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1、Conduction (导热)分子碰撞（气体）、分子振动（液体）、电子迁移造成能 量传递。 Convection (对流传热)流体与固体壁面间的热量传递。 Natural convection, Forced convection Radiation (辐射传热)因热的原因而产生的电磁波在空间的热量传递。,4.1 概述 The Mechanism of Heat Transfer,第4章 传热 Heat Transfer,4.2 热传导,导热速率 (a) 傅立叶定律(一维稳态导热) Fouriers equation,速率 W,通量 W/m2,(b)热导率the thermal conduct
2、ivity,(2) 平壁稳态导热 (a) 单层平壁稳态导热,=常数,速率 平壁内温度分布,(线性分布),导热速率,m平均温度下的值,温度分布不是直线,(b) 多层平壁稳态导热 导热速率:,且有:,表明热阻大，温降也大,（2）长圆筒壁的稳态导热,（a）单层圆筒壁,=常数,速率 温度分布,Am对数平均面积,（b）多层圆筒壁,4.3 对流传热,热边界层的概念 boundary layer 热边界层和流动边界层概念相互影响、对应。,边界层内,湍流区 热阻小 t小,缓冲区 温度变化平缓,层流内层 热阻大 t大,（2）牛顿冷却定律 对流传热速率计算的基本方程,（1）影响表面传热系数的因素 流动状态的影响,
3、4.4 表面传热系数的经验关联, 引起流动的原因对h的影响,强制对流 自然对流, 物性的影响, 传热面形状、位置和大小 相变化的影响 汽化 冷凝,表面传热系数,（2）几个重要的无因次准数 dimensionless group,（量纲分析法 dimension analysis ）,壁面处温度梯度/平均温度梯度,惯性力与粘滞力的比值,反映自然对流的影响,（3）无相变化的对流传热 进口段的h大于稳定段的,1）管内表面传热系数,圆形管 非圆形管,圆管内湍流表面传热系数公式：,加热，n= 0.4 冷却，n= 0.3,每个公式注意：定性温度 特征尺寸 适用范围,非圆形管内强制对流传热,同圆形管内，采用
4、de,直接采用经验公式,2）管外强制对流 单管外的h（横向流过管束） 位向影响 管束 流体在管壳间的传热 列管式换热器,正方形排列 正三角形排列,流速计算：,（计算最小流速）,（4）有相变化的对流传热 蒸汽冷凝和液体沸腾 冷凝,膜状冷凝 滴状冷凝,沸腾传热,池式沸腾 强制对流沸腾,1）冷凝传热 condensation of vapor 膜状冷凝film condensation 表面传热系数小 滴状冷凝dropwise condensation,膜状冷凝表面传热系数影响因素： 流动状态 物性 表面情况，可否容易润湿,M单位润湿周边上的流率,2）沸腾传热 boiling liquids 产生气
5、泡的条件,液体必须过热 必须有气化核心, 大容积饱和沸腾曲线 自然对流区 核状沸腾区 核状和膜状共存区 膜状沸腾区,临界传热温差tc 临界热负荷qc, 影响h的因素 物性的影响,温度差t的影响,（不包括辐射部分）,壁面情况的影响,压力影响,4.5 辐射传热 （1）几个定义 吸收率absorptivity、反射率reflectivity 、透过率transmittivity 黑体、白体、灰体、透热体opaque gas （理想化的定义） 灰体：能以相同的吸收率吸收全部波长辐射能的物体。 （2）发射能力 发射能力：发射全部波长的总能量。 单色发射能力：发射某一波长的能量。 普朗克定律：黑体的单色发
6、射能力按波长分布规律。 斯蒂芬波尔茨曼定律：黑体的发射能力与其温度的4次方成正比。 克希霍夫定律：一切物体的发射能力与吸收率的比值相等。且等于同温度下绝对黑体的发射能力。,（3）复合传热 定义：同时存在两种以上传热方式的综合传热现象。 热损失的计算：,hT 联合表面传热系数, 绝热层的临界半径critical thickness of lagging,4.6 传热过程的计算 （1）传热过程的热流量衡算,无相变传热 有相变传热,Individual and Overall Coefficients of Heat Transfer,（2）传热速率方程 间壁式传热,各部分传热速率方程： 管内侧流体
7、： 管壁导热： 管外侧流体：,对稳态传热，,注意：* K与A对应，选Ai、Am或Ao,thermal resistances,实际计算热阻应包括壁两侧污垢热阻， 工程上规定，以传热管外表面积Ao为基准，,圆管中：,（3）壁温计算 利用两侧的传热速率方程，或管壁的导热方程,结论：壁温接近表面传热系数大的一侧流体温度,（4）平均温度差的计算,错流、折流时平均温差 图算法,（5）传热计算的基本类型 操作型计算核算A、实际传热量、出口温度、壁温等 设计型计算介质用量、出口温度,（6）强化传热 提高K、A、, 结构上，采用高效传热管，采用多管程结构。 操作上：增加流量（可能条件下），特别是循环水，,或提
8、高加热介质温度。,（7）传热效率和传热单元数 传热效率,(qmCp)h较小 (qmCp)c较小, 传热单元数, 两者关系： 图解 中间参数：,若知mcp、K，则可求NTU，R可求，则 避免试差。,4.7 换热设备 主要是列管式换热器shell and tube exchangers 列管式换热器 固定管板式fixed tube plates 浮头式floating head U型管式hairpin tubes,（1）固定管板式 优点:结构简单，成本低。 缺点：壳程不易机械清洗，存在热应力。 适用于壳程物料清洁，热应力不大的场合。 （2）浮头式 优点：消除热应力，便于清洗。 缺点：结构复杂，造价高。 适用条件较广，应用较多。,（3）U型管式 优点：结构较为简单，壳程易清洗，消除热应力。 缺点：管程不易清洗。 适用于高温、高压流体换热。,