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1、第一节第一节 概概 述述 返回返回第四章第四章 传传 热热 一、传热过程的应用一、传热过程的应用（1 1 1 1）物料的加热或冷却）物料的加热或冷却）物料的加热或冷却）物料的加热或冷却（2 2 2 2）热量与冷量的回收利用）热量与冷量的回收利用）热量与冷量的回收利用）热量与冷量的回收利用 （3 3 3 3）设备与管路的保温）设备与管路的保温）设备与管路的保温）设备与管路的保温2023/2/42023/2/41 1二、传热的基本方式二、传热的基本方式 （一）热传导（一）热传导（一）热传导（一）热传导 气体气体气体气体 分子做不分子做不分子做不分子做不规则热规则热规则热规则热运运运运动时动时动时动
2、时相互碰撞的相互碰撞的相互碰撞的相互碰撞的结结结结果果果果 固体固体固体固体 导电导电导电导电体：自由体：自由体：自由体：自由电电电电子在晶格子在晶格子在晶格子在晶格间间间间的运的运的运的运动动动动 非非非非导电导电导电导电体：通体：通体：通体：通过过过过晶格晶格晶格晶格结结结结构的振构的振构的振构的振动实现动实现动实现动实现 液体液体液体液体 机理复杂机理复杂机理复杂机理复杂特点：特点：特点：特点：静止介质中的传热，静止介质中的传热，静止介质中的传热，静止介质中的传热，没有物没有物没有物没有物质质质质的宏的宏的宏的宏观观观观位移位移位移位移2023/2/42023/2/42 2（二）热对流（
3、二）热对流（二）热对流（二）热对流 （三）热辐射（三）热辐射（三）热辐射（三）热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。自然自然自然自然对对对对流流流流：由于流体内温度不同造成的浮升力：由于流体内温度不同造成的浮升力：由于流体内温度不同造成的浮升力：由于流体内温度不同造成的浮升力 引起的流动。引起的流动。引起的流动。引起的流动。强强强强制制制制对对对对流流流流：流体受外力作用而引起的流动。：流体受外力作用而引起的流动。：流体受外力作用而引起的流动。：流体受外力作用而引
4、起的流动。能量能量能量能量转转转转移移移移、能量形式的能量形式的能量形式的能量形式的转转转转化化化化 不需要任何物不需要任何物不需要任何物不需要任何物质质质质作媒介作媒介作媒介作媒介 特点：特点：特点：特点：流动介质中的传热，流动介质中的传热，流动介质中的传热，流动介质中的传热，流体作流体作流体作流体作宏宏宏宏观观观观运动运动运动运动2023/2/42023/2/43 3三、两流体通过间壁换热过程三、两流体通过间壁换热过程三、两流体通过间壁换热过程三、两流体通过间壁换热过程 冷流体冷流体冷流体冷流体t t1 1t t2 2热流体热流体热流体热流体T T1 1T T2 2（一）间壁式换热器（一）
5、间壁式换热器（一）间壁式换热器（一）间壁式换热器夹套式换热器夹套式换热器夹套式换热器夹套式换热器2023/2/42023/2/44 4传热速率传热速率传热速率传热速率Q Q（热流量）：单位时间内通过换热器的（热流量）：单位时间内通过换热器的（热流量）：单位时间内通过换热器的（热流量）：单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位整个传热面传递的热量，单位整个传热面传递的热量，单位整个传热面传递的热量，单位 J/sJ/s或或或或WW。热流密度热流密度热流密度热流密度q q（热通量）（热通量）（热通量）（热通量）：单位时间内通过单位传：单位时间内通过单位传：单位时间内通过单位传：单位时间内通过
6、单位传热面积传递的热量，单位热面积传递的热量，单位热面积传递的热量，单位热面积传递的热量，单位 J/(s.mJ/(s.m2 2)或或或或W/mW/m2 2。（二）传热速率与热流密度（二）传热速率与热流密度（二）传热速率与热流密度（二）传热速率与热流密度2023/2/42023/2/45 5非稳态传热非稳态传热非稳态传热非稳态传热 （三）稳态与非（三）稳态与非（三）稳态与非（三）稳态与非稳稳稳稳态传热态传热态传热态传热 稳态传热稳态传热稳态传热稳态传热 2023/2/42023/2/46 6（四）两流体通过间壁的传热过程（四）两流体通过间壁的传热过程（四）两流体通过间壁的传热过程（四）两流体通过
7、间壁的传热过程t t2 2t t1 1T T1 1T T2 2对流对流对流对流对流对流对流对流 传导传导传导传导冷冷冷冷流流流流体体体体Q Q热热热热流流流流体体体体稳态传热：稳态传热：稳态传热：稳态传热：2023/2/42023/2/47 7式中式中式中式中 t tmm两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，或或或或KK；A A传热面积，传热面积，传热面积，传热面积，mm2 2；K K总传热系数，总传热系数，总传热系数，总传热系数，W/(mW/(m2 2)或或或或W/(mW/(m2 2K)K)。（五）总传热速率方程（五）总传热速率方程（五）总传热速率方
8、程（五）总传热速率方程2023/2/42023/2/48 8一、傅立叶定律一、傅立叶定律温度温度温度温度场场场场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。：某时刻，物体或空间各点的温度分布。：某时刻，物体或空间各点的温度分布。：某时刻，物体或空间各点的温度分布。（一）温度场和等温面（一）温度场和等温面（一）温度场和等温面（一）温度场和等温面非非非非稳稳稳稳态态态态温度温度温度温度场场场场 稳态温度场稳态温度场稳态温度场稳态温度场 等温面等温面等温面等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点：在同一时刻，温度场中所有温度相同
9、的点 组成的面。组成的面。组成的面。组成的面。第二节第二节 热传导热传导不同温度的等温面不相交不同温度的等温面不相交不同温度的等温面不相交不同温度的等温面不相交。2023/2/42023/2/49 9（二）温度梯度（二）温度梯度（二）温度梯度（二）温度梯度 n n n n x xt+t+t tt tx xQQ 方向：法线方向，以温度增加的方向为正。方向：法线方向，以温度增加的方向为正。方向：法线方向，以温度增加的方向为正。方向：法线方向，以温度增加的方向为正。2023/2/42023/2/41010（三）傅立叶定律（三）傅立叶定律（三）傅立叶定律（三）傅立叶定律式中式中式中式中 d dQ Q
10、热传导速率，热传导速率，热传导速率，热传导速率，WW或或或或J/sJ/s；dA dA 导热面积，导热面积，导热面积，导热面积，mm2 2；t/t/n n 温度梯度，温度梯度，温度梯度，温度梯度，/m/m或或或或K/mK/m；导热系数，导热系数，导热系数，导热系数，W/(mW/(m)或或或或W/(mK)W/(mK)。负号表示传热方向与温度梯度方向相反负号表示传热方向与温度梯度方向相反负号表示传热方向与温度梯度方向相反负号表示传热方向与温度梯度方向相反2023/2/42023/2/41111二、热导率二、热导率 在数值上等于单位温度梯度下的热通量在数值上等于单位温度梯度下的热通量在数值上等于单位温
11、度梯度下的热通量在数值上等于单位温度梯度下的热通量 =f f(结构结构结构结构,组成组成组成组成,密度密度密度密度,温度温度温度温度,压力）压力）压力）压力）金属固体金属固体金属固体金属固体 非金属固体非金属固体非金属固体非金属固体 液体液体液体液体 气体气体气体气体 表征材料导热性能的表征材料导热性能的表征材料导热性能的表征材料导热性能的物性物性物性物性参数参数参数参数2023/2/42023/2/412121.1.1.1.固体热导率固体热导率固体热导率固体热导率 金属材料金属材料金属材料金属材料 101010102 2 W/(m W/(m K)K)建筑材料建筑材料建筑材料建筑材料 1010
12、-1-110 W/(m10 W/(m K)K)绝热材料绝热材料绝热材料绝热材料 1010-2-21010-1-1 W/(m W/(m K)K)在一定温度范围内：在一定温度范围内：在一定温度范围内：在一定温度范围内：对大多数金属材料对大多数金属材料对大多数金属材料对大多数金属材料a 0 a 0a 0 ，t t 2023/2/42023/2/413132.2.2.2.液体热导率液体热导率液体热导率液体热导率 金属液体金属液体金属液体金属液体 较高，非金属液体较高，非金属液体较高，非金属液体较高，非金属液体 低；低；低；低；非金属液体水的非金属液体水的非金属液体水的非金属液体水的 最大；最大；最大；
13、最大；水和甘油：水和甘油：水和甘油：水和甘油：t t ，其它液体：其它液体：其它液体：其它液体：t t ，0.090.090.6 0.6 W/(mK)W/(mK)2023/2/42023/2/414143.3.3.3.气体热导率气体热导率气体热导率气体热导率 t t ，一般情况下，一般情况下，一般情况下，一般情况下，随随随随p p的变化可忽略；的变化可忽略；的变化可忽略；的变化可忽略；气体不利于导热，有利于保温或隔热。气体不利于导热，有利于保温或隔热。气体不利于导热，有利于保温或隔热。气体不利于导热，有利于保温或隔热。0.0060.0060.4 0.4 W/(mK)W/(mK)2023/2/4
14、2023/2/41515t1t2btxdxdxQQ三、平壁的稳态热传导三、平壁的稳态热传导 （一）单层平壁热传导一）单层平壁热传导一）单层平壁热传导一）单层平壁热传导 假设：假设：假设：假设：材料均匀，材料均匀，材料均匀，材料均匀，为常数；为常数；为常数；为常数；一维温度场，一维温度场，一维温度场，一维温度场，t t沿沿沿沿x x变化；变化；变化；变化；A/bA/b很大，忽略端损失。很大，忽略端损失。很大，忽略端损失。很大，忽略端损失。2023/2/42023/2/41616积分：积分：积分：积分：2023/2/42023/2/41717 （二）多层平壁热传导二）多层平壁热传导二）多层平壁热传
15、导二）多层平壁热传导假设：假设：假设：假设：各层接触良好，接触面各层接触良好，接触面各层接触良好，接触面各层接触良好，接触面两侧温度相同。两侧温度相同。两侧温度相同。两侧温度相同。t1t2b1txb2b3t2t4t32023/2/42023/2/41818各层的温差各层的温差各层的温差各层的温差2023/2/42023/2/41919结论：结论：结论：结论：多层平壁热传导，总推动力为各层推动力之和，多层平壁热传导，总推动力为各层推动力之和，多层平壁热传导，总推动力为各层推动力之和，多层平壁热传导，总推动力为各层推动力之和，总热阻为各层热阻之和；总热阻为各层热阻之和；总热阻为各层热阻之和；总热阻
16、为各层热阻之和；各层温差与热阻成正比。各层温差与热阻成正比。各层温差与热阻成正比。各层温差与热阻成正比。推广至推广至推广至推广至n n层：层：层：层：2023/2/42023/2/42020四、圆筒壁的稳态热传导四、圆筒壁的稳态热传导 （一）单层圆筒壁的热传导一）单层圆筒壁的热传导一）单层圆筒壁的热传导一）单层圆筒壁的热传导 特点特点特点特点：(1)传热面积随半径传热面积随半径传热面积随半径传热面积随半径变化，变化，变化，变化，(2)A=A=2 2 rl rl(3)(2)(2)一维温度场，一维温度场，一维温度场，一维温度场，t t沿沿沿沿r r变化。变化。变化。变化。2023/2/42023/
17、2/42121在半径在半径在半径在半径r r处取处取处取处取d dr r同心薄层圆筒同心薄层圆筒同心薄层圆筒同心薄层圆筒积分积分积分积分2023/2/42023/2/42222讨论：讨论：讨论：讨论：对数平均面积对数平均面积对数平均面积对数平均面积热阻热阻热阻热阻令令令令对数平均半径对数平均半径对数平均半径对数平均半径2023/2/42023/2/42323一般一般一般一般 时，时，时，时，2023/2/42023/2/42424 （二）多层圆筒壁的热传导二）多层圆筒壁的热传导二）多层圆筒壁的热传导二）多层圆筒壁的热传导2023/2/42023/2/42525三层：三层：三层：三层：n n层圆
18、筒壁：层圆筒壁：层圆筒壁：层圆筒壁：2023/2/42023/2/42626一、对流传热过程一、对流传热过程第三节第三节 对流传热对流传热dAdAq qm2m2，t t2 2q qm1m1，T T1 1q qm2m2，t t1 1 q qm1m1，T T2 22023/2/42023/2/42727t tt tWWT TWWT TA A2 2A A1 1传热壁传热壁传热壁传热壁冷流体冷流体冷流体冷流体热流体热流体热流体热流体 T T t tl l 湍流主体湍流主体湍流主体湍流主体温度梯度小，热对流为主温度梯度小，热对流为主温度梯度小，热对流为主温度梯度小，热对流为主l l 层流内层层流内层层流
19、内层层流内层温度梯度大，热传导为主温度梯度大，热传导为主温度梯度大，热传导为主温度梯度大，热传导为主l l 过渡区域过渡区域过渡区域过渡区域热传导、热对流均起作用热传导、热对流均起作用热传导、热对流均起作用热传导、热对流均起作用2023/2/42023/2/42828式中式中式中式中 Q Q 对流传热速率，对流传热速率，对流传热速率，对流传热速率，WW；1 1 、2 2 热、冷流体的对流传热系数，热、冷流体的对流传热系数，热、冷流体的对流传热系数，热、冷流体的对流传热系数，W/(mW/(m2 2K)K)；T T、T TWW、t t、t tWW 热、冷流体的热、冷流体的热、冷流体的热、冷流体的平
20、均平均平均平均温度及温度及温度及温度及 平均平均平均平均壁温，壁温，壁温，壁温，。冷流体：冷流体：冷流体：冷流体：热流体：热流体：热流体：热流体：牛顿冷却定律牛顿冷却定律牛顿冷却定律牛顿冷却定律2023/2/42023/2/42929（一）影响因素（一）影响因素2.2.引起流动的原因引起流动的原因引起流动的原因引起流动的原因自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。强制对流：由于
21、外力和压差而引起的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。强制强制强制强制 自然自然自然自然 二、对流传热系数的影响因素二、对流传热系数的影响因素1.1.1.1.流动状态流动状态流动状态流动状态 湍流湍流湍流湍流 层流层流层流层流 2023/2/42023/2/43030自然对流的产生：自然对流的产生：自然对流的产生：自然对流的产生：设设设设 热处：热处：热处：热处：t t2 2，2 2；冷处冷处冷处冷处：t t1 1，1 1 体积膨胀系数，体积膨胀系数，体积膨胀系数，体积膨胀系数，1/1/C.C.或或或或而而而而得：得：得：得：或或或或2023/2/42023/2/43131由温度差而产
22、生的单位体积的升力：由温度差而产生的单位体积的升力：由温度差而产生的单位体积的升力：由温度差而产生的单位体积的升力：加热板加热板加热板加热板冷却板冷却板冷却板冷却板2023/2/42023/2/432325.5.是否发生相变是否发生相变是否发生相变是否发生相变 相变相变相变相变 无相变无相变无相变无相变4.4.传热面的形状，大小和位置传热面的形状，大小和位置传热面的形状，大小和位置传热面的形状，大小和位置 形状形状形状形状管、板、管束等；管、板、管束等；管、板、管束等；管、板、管束等；大小大小大小大小管径、管长、板厚等；管径、管长、板厚等；管径、管长、板厚等；管径、管长、板厚等；位置位置位置位
23、置管子的排列方式，垂直或水平放置。管子的排列方式，垂直或水平放置。管子的排列方式，垂直或水平放置。管子的排列方式，垂直或水平放置。3.3.流体的物性流体的物性流体的物性流体的物性 ，c cp p 2023/2/42023/2/43333三、对流传热的特征数关系式三、对流传热的特征数关系式变量数变量数变量数变量数 8 8 8 8个个个个基本因次基本因次基本因次基本因次 4 4个：长度个：长度个：长度个：长度L L L L，时间，时间，时间，时间T T T T，质量，质量，质量，质量M M M M，温度，温度，温度，温度 无量纲特征数无量纲特征数无量纲特征数无量纲特征数（8-48-48-48-4）
24、=4=4=4=4无相变时无相变时无相变时无相变时2023/2/42023/2/434341.1.努塞尔特努塞尔特努塞尔特努塞尔特（NusseltNusselt ）数）数）数）数表示对流传热系数的特征数表示对流传热系数的特征数表示对流传热系数的特征数表示对流传热系数的特征数2.2.雷诺雷诺雷诺雷诺（ReynoldsReynolds）数）数）数）数反映流体的流动状态反映流体的流动状态反映流体的流动状态反映流体的流动状态对对流传热的影响对对流传热的影响对对流传热的影响对对流传热的影响2023/2/42023/2/435353.3.普兰普兰普兰普兰特（特（特（特（PrandtlPrandtl）数）数）
25、数）数反映流体的物性对对流传反映流体的物性对对流传反映流体的物性对对流传反映流体的物性对对流传热的影响热的影响热的影响热的影响4.4.格拉斯霍夫（格拉斯霍夫（格拉斯霍夫（格拉斯霍夫（GrashofGrashof）准数）准数）准数）准数表示自然对流表示自然对流表示自然对流表示自然对流对对流传热对对流传热对对流传热对对流传热的影响的影响的影响的影响一般形式：一般形式：一般形式：一般形式：Nu=Nu=f f(Re,Pr,Gr)(Re,Pr,Gr)简化：强制对流简化：强制对流简化：强制对流简化：强制对流 Nu=Nu=f f(Re,Pr)(Re,Pr)自然对流自然对流自然对流自然对流 Nu=Nu=f f
26、(Pr,Gr)(Pr,Gr)2023/2/42023/2/43636使用准数关联式时注意：使用准数关联式时注意：使用准数关联式时注意：使用准数关联式时注意：1.1.应用范围应用范围应用范围应用范围2.2.特征尺寸特征尺寸特征尺寸特征尺寸3.3.定性温度定性温度定性温度定性温度强制对流强制对流强制对流强制对流自然对流自然对流自然对流自然对流无相变无相变无相变无相变有相变有相变有相变有相变蒸汽冷凝蒸汽冷凝蒸汽冷凝蒸汽冷凝液体沸腾液体沸腾液体沸腾液体沸腾2023/2/42023/2/43737四、无相变时四、无相变时对流传热系数的经验关联式对流传热系数的经验关联式（一）流体在管内作强制对流（一）流体
27、在管内作强制对流（一）流体在管内作强制对流（一）流体在管内作强制对流1.1.圆形直管内的强制湍流圆形直管内的强制湍流圆形直管内的强制湍流圆形直管内的强制湍流流体被加热流体被加热流体被加热流体被加热 n=0.4n=0.4流体被冷却流体被冷却流体被冷却流体被冷却 n=0.3n=0.3（1 1）应用范围：）应用范围：）应用范围：）应用范围：Re 10Re 104 4,Pr=0.7160,L/d 60,Pr=0.7160,L/d 60,气体或低粘度的液体（气体或低粘度的液体（气体或低粘度的液体（气体或低粘度的液体（2 2 水水水水）（2 2）定性温度：流体进出口的算术平均）定性温度：流体进出口的算术平
28、均）定性温度：流体进出口的算术平均）定性温度：流体进出口的算术平均 值值值值（3 3）特征尺寸：管内径）特征尺寸：管内径）特征尺寸：管内径）特征尺寸：管内径2023/2/42023/2/43838讨论：讨论：讨论：讨论：（1 1）加热与冷却的差别：）加热与冷却的差别：）加热与冷却的差别：）加热与冷却的差别：液体液体液体液体气体气体气体气体2023/2/42023/2/43939物性一定时：物性一定时：物性一定时：物性一定时：（2 2）影响因素：）影响因素：）影响因素：）影响因素：2023/2/42023/2/44040公式修正：公式修正：公式修正：公式修正：（1 1）当）当）当）当L L/d/
29、d 62 2 水水水水）工程处理：工程处理：工程处理：工程处理：加热：加热：加热：加热：冷却：冷却：冷却：冷却：2023/2/42023/2/44141（3 3）弯管弯管弯管弯管（4 4）非圆形管道非圆形管道非圆形管道非圆形管道用当量直径计算。用当量直径计算。用当量直径计算。用当量直径计算。2023/2/42023/2/442422.2.圆形直管内流体处于过渡区时的对流传热系数圆形直管内流体处于过渡区时的对流传热系数圆形直管内流体处于过渡区时的对流传热系数圆形直管内流体处于过渡区时的对流传热系数 2300 Re 102300 Re 104 42023/2/42023/2/443433.3.圆形
30、直管内强制层流圆形直管内强制层流圆形直管内强制层流圆形直管内强制层流（1 1）随热流方向不同，随热流方向不同，随热流方向不同，随热流方向不同，速度分布情况不同；速度分布情况不同；速度分布情况不同；速度分布情况不同；（2 2）自然对流造成了自然对流造成了自然对流造成了自然对流造成了径向流动，强化了对径向流动，强化了对径向流动，强化了对径向流动，强化了对流传热过程。流传热过程。流传热过程。流传热过程。对于液体对于液体对于液体对于液体2023/2/42023/2/44444 自然对流可以忽略：自然对流可以忽略：自然对流可以忽略：自然对流可以忽略：GrGr 25000 2500025000乘校正因子：
31、乘校正因子：乘校正因子：乘校正因子：适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：定性温度：定性温度：定性温度：定性温度：特征尺寸：管内径特征尺寸：管内径特征尺寸：管内径特征尺寸：管内径2023/2/42023/2/44545（二）流体在管外强制对流传热（二）流体在管外强制对流传热（二）流体在管外强制对流传热（二）流体在管外强制对流传热1.1.流体在管束外垂直流过流体在管束外垂直流过流体在管束外垂直流过流体在管束外垂直流过2023/2/42023/2/44646 应用范围：应用范围：应用范围：应用范围：Re=500070000;xRe=500070000;x1 1/d=1.25;/d=1.25;x
32、x2 2/d=1.25/d=1.25 特征尺寸：管外径；流速取各排最窄通道处特征尺寸：管外径；流速取各排最窄通道处特征尺寸：管外径；流速取各排最窄通道处特征尺寸：管外径；流速取各排最窄通道处 定性温度：进、出口温度平均值定性温度：进、出口温度平均值定性温度：进、出口温度平均值定性温度：进、出口温度平均值Nu=CNu=C ReRen n PrPr0.40.4平均对流传热系数：平均对流传热系数：平均对流传热系数：平均对流传热系数：2023/2/42023/2/447472 2流体在换热器管间的流动流体在换热器管间的流动流体在换热器管间的流动流体在换热器管间的流动折流挡板形式：圆缺形、圆环形折流挡板
33、形式：圆缺形、圆环形折流挡板形式：圆缺形、圆环形折流挡板形式：圆缺形、圆环形2023/2/42023/2/44848设置折流挡板目的设置折流挡板目的设置折流挡板目的设置折流挡板目的：增加壳程流体的湍动程度，进而提高壳程的增加壳程流体的湍动程度，进而提高壳程的增加壳程流体的湍动程度，进而提高壳程的增加壳程流体的湍动程度，进而提高壳程的 。圆缺形折流挡板：圆缺形折流挡板：圆缺形折流挡板：圆缺形折流挡板：定性温度：定性温度：定性温度：定性温度：应用范围：应用范围：应用范围：应用范围：Re=210Re=2103 310106 62023/2/42023/2/44949正方形排列正方形排列正方形排列正方
34、形排列：正三角形排列：正三角形排列：正三角形排列：正三角形排列：特征尺寸特征尺寸特征尺寸特征尺寸：（：（：（：（1 1）当量直径当量直径当量直径当量直径d de ed d0 0t tt t2023/2/42023/2/45050（2 2）流速）流速）流速）流速u u按流通截面最大处的截面计算：按流通截面最大处的截面计算：按流通截面最大处的截面计算：按流通截面最大处的截面计算：式中式中式中式中 hh两块折流挡板间距离，两块折流挡板间距离，两块折流挡板间距离，两块折流挡板间距离，mm；DD换热器壳径，换热器壳径，换热器壳径，换热器壳径，mm；2023/2/42023/2/45151（三）自然对流时
35、的对流传热系数（三）自然对流时的对流传热系数定性温度：膜温（定性温度：膜温（定性温度：膜温（定性温度：膜温（t tmm+t+tw w）/2/2特征尺寸：垂直的管或板为高度特征尺寸：垂直的管或板为高度特征尺寸：垂直的管或板为高度特征尺寸：垂直的管或板为高度HH 水平管为管外径水平管为管外径水平管为管外径水平管为管外径d d0 0各种情况下的各种情况下的各种情况下的各种情况下的C C C C、n n n n值及特征尺寸不同。值及特征尺寸不同。值及特征尺寸不同。值及特征尺寸不同。2023/2/42023/2/452521.1.蒸汽冷凝方式蒸汽冷凝方式蒸汽冷凝方式蒸汽冷凝方式五、流体有相变时的对流传热
36、五、流体有相变时的对流传热 滴滴滴滴 膜膜膜膜 （1 1）膜状冷凝）膜状冷凝）膜状冷凝）膜状冷凝（2 2）滴状冷凝）滴状冷凝）滴状冷凝）滴状冷凝冷凝过程的热阻冷凝过程的热阻冷凝过程的热阻冷凝过程的热阻冷凝液膜冷凝液膜冷凝液膜冷凝液膜（一）蒸汽冷凝时的对流传热（一）蒸汽冷凝时的对流传热（一）蒸汽冷凝时的对流传热（一）蒸汽冷凝时的对流传热2023/2/42023/2/453532.2.膜状冷凝时的对流传热系数膜状冷凝时的对流传热系数膜状冷凝时的对流传热系数膜状冷凝时的对流传热系数（1 1）水平管束外）水平管束外）水平管束外）水平管束外定性温度：定性温度：定性温度：定性温度：t t t tS S S
37、 Sr r r r，其它，其它，其它，其它膜温膜温膜温膜温 n n水平管束在垂直列上的管数水平管束在垂直列上的管数水平管束在垂直列上的管数水平管束在垂直列上的管数r r比汽化热比汽化热比汽化热比汽化热2023/2/42023/2/45454（2 2）蒸汽在垂直管外（或垂直板上）冷凝蒸汽在垂直管外（或垂直板上）冷凝蒸汽在垂直管外（或垂直板上）冷凝蒸汽在垂直管外（或垂直板上）冷凝q qmm冷凝液量，冷凝液量，冷凝液量，冷凝液量，kg/skg/sMM冷凝负荷，冷凝负荷，冷凝负荷，冷凝负荷，kg/skg/s.mm2023/2/42023/2/45555层流层流层流层流ReRe180018001800湍
38、流湍流湍流湍流特性尺寸：管或板高特性尺寸：管或板高特性尺寸：管或板高特性尺寸：管或板高HH定性温度：膜温定性温度：膜温定性温度：膜温定性温度：膜温 2023/2/42023/2/456563.3.影响因素和强化措施影响因素和强化措施影响因素和强化措施影响因素和强化措施(1)(1)液体物性液体物性液体物性液体物性 ，r r (2)(2)不凝气体不凝气体不凝气体不凝气体 不凝气体不凝气体不凝气体不凝气体存在，导致存在，导致存在，导致存在，导致 ，需定期排放。，需定期排放。，需定期排放。，需定期排放。(3)(3)蒸汽流速与流向蒸汽流速与流向蒸汽流速与流向蒸汽流速与流向 （u10m/s u10m/s）
39、同向时，同向时，同向时，同向时，t t ，；反向时，；反向时，；反向时，；反向时，t t ，；u u ，(4)(4)蒸汽过热蒸汽过热蒸汽过热蒸汽过热 r r=r+c=r+cp p(t(tv v-t-ts s)影响较小影响较小影响较小影响较小2023/2/42023/2/45757(5)(5)强化措施：强化措施：强化措施：强化措施：目的：减少冷凝液膜的厚度目的：减少冷凝液膜的厚度目的：减少冷凝液膜的厚度目的：减少冷凝液膜的厚度 水平管束：减少垂直方向上管数，采用错列；水平管束：减少垂直方向上管数，采用错列；水平管束：减少垂直方向上管数，采用错列；水平管束：减少垂直方向上管数，采用错列；垂直板或管
40、：开纵向沟槽，或在壁外装金属丝。垂直板或管：开纵向沟槽，或在壁外装金属丝。垂直板或管：开纵向沟槽，或在壁外装金属丝。垂直板或管：开纵向沟槽，或在壁外装金属丝。2023/2/42023/2/45858（二）液体沸腾时的对流传热（二）液体沸腾时的对流传热（二）液体沸腾时的对流传热（二）液体沸腾时的对流传热大容积沸腾大容积沸腾大容积沸腾大容积沸腾 管内沸腾管内沸腾管内沸腾管内沸腾1.1.沸腾现象沸腾现象沸腾现象沸腾现象在粗糙加热面的细小凹缝处：在粗糙加热面的细小凹缝处：在粗糙加热面的细小凹缝处：在粗糙加热面的细小凹缝处：汽化核心汽化核心汽化核心汽化核心 生成汽泡生成汽泡生成汽泡生成汽泡 长大长大长大
41、长大 脱离壁面脱离壁面脱离壁面脱离壁面新新新新汽泡形成汽泡形成汽泡形成汽泡形成搅动液层搅动液层搅动液层搅动液层2023/2/42023/2/45959沸腾必要条件沸腾必要条件沸腾必要条件沸腾必要条件：过热度过热度过热度过热度 t=t=t=t=（t t t tt t t ts s s s）0000 存在汽化核心存在汽化核心存在汽化核心存在汽化核心 推动力推动力推动力推动力 （t tw wt ts s）沸腾三个阶段：沸腾三个阶段：沸腾三个阶段：沸腾三个阶段：自然对流、核状沸腾、自然对流、核状沸腾、自然对流、核状沸腾、自然对流、核状沸腾、膜状沸腾膜状沸腾膜状沸腾膜状沸腾 工业上采用工业上采用工业上采
42、用工业上采用核状沸腾核状沸腾核状沸腾核状沸腾 大，大，大，大，t tWW小小小小水沸腾曲线水沸腾曲线水沸腾曲线水沸腾曲线2023/2/42023/2/460602.2.影响因素及强化措施影响因素及强化措施影响因素及强化措施影响因素及强化措施（1 1）液体的性质）液体的性质）液体的性质）液体的性质 （2 2）温度差）温度差）温度差）温度差 核状沸腾阶段核状沸腾阶段核状沸腾阶段核状沸腾阶段:t t2.52.5，t t （3 3）操作压力）操作压力）操作压力）操作压力2023/2/42023/2/46161（4 4）加热面）加热面）加热面）加热面 新的、洁净的、粗糙的加热面，新的、洁净的、粗糙的加热
43、面，新的、洁净的、粗糙的加热面，新的、洁净的、粗糙的加热面，大大大大 （5 5）强化措施）强化措施）强化措施）强化措施 表面粗糙化：将表面腐蚀，烧结金属粒；表面粗糙化：将表面腐蚀，烧结金属粒；表面粗糙化：将表面腐蚀，烧结金属粒；表面粗糙化：将表面腐蚀，烧结金属粒；加表面活性剂（乙醇、丙酮等）加表面活性剂（乙醇、丙酮等）加表面活性剂（乙醇、丙酮等）加表面活性剂（乙醇、丙酮等）2023/2/42023/2/46262 第四节第四节 传热过程计算传热过程计算返回返回总传热速率方程总传热速率方程总传热速率方程总传热速率方程式中式中式中式中 Q Q传热速率，传热速率，传热速率，传热速率，WW；t tmm
44、两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，；A A传热面积，传热面积，传热面积，传热面积，mm2 2；K K总传热系数，总传热系数，总传热系数，总传热系数，W/(mW/(m2 2)。2023/2/42023/2/46363（一）恒温传热（一）恒温传热（一）恒温传热（一）恒温传热（二）变温传热（二）变温传热（二）变温传热（二）变温传热 t tmm与流体流向有关与流体流向有关与流体流向有关与流体流向有关一、传热平均温度差一、传热平均温度差逆流逆流逆流逆流并流并流并流并流错流错流错流错流折流折流折流折流2023/2/42023/2/464641.1.逆流与并流逆
45、流与并流逆流与并流逆流与并流t t2 2t t1 1T T1 1T T2 2t t1 1t t2 2T T1 1T T2 2 t t2 2t tA At t1 1T T2 2T T1 1逆流逆流逆流逆流 t t2 2t tA At t1 1T T2 2T T1 1并流并流并流并流2023/2/42023/2/46565以逆流为例推导以逆流为例推导以逆流为例推导以逆流为例推导 t tmm假设：（假设：（假设：（假设：（1 1）稳态流动，）稳态流动，）稳态流动，）稳态流动，q qm1m1、q qm2m2为常数；为常数；为常数；为常数；（2 2）c cp p1 1、c cp p2 2为常数；为常数；
46、为常数；为常数；（3 3）K K沿管长不变化；沿管长不变化；沿管长不变化；沿管长不变化；（4 4）热损失忽略不计。）热损失忽略不计。）热损失忽略不计。）热损失忽略不计。A AT T2 2t t1 1t t2 2T T1 1dTdTdtdtdAdA t t2 2 t t1 1 t=T-tt=T-t对于微元：对于微元：对于微元：对于微元：2023/2/42023/2/46666T T1 1T T2 2t t2 2t t1 1QQ而而而而2023/2/42023/2/46767 逆流、并流均适用；逆流、并流均适用；逆流、并流均适用；逆流、并流均适用；当当当当 t t2 2/t t1 122，则可用算
47、术平均值。则可用算术平均值。则可用算术平均值。则可用算术平均值。对数平均温度差对数平均温度差对数平均温度差对数平均温度差2023/2/42023/2/468682.2.错流与折流错流与折流错流与折流错流与折流查图查图查图查图 1 1 t tmm 0.9 0.9若若若若 0.8 0.8，温差损失大，传热不稳定；，温差损失大，传热不稳定；，温差损失大，传热不稳定；，温差损失大，传热不稳定；应改变流型应改变流型应改变流型应改变流型2023/2/42023/2/46969（三）流向的选择（三）流向的选择（三）流向的选择（三）流向的选择1.1.所需传热面积所需传热面积所需传热面积所需传热面积 逆流优于并
48、流。逆流优于并流。逆流优于并流。逆流优于并流。2023/2/42023/2/470702.2.载热体消耗量载热体消耗量载热体消耗量载热体消耗量t t1 1t t2 2T T1 1T T1 1T T2 2并并并并T T2 2逆逆逆逆加热任务：加热任务：加热任务：加热任务：t t1 1t t2 2（T T2 2并并并并）minmin=t=t2 2（T T2 2逆逆逆逆）minmin=t=t1 1 逆流优于并流。逆流优于并流。逆流优于并流。逆流优于并流。2023/2/42023/2/471713.3.温度差分布温度差分布温度差分布温度差分布逆流时的温度差分布更均匀。逆流时的温度差分布更均匀。逆流时的
49、温度差分布更均匀。逆流时的温度差分布更均匀。T T2 2并流并流并流并流T T1 1t t1 1t t2 2t t1 1t t2 2T T1 1T T2 2逆流逆流逆流逆流4.4.并流操作适用于热敏性物料、粘稠物料等的加热，并流操作适用于热敏性物料、粘稠物料等的加热，并流操作适用于热敏性物料、粘稠物料等的加热，并流操作适用于热敏性物料、粘稠物料等的加热，或生产工艺要求温度不能过高或过低的场合。或生产工艺要求温度不能过高或过低的场合。或生产工艺要求温度不能过高或过低的场合。或生产工艺要求温度不能过高或过低的场合。2023/2/42023/2/47272二、总传热系数二、总传热系数K K总传热系数
50、，总传热系数，总传热系数，总传热系数，W/(mW/(m2 2K)K)t tw wT Tw w管内对流管内对流管内对流管内对流管外对管外对管外对管外对流流流流导热导热导热导热冷冷冷冷流流流流体体体体热热热热流流流流体体体体t tT Td dQ Qd dQ Q1 1d dQ Q3 3d dQ Q2 2（一）总传热系数计算（一）总传热系数计算（一）总传热系数计算（一）总传热系数计算2023/2/42023/2/47373管内对流管内对流管内对流管内对流 管外对流管外对流管外对流管外对流 管壁热传导管壁热传导管壁热传导管壁热传导稳态传热稳态传热稳态传热稳态传热 2023/2/42023/2/47474