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1、*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院14.1 4.1 概述概述4.1.1 4.1.1 传热过程在化工生产中的应用传热过程在化工生产中的应用4.1.2 4.1.2 传热的三种基本方式传热的三种基本方式4.1.3 4.1.3 冷热流体的接触方式冷热流体的接触方式4.1.4 4.1.4 热载体及其选择热载体及其选择4 4.1 1.5 5 间壁式换热器的传热过程间壁式换热器的传热过程*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院24.1.1 4.1.1 传热过程在化工生产中的应用传热过程在化工生产中的应用加热或冷却换热 保温 强化传热过程 削弱传热过程*化学工程基础（20
2、0-2008学年)化工与生物技术学院34.1.2 4.1.2 传热的三种基本方式传热的三种基本方式 一、热传导一、热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又称导热。特点：没有物质的宏观位移气体 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来实现的液体 机理复杂*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院4 二、对流二、对流流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。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。自然对流 强制对流 能量转移、能量形式的转化
3、不需要任何物质作媒介 *化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院54.1.3 4.1.3 冷热流体的接触方式冷热流体的接触方式一、直接接触式一、直接接触式 二、蓄热式二、蓄热式优点：结构较简单耐高温缺点：设备体积大有一定程度的混合低温流体高温流体*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院6三、间壁式三、间壁式 传热面为内管壁的表面积 套管换热器冷流体t1t2热流体T1T2*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院7列管换热器传热面为壳内所有管束壁的表面积 热流体T1T2冷流体t1t2*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院84.1.4
4、4.1.4 热载体及其选择热载体及其选择 加热剂加热剂：热水、饱和水蒸气 矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等 用电加热冷却剂冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等 冷却温度30C 水 加热温度180C 饱和水蒸气*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院9热负荷热负荷Q：工艺要求，同种流体需要温升或温降时，吸收或放出的热量，单位 J/s或W。传热速率传热速率Q：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 J/s或W。热流密度热流密度q：热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位 J/(s.m2)或W/m2。4.1.5 4.1.5 间壁式换热器的传热过程间壁式换热
5、器的传热过程一、基本概念一、基本概念*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院10非稳态传热非稳态传热 二、稳态与非稳态传热二、稳态与非稳态传热 稳态传热稳态传热 式中 A总传热面积，m2。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院11三、冷热流体通过间壁的传热过程三、冷热流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院12式中 K总传热系数，W/(m2)或W/(m2K)；Q传热速率，W或J/s；A总传热面积，m2；tm两流体的平均温差，或K。总传热速率方程：稳态传热：*化学工程基础（200-2
6、008学年)化工与生物技术学院134.2 4.2 热传导热传导4.2.1 4.2.1 有关热传导的基本概念有关热传导的基本概念4.2.2 4.2.2 傅立叶定律傅立叶定律4.2.3 4.2.3 导热系数导热系数4.2.4 4.2.4 通过平壁的稳定热传导通过平壁的稳定热传导4.2.5 4.2.5 通过圆筒壁的稳定热传导通过圆筒壁的稳定热传导*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院144.2.1 4.2.1 有关热传导的基本概念有关热传导的基本概念式中 t 某点的温度，；x,y,z 某点的坐标；时间。温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。(1)(1)温度场和等温面温度场和等温
7、面*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院15不不稳稳定温度定温度场场 稳定温度场稳定温度场 等温面等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。不同温度的等温面不相交不同温度的等温面不相交。t1t2t1t2等温面Q*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院16(2)(2)温度梯度温度梯度 t+tt-ttnQdA 温度梯度是一个点点的概念。温度梯度是一个向量。方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正 一维稳定热传导*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院174.2.2 4.2.2 傅立叶定律傅立叶定律 式中 dQ 热传导速率，W或J/s
8、；dA 导热面积，m2；t/n 温度梯度，/m或K/m；导热系数，W/(m)或W/(mK)。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院18 负号表示传热方向与温度梯度方向相反 表征材料导热性能的物性参数 越大，导热性能越好 用热通量来表示 对一维稳态热传导 *化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院19(2)是分子微观运动的宏观表现。4.2.3 4.2.3 导热系数导热系数(1)在数值上等于单位温度梯度下的热通量。=f(结构,组成,密度,温度,压力）(3)各种物质的导热系数金属固体 非金属固体 液体 气体*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院20在
9、一定温度范围内：式中 0,0,t时的导热系数，W/(mK)；a 温度系数。对大多数金属材料a 0 ，t 1)固体 金属：纯金属 合金 非金属：同样温度下，越大，越大。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院212)液体 金属液体较高，非金属液体低，水的最大。t （除水和甘油）3)气体 一般来说，纯液体的大于溶液 t 气体不利用导热，但可用来保温或隔热。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院22 4.2.4 4.2.4 通过平壁的稳定热传导通过平壁的稳定热传导 一、一、通过单层平壁的稳定热传导通过单层平壁的稳定热传导 假设：假设：(1)A大，b小；(2)材料均匀
10、；(3)温度仅沿x变化，且不随时间变化。t1t2btxdxQxQx+dx*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院23取dx的薄层，作热量衡算：对于稳定温度场 傅立叶定律：边界条件为：*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院24得：设不随t而变 式中 Q 热流量或传热速率，W或J/s；A 平壁的面积，m2；b 平壁的厚度，m；平壁的导热系数，W/(m)或W/(mK)；t1,t2 平壁两侧的温度，。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院25讨论：2分析平壁内的温度分布上限由1可表示为推动力：热阻：为*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技
11、术学院26 不随t变化，tx成呈线形关系。3当随t变化时若随t变化关系为：则tx呈抛物线关系。如：1t1，2t2*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院27 二、二、通过多层平壁的稳定热传导通过多层平壁的稳定热传导 假设：假设：(1)A大，b小；(2)材料均匀；(3)温度仅沿x变化，且不随时间变化。(4)各层接触良好，接触面两侧温度相同。t1t2b1txb2b3t2t4t3*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院28推广至n层：*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院29三、各层的温差三、各层的温差 思考：厚度相同的三层平壁传热，温度分布如图所示
12、，哪一层热阻最大，说明各层的大小排列。t1t2t3t4312*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院30 4.2.5 4.2.5 通过圆筒壁的稳定热传导通过圆筒壁的稳定热传导 一、一、通过单层圆筒壁的稳定热传导通过单层圆筒壁的稳定热传导 假定：假定：(1)稳定温度场；(2)一维温度场。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院31取dr同心薄层圆筒，作热量衡算：对于稳定温度场 傅立叶定律*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院32边界条件 得：设不随t而变 式中Q 热流量或传热速率，W或J/s；导热系数，W/(m)或W/(mK)；t1,t2 圆筒壁
13、两侧的温度，；r1,r2 圆筒壁内外半径，m。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院33讨论：1上式可以为写 对数平均面积*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院342 3圆筒壁内的温度分布上限从改为tr成对数曲线变化(假设不随t变化)*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院354平壁：各处的Q和q均相等；圆筒壁：不同半径r处Q相等，但q却不等。二、通过多层圆筒壁的稳定热传导二、通过多层圆筒壁的稳定热传导*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院36对于n层圆筒壁：式中 q1,q2,q3分别为半径r1,r2,r3处的热通量。*化学
14、工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院37 例题4.2.1内径为15mm，外径为19mm的钢管，其1 为20 W/m，其外包扎一层厚度为30mm，2为0.2 W/m 的保温材料，若钢管内表面温度为580,保温层外表面温度为80,试求:(1)每米管长的热损失;(2)保温层中的温度分布。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院38 例题4.2.2 有一蒸汽管道，外径为25mm，管外包有两层保温材料，每层材料均厚25mm，外层保温材料与内层材料导热系数之比2/1=5，此时单位时间的热损失为Q；现工况将两层材料互换，且设管外壁与保温层外表面的温度t1、t3不变，则此时热损失
15、为Q，求Q/Q=？*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院394.3 4.3 对流传热对流传热4.3.1 4.3.1 对流传热过程分析对流传热过程分析4.3.2 4.3.2 对流传热速率对流传热速率4.3.3 4.3.3 影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素4.3.4 4.3.4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立4.3.5 4.3.5 无相变时对流传热系数的经验关联式无相变时对流传热系数的经验关联式4.3.6 4.3.6 有相变时对流传热系数的经验关联式有相变时对流传热系数的经验关联式*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院403
16、.3.1 3.3.1 对流传热过程分析对流传热过程分析dA t2G1，T1G2，t1 T2*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院41*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院423.3.2 对流传热速率对流传热速率牛顿冷却定律牛顿冷却定律流体被冷却：式中 Q 对流传热速率，W；对流传热系数，W/(m2)；Tw 壁温，；T 流体平均温度，；A 传热面积，m2。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院43式中 t总有效膜厚度；e湍流区虚拟膜厚度；层流底层膜厚度。下面来推导牛顿冷却定律建立膜模型膜模型：流体被冷却：TTWttWt*化学工程基础（200-
17、2008学年)化工与生物技术学院441.牛顿冷却定律是一种推论，假设Qt。2.复杂问题简单化表示。推动力：阻力：*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院454.3.3 4.3.3 影响对流传热系数影响对流传热系数 的因素的因素1.1.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。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。强 自 2.2.流体的物性流体的物性 ，cp*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院465.是否发生相变是否发生相变 蒸汽冷凝、液体沸腾 相变 无相变4.传热面的形状，大小和位置传热面的形状，大小和位置形状：如管、板、管束
18、等；大小：如管径和管长等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。3.3.流动形态流动形态 层流、湍流 湍 层 *化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院474.3.4 4.3.4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立一、因次分析一、因次分析 式中 l特性尺寸；u特征流速。基本因次：长度L，时间T，质量M，温度变量总数：8个由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。f(u，l，cp，gt)*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院48 Nusselt待定准数Reynolds，流动型态对对流传热的影响P
19、randtl，流体物性对对流传热的影响Grashof，自然对流对对流传热的影响*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院49二、实验安排及结果整理二、实验安排及结果整理以强制湍流为例：NuCReaPrk1采用不同Pr的流体，固定Re lgNuklgPrlgCRea双对数坐标系得一直线，斜率为k2不同Pr的流体在不同的Re下 lgNu/PrkalgRelgC双对数坐标系中得一直线 斜率为a，截距为CPrNukReNu/PrkCa*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院50定性温度的取法：三、定性温度、特性尺寸的确定三、定性温度、特性尺寸的确定2特性尺寸 取对流动与换
20、热有主要影响的某一几何尺寸。3准数关联式的适用范围。1确定物性参数数值的温度称为定性温度。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院51一、流体在管内的强制对流一、流体在管内的强制对流适用范围：Re10000，0.7Pr160，604.3.5 4.3.5 无相变时对流传热系数的经验关联式无相变时对流传热系数的经验关联式1圆形直管内的湍流*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院52 特征尺寸为管内径di 流体被加热时，k0.4；被冷却时，k0.3。注意事项：定性温度取*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院53强化措施：强化措施：u,u0.8 d,1
21、/d0.2 流体物性的影响，选大的流体 *化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院54以下是对上面的公式进行修正：(1)(1)高粘度高粘度 Re10000，0.7Pr60定性温度取tm；特征尺寸为di*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院55(2)l/d60 (3)过渡流（2000Re10000)(4)弯曲管内 *化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院56(5)非圆形管强制湍流1)当量直径法2)直接实验法套管环隙:水-空气系统适用范围：12000Re膜*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院702.冷凝过程的热阻：液膜的厚度3.蒸
22、汽冷凝的1）水平管束外式中 n水平管束在垂直列上的管子数；r汽化潜热（ts下），kJ/kg。特性尺寸l：管外径do定性温度：膜温*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院71湍流2）竖壁或竖管上的冷凝层流适用条件：Re1800特性尺寸l：管或板高H定性温度：膜温*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院724冷凝传热的影响因素和强化措施1)流体物性 冷凝液,；冷凝液,；潜热r,2)温差 液膜层流流动时，t=tstW，,3)不凝气体 不凝气体存在，导致，定期排放。4）蒸汽流速与流向（u10m/s）同向时，；反向时，；u *化学工程基础（200-2008学年)化工与生物
23、技术学院735)蒸汽过热 包括冷却和冷凝两个过程。6)冷凝面的形状和位置 目的：减少冷凝液膜的厚度 垂直板或管：开纵向沟槽；水平管束：可采用错列*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院74沸腾种类沸腾种类 1）大容积沸腾大容积沸腾 2）管内沸腾 1.汽泡产生的条件问题：为什么汽泡只在加热面个别地方产生？过热度过热度：t=tWts 汽化核心汽化核心：一般为粗糙加热面的细小凹缝处汽化核心生成汽泡长大脱离壁面新汽泡形成搅动液层 二、二、液体沸腾液体沸腾*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院752.沸腾曲线沸腾曲线 1）自然对流阶段 t t5C3）不稳定膜状沸腾 25
24、C t5C工业上：核状沸腾4）稳定膜状沸腾 250C t25C 优点：大，tW小*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院763、沸腾传热的影响因素及强化措施、沸腾传热的影响因素及强化措施1）液体的性质 强化措施：加表面活性剂（乙醇、丙酮等）2）温差 在核状沸腾阶段温差提高，3）操作压强*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院774）加热面 新的、洁净的、粗糙的加热面，大 强化措施：将表面腐蚀，烧结金属粒*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院784.4 4.4 传热过程的计算传热过程的计算4.4.1 4.4.1 总传热系数和总传热速率总传热系数和
25、总传热速率4.4.2 4.4.2 热量衡算和传热速率方程间的关系热量衡算和传热速率方程间的关系4.4.3 4.4.3 传热平均温度差传热平均温度差4.4.4 4.4.4 壁温的计算壁温的计算4.4.5 4.4.5 传热效率传热单元数法传热效率传热单元数法4.4.6 4.4.6 传热计算示例传热计算示例*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院794.4.1 4.4.1 总传热系数和总传热速率方程总传热系数和总传热速率方程dA t2G1，T1G2，t1 T2*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院80热流体 固体壁面一侧固体壁面一侧 另一侧固体壁面另一侧 冷流体tw
26、Tw对流对流导热冷流体热流体tTQ*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院81（3）管内对流（1）管外对流（2）管壁热传导对于稳定传热*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院82式中 K总传热系数，W/(m2K)。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院83讨论：讨论：1当传热面为平面时，dA=dA1=dA2=dAm2以外表面为基准(dA=dA1):*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院84式中 K1以换热管的外表面为基准的总传热系数；dm换热管的对数平均直径。以壁表面为基准：以内表面为基准：近似用平壁计算*化学工程基础（200
27、-2008学年)化工与生物技术学院8531/K值的物理意义*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院86 二、总传热速率方程二、总传热速率方程式中 K平均总传热系数；tm平均温度差。总传热速率方程（1）求K平均值。（2）热量衡算式与传热速率方程间的关系。（3）tm的求解。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院87三、污垢热阻三、污垢热阻 式中 R1、R2传热面两侧的污垢热阻，m2K/W。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院884.4.2 4.4.2 热量衡算和传热速率方程间的关系热量衡算和传热速率方程间的关系无热损失：热流体G1,T1,cp1
28、,H1T2 H2冷流体G2,t2,cp2,h1t2 h2*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院89无相变时无相变时 热量衡算：式中 Q 热冷流体放出或吸收的热量，J/s；G1,G2热冷流体的质量流量，kg/s；cp1,cp2 热冷流体的比热容，J/(s.)；h1,h2 冷流体的进出口焓，J/kg；H1,H2 热流体的进出口焓，J/kg。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院90相变时相变时 热量衡算：式中 r 热流体的汽化潜热，kJ/kg；TS 热流体的饱和温度，。传热计算的出发点和核心：*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院91一、恒温传
29、热一、恒温传热二、变温传热二、变温传热tm与流体流向有关4.4.3.4.4.3.传热平均温度差传热平均温度差逆流并流错流折流*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院921、逆流和并流时的、逆流和并流时的tmt2t1T1T2t1t2T1T2 t2tAt1T2T1 t2tAt1T2T1逆流逆流并流并流*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院93以逆流为例推导假设：1）定态传热、定态流动，G1、G2一定 2）cp1、cp2为常数，为进出口平均温度下的3）K沿管长不变化。4）热损失忽略不计。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院94T2t1t2T1dT
30、dtdAAtt2t1Tt*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院951）也适用于并流 T2t1t2T1At2t1*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院962）较大温差记为t1，较小温差记为t2；3）当t1/t22，则可用算术平均值代替4）当t1t2*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院97：逆流时的平均温度差：逆流时的平均温度差2、错流、折流时的、错流、折流时的*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院984.4.4 4.4.4 壁温的计算壁温的计算稳态传热 1大，即b/Am小，热阻小，tW=TW*化学工程基础（200-2008
31、学年)化工与生物技术学院99TW接近于T，即大热阻小侧流体的温度。3两侧有污垢 2当tW=TW，得*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院100一、传热效率一、传热效率最大可能传热速率：换热器中可能发生最大温差 变化的传热速率。理论上最大的温差：4.4.5 4.4.5 传热效率传热单元数法传热效率传热单元数法*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院101热容流量：mscp 由热量衡算得最小值流体可获得较大的温度变化最小值流体：热容流量最小的流体为最小值流体。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院102二、传热单元数二、传热单元数*化学工程基础（
32、200-2008学年)化工与生物技术学院103传热单元数：传热单元数的意义：热流体温度的变化相当于 平均温度差的倍数。同理：*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院104三、传热效率与传热单元数的关系根据热量衡算和传热速率方程导出：逆流：并流：*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院105逆流：并流：*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1064.4.6 4.4.6 传热计算示例传热计算示例 例题：用120C的饱和水蒸汽将流量为36m3/h的某稀溶液在双管程列管换热器中从温度为80C上升到95C，每程有直径为252.5mm管子30根，且以管外表
33、面积为基准K=2800 W/m2.C，蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计。求：（1）换热器所需的管长；（2）操作一年后，由于污垢积累，溶液侧的污垢系数增加了0.00009m2.C/W，若维持溶液原流量及进口温度，其出口温度为多少？若又保证溶液原出口温度，可采取什么措施？（定性说明）溶液的=1000kg/m3；cp=4.2kJ/kg.C。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1074.5 4.5 热辐射热辐射4.5.1 4.5.1 基本概念基本概念4.5.2 4.5.2 物体的辐射能力物体的辐射能力4.5.3 4.5.3 两固体间的相互辐射两固体间的相互辐射4.5.4 4.5.
34、4 高温高温设备及管道的热损失设备及管道的热损失*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1084.5.1 4.5.1 基本概念基本概念1.辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。2.热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向 外发射能量的过程。特点：特点：能量传递的同时还伴随着能量形式的转换；不需要任何介质。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院109QRQDQANQ能量守恒定律：式中 吸收率；反射率；穿透率。3.热辐射对物体的作用总能量Q；被物体吸收QA；被反射QR；穿过物体QD *化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院110 黑体：黑体：白体（
35、镜体）：白体（镜体）：透热体透热体：A,R,D=f(物体性质、温度、表面、辐射波长）灰体灰体：指能以相同的吸收率吸收所有波长 的辐射能的物体。固体、液体：D=0 R+A=1气体：R=0 A+D=1*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1114.5.2 4.5.2 物体的辐射能力物体的辐射能力 物体在一定温度下，单位表面积，单位时间内所发射的全部辐射能（波长从全部辐射能（波长从0到到），W/m2。物体的单色辐射能力：物体在一定温度下，发射某某种波长种波长的能力；以E表示，单位W/m3。辐射能与单色辐射能的关系：普朗克定律*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1
36、12式中 0黑体辐射常数，=5.67 10-8W/(m2.K4)；C0黑体辐射系数，=5.67W/(m2.K4)斯蒂芬-波尔茨曼定律一、黑体一、黑体四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院113 二、二、实际物体实际物体物体的黑度：T2A1 A2=1对灰体:热交换达到平衡时 T1=T2,Q=0任意物体:E1E0（1-A1）E0A1E0 灰体 黑体 克希霍夫定律*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院115结论：（1）任何物体的发射能力与吸收率的比值均相同，且等于同温度下绝对黑体的发射能力。物体的发射能力越强，其吸收率越大。（
37、2）A=即同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等。（），即在任何温度下，各种物体中以绝对黑体的发射能力为最大。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院116一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射4.5.3 4.5.3 两固体间的相互辐射两固体间的相互辐射*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院117设 T1 T2E1、E21、2面在温度T1、T2下的发射能力；E1、E21、2面发射的总能量。两平面间单位面积的辐射热量：*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院118将代入：总发射系数*化学工程基础（200-200
38、8学年)化工与生物技术学院119式中 A平面的传热面积；1-2角系数(物体1发射辐射能被2拦截分率)。两平面的面积有限时：*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院120二、一物体被另一物体包围时的辐射二、一物体被另一物体包围时的辐射*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院121讨论：1）很大的物体2包住物体1：2）物体2恰好包住物体1：3）情况1和2间的情况：A=A1A=A1A=A1*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院122三、影响辐射传热的因素三、影响辐射传热的因素1.温度的影响 T4，低温时可忽略，高温时可能成为主要方式2.几何位置的影响
39、3.表面黑度的影响 ，可通过改变黑度的大小强化或减小辐射传热。4.辐射表面间介质的影响 减小辐射散热，在两换热面加遮热板（黑度较小的热屏）。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1234.5.4 4.5.4 高温高温设备及管道的热损失设备及管道的热损失对流散热：辐射散热：令=1 总热损失：式中 T对流-辐射联合传热系数，W/(m2.K)。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院124(1)空气自然对流，当tW150C时平壁保温层外(2)空气沿粗糙壁面强制对流空气速度u5m/s时 *化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1254.6 4.6 换热
40、器换热器4.6.1 4.6.1 换热器的分类换热器的分类4.6.2 4.6.2 间壁式换热器的类型间壁式换热器的类型4.6.3 4.6.3 列管换热器的选用列管换热器的选用4.6.4 4.6.4 传热的强化措施传热的强化措施4.6.5 4.6.5 新型的换热设备新型的换热设备*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1264.6.1 4.6.1 换热器的分类换热器的分类按用途分类：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器按冷热流体热量交换方式分类：混合式、蓄热式和间壁式主要内容：1.根据工艺要求，选择适当的换热器类型；2.通过计算选择合适的换热器规格。*化学工程基础（200-200
41、8学年)化工与生物技术学院1274.6.2 4.6.2 间壁式换热器的类型间壁式换热器的类型一、夹套换热器一、夹套换热器*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院128二、蛇管换热器二、蛇管换热器1.沉浸式强化措施：可减少管外空间；容器内加搅拌器。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1292.喷淋式*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院130 优点：结构简单；便于耐腐蚀；管内能耐高压；管外 比沉浸式大。缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果；只能安装在室外，占地面积大。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院131三、套管换热器三
42、、套管换热器*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院132四、列管换热器四、列管换热器*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院133*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院134圆缺形圆盘形多管程：增大管内流体u，提高管内的加挡板：增大壳程流体的湍动，提高壳程的*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院135流体流过折流挡板流体流过折流挡板*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1361.固定管板式特点：结构简单；但壳程检修和清洗困难。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1372.浮头式特点：可完
43、全消除热应力,便于清洗和检修,结构复杂*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1383.U型管式特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1394.6.3 4.6.3 列管换热器的选用列管换热器的选用1.根据工艺任务，计算热负荷2.计算tm3.依据经验选取K，估算A4.确定冷热流体流经管程或壳程，选定u 先按单壳程多管程的计算，如果0.8，应增加壳程数；由u和V估算单管程的管子根数，由管子根数和估算的A，估算管子长度，再由系列标准选适当型号的换热器。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1405.核算K 分别
44、计算管程和壳程的，确定垢阻，求出K，并与估算的K进行比较。如果相差较多，应重新估算。6.计算A 根据计算的K和tm，计算A，并与选定的换热器A相比，应有10%25%的裕量。*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院141选用换热器中的有关问题：选用换热器中的有关问题：(1)流体流经管程或壳程的选择管程：不清洁或易结垢、腐蚀性、压力高的流体。壳程：饱和蒸汽、需要冷却、粘度大或流量小的流体。原则：传热效果好，结构简单，清洗方便(2)流体uuK，在同Q、tm下A，节省设备费；uHf ，操作费用增加；u选择是经济上权衡的问题，但要避免层流流动。*化学工程基础（200-2008学年)化工与
45、生物技术学院142(3)换热器中管子的规格和排列方式管子的规格：192mm和252.5mm 管长：1.5m、2.0m、3.0m、6.0m排列方式：正三角形正方形直列正方形错列*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院143流体垂直流过管束外流动流体垂直流过管束外流动*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1444.6.4 4.6.4 传热过程的强化途径传热过程的强化途径一、增大一、增大 tm 提高加热剂T1的温度或降低冷却剂t1的温度 两侧变温情况下，尽量采用逆流流动为了增强传热效率，可采取tm、A/V、K。二、增大二、增大A/V 直接接触传热，可增大A 和湍动程
46、度，使Q*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院145 采用高效新型换热器改进传热面结构入手来增大A 和湍动程度，使Q(a)光直翅片 (b)锯齿翅片 (c)多孔翅片*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院146三、增大三、增大K尽可能利用有相变的热载体（大）用大的热载体，如液体金属Na等减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻提高较小一侧有效 提高的方法(无相变)：增大流速 管内加扰流元件 改变传热面形状和增加粗糙度*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院1474.6.5 4.6.5 新型的换热器新型的换热器一、平板式换热器一、平板式换热器*
47、化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院148*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院149优点：传热效率高，K大结构紧凑，操作灵活，安装检修方便缺点：耐温、耐压差易渗漏，处理量小*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院150二、螺旋板式换热器二、螺旋板式换热器*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院151优点：传热效率高不易堵塞结构紧凑，成本较低缺点：压力、温度不能太高难以维修*化学工程基础（200-2008学年)化工与生物技术学院152三、翅片管换热器三、翅片管换热器 特点：增加A，增强管外流体的湍流来提高。重要的应用场合：空气冷却器 管外加翅片，大大改善了空气侧的传热效果 翅翅 片片 管管 换换 热热 器器