和冷凝给热同样属于给热和冷凝给热同样属于对流传热对流传热 ，同时这两种给热过，同时这两种给热过程伴有程伴有相变化相变化 。 沸腾给热沸腾给热是液体的对流传热过程中，伴有由是液体的对流传热过程中，伴有由液相变液相变成气相成气相，即在液相内部产生，即在液相内部产生气泡或气膜气泡或气膜的过程。的过程。6. 传热传热按设备尺寸、按设备尺寸、形状分形状分(1)大容积沸腾：存在大容积沸腾：存在自然对流和液体运自然对流和液体运动。动。加热壁沉浸在无强制对流液体中所加热壁沉浸在无强制对流液体中所发生的沸腾现象。发生的沸腾现象。(2)管内沸腾：又称强制

34、对流沸腾。液体管内沸腾：又称强制对流沸腾。液体在一定压差下，以一定在一定压差下，以一定u流经加热管时所流经加热管时所发生的沸腾现象。发生的沸腾现象。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.4.1 沸腾给热沸腾给热说明：工业上有说明：工业上有再沸器、蒸发器、蒸汽锅炉再沸器、蒸发器、蒸汽锅炉等都是通过等都是通过沸腾传热来产生蒸汽。沸腾传热来产生蒸汽。管内沸腾的传热机理比大容器沸管内沸腾的传热机理比大容器沸腾更为复杂腾更为复杂。 6. 传热传热按液体主体按液体主体温度分温

35、度分(1)过冷沸腾：过冷沸腾：T主主 磨磨 非金属材料的黑度值都很高，一般在非金属材料的黑度值都很高，一般在0.850.95之间，之间，在缺乏资料时，可近似地取在缺乏资料时，可近似地取0.90。(2)实际物体的辐射能力实际物体的辐射能力40100TCEEb“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.5.1 固体辐射固体辐射说明：说明： 表征物体的辐射能力接近黑体的程度；表征物体的辐射能力接近黑体的程度；6. 传热传热 表征实际物体辐射能力，表征实际物体辐射能力， E2、

36、吸收能力、吸收能力 黑体可将投入其上的辐射能全部吸收，黑体可将投入其上的辐射能全部吸收，a=1。 实际物体的吸收能力：实际物体的吸收能力：a1. )(况，温度，辐射物体的情物体的种类，表面状况fa 所以，实际物体的吸收率所以，实际物体的吸收率a比黑度比黑度 更复杂。更复杂。 “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.5.1 固体辐射固体辐射三、灰体的辐射能力和吸收能力三、灰体的辐射能力和吸收能力克希霍夫定律克希霍夫定律 1、实际物体的特殊性、实际物体的特殊性 工业上大

37、多材料的吸收率工业上大多材料的吸收率a在波长在波长0.7620um范围内范围内无选择性。无选择性。2、灰体、灰体 对各种波长的辐射能具有相同吸收率的理想化物体。对各种波长的辐射能具有相同吸收率的理想化物体。6. 传热传热)(，温度物体的种类，表面状况fa 灰体自身特性。灰体自身特性。所以，灰体：辐射能力为所以，灰体：辐射能力为 ；吸收能力为；吸收能力为a13、克希霍夫定律、克希霍夫定律 克希霍夫从理论上证明，同一灰体的吸收率与其黑度克希霍夫从理论上证明，同一灰体的吸收率与其黑度在数值上必相等在数值上必相等 。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑

38、、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.5.1 固体辐射固体辐射6. 传热传热1a说明说明：物体的辐射能力越大其吸收能力也越大，即善于：物体的辐射能力越大其吸收能力也越大，即善于辐射必善于吸收。辐射必善于吸收。注意注意：1、同一灰体的吸率与其黑体在数值上相等，但是、同一灰体的吸率与其黑体在数值上相等，但是a和和 物物理意义不同。理意义不同。bEE 表示灰体发射能力表示灰体发射能力E占同温度下黑体发射能力占同温度下黑体发射能力Eb的的分数分数 。QQaa表示外界投射来的辐射能表示外界投射来的辐射能Q可被物体吸收的分数。可被物体吸收的分数。 2、 bbE

39、aEEEa“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.5.1 固体辐射固体辐射 说明灰体在一定温度下辐射能力和吸收率的比值，说明灰体在一定温度下辐射能力和吸收率的比值，恒等于同温度下黑体的辐射能力。恒等于同温度下黑体的辐射能力。问题问题：1、冬天烤白衣、黑衣谁易干？太阳晒白衣、黑衣谁易干？、冬天烤白衣、黑衣谁易干？太阳晒白衣、黑衣谁易干？2、夏天穿白衣凉爽，还是黑衣？、夏天穿白衣凉爽，还是黑衣？四、灰体间的辐射传热（略）四、灰体间的辐射传热（略）五、影响辐射传热的主要因

40、素五、影响辐射传热的主要因素1、温度的影响、温度的影响 6. 传热传热4241012112100100TTCAQs“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.5.1 固体辐射固体辐射 由上式可知：辐射热流量由上式可知：辐射热流量正比于温度四次方之差，而正比于温度四次方之差，而不是正比于温差不是正比于温差。同样的温差在高温时的热流量将远大。同样的温差在高温时的热流量将远大于低温时的热流量。因此，在低温传热时，辐射的影响于低温时的热流量。因此，在低温传热时，辐射的影响可以忽

41、略；而在高温传热时，热辐射则不容忽视，有时可以忽略；而在高温传热时，热辐射则不容忽视，有时甚至占据主要地位。甚至占据主要地位。2、几何位置影响、几何位置影响 角系数角系数对两物体间的辐射传热有重要影响，角系数决对两物体间的辐射传热有重要影响，角系数决定于两辐射表面的方位和距离，实际上决定于一个表面定于两辐射表面的方位和距离，实际上决定于一个表面对另一个表面的投射角。对另一个表面的投射角。3、物体表面的黑度、物体表面的黑度 (1)包围越大，总辐射系数越大包围越大，总辐射系数越大6. 传热传热“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础

42、、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.5.1 固体辐射固体辐射(2)6. 传热传热Q例如例如：(1)强化辐射：电气设备表面涂上黑度很大的油漆强化辐射：电气设备表面涂上黑度很大的油漆(1)减弱辐射减弱辐射保温桶、油罐：涂银白色（或铝或银）保温桶、油罐：涂银白色（或铝或银）热水瓶：镀镜热水瓶：镀镜高（低）温管道保温外包一层镀锌铁等高（低）温管道保温外包一层镀锌铁等4、辐射表面间介质的影响、辐射表面间介质的影响 空气：一般视为透明体，空气：一般视为透明体，d=1；而实际气体具有发射；而实际气体具有发射和吸收能力和吸收能力对辐射传热具有影响。对辐射传热具有影响。 遮热板：阻挡

43、辐射传热。遮热板：阻挡辐射传热。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.6 传热过程的计算传热过程的计算重点重点：传热基本方程的推导和应用：传热基本方程的推导和应用推导推导：总的出发点是为了消除壁温，用总温差代替各部：总的出发点是为了消除壁温，用总温差代替各部分的温差。分的温差。应用应用：首先要确定衡算观点和速率观点，尤其是后者。：首先要确定衡算观点和速率观点，尤其是后者。 再次，是速率的三大因素：传热系数、传热面积再次，是速率的三大因素：传热系数、传热面积和温差在

44、不同场合的应用。和温差在不同场合的应用。 工业上大量存在传热过程（指间壁式传热过程）都工业上大量存在传热过程（指间壁式传热过程）都是是固体内部的导热固体内部的导热及及各种流体与固体表面间的给热组合各种流体与固体表面间的给热组合而成的而成的。6. 传热传热“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.6 传热过程的计算传热过程的计算6.6.1 传热过程的数学描述传热过程的数学描述6.6.2 传热过程的基本方程式传热过程的基本方程式6.6.3 换热器的设计型计算换热器的设计型

45、计算6.6.4 换热器的操作型计算换热器的操作型计算6.6.5 传热单元法传热单元法6.6.6 非定态传热过程的拟定处理（略）非定态传热过程的拟定处理（略）6.6.7 变系数的传热过程计算（略）变系数的传热过程计算（略）6. 传热传热“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.6.1 传热过程的数学描述传热过程的数学描述一、间壁式传热过程一、间壁式传热过程 的速率方程式的速率方程式6. 传热传热T1 T2 t1t2如图为一套管式换热如图为一套管式换热器，内管为传热管，器

46、，内管为传热管，传热管外径传热管外径 ，内，内径径 ，微元传热管外，微元传热管外表面积表面积dA1，管外，管外侧侧 ；内表面积；内表面积dA2，内侧内侧 ，平均面积，平均面积dAm，壁面导热系数，壁面导热系数 1d2d12“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.6.1 传热过程的数学描述传热过程的数学描述热量由热流体热量由热流体管壁内侧管壁内侧管壁外管壁外侧侧冷流体。冷流体。在定态下：在定态下：6. 传热传热321ddddQQQQ33211dddAqAqAqm221

47、111dAttdAtTdATTdQWmWWW221111dAdAdAtTdQm阻力推动力dQ1dQ2dQ3“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.6.1 传热过程的数学描述传热过程的数学描述1、若以内表面、若以内表面dA1为基准（热流体在管内流动，为基准（热流体在管内流动，冷流体在管外流动）冷流体在管外流动）6. 传热传热2211111dAdAdAdAtTdAdQqm2121111ddddtTm)(1tTK其中：其中：212111111ddddKm“雪亮工程是以区（

48、县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.6.1 传热过程的数学描述传热过程的数学描述2、若以外表面、若以外表面dA2为基准（热流体在管外流动，冷流体为基准（热流体在管外流动，冷流体在管内流动）在管内流动）6. 传热传热22121211mdAdAdAdAtTdAdQq2212111mddddtT)(2tTK其中：其中：221212111mddddK式中：式中：1212lndddddm当当222112dd，dddm 时“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以

49、综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.6.1 传热过程的数学描述传热过程的数学描述3、管壁很薄，微元管段、管壁很薄，微元管段dA外外=dA内内, 即即dA1=dA26. 传热传热2111tTq)(tTK其中：其中：21111K“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.6.1 传热过程的数学描述传热过程的数学描述例例6-9 传热系数的计算传热系数的计算解解：(1)属于热流体在管外流，冷流体在管内流属于热流体在

50、管外流，冷流体在管内流6. 传热传热22121111mddddK)/(8 .809015 .1416400015. 013161000112KmWmmddmmd135 . 12162,16212223. 1131612dd5 .1421316212dddm(2)管外传热系数增加管外传热系数增加1倍倍“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.6.1 传热过程的数学描述传热过程的数学描述6. 传热传热%4 .828 .808 .804 .147KKK所以，传热系数增加了所