傳熱化工原理

1、2022-3-221第第6章章 傳熱傳熱Heat Transfer第6章 傳熱2022-3-222傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用6.1 概概 述述(Introduction) 6.1.1 化工生產(chǎn)中的傳熱過程化工生產(chǎn)中的傳熱過程蒸發(fā)、蒸餾、干燥、結(jié)晶、化學(xué)反應(yīng)等蒸發(fā)、蒸餾、干燥、結(jié)晶、化學(xué)反應(yīng)等傳熱過程的基本要求傳熱過程的基本要求1.強(qiáng)化傳熱（加熱或冷卻）；強(qiáng)化傳熱（加熱或冷卻）；2.避免傳熱（保溫）避免傳熱（保溫）; 熱量傳遞方向：熱量傳遞方向：高溫傳向低溫高溫傳向低溫傳熱過程的推動力：傳熱過程的推動力：溫度差溫度差第6章 傳熱2022-3-223冷、熱流體在傳熱設(shè)備中通冷、熱

2、流體在傳熱設(shè)備中通過過直接混合的方式直接混合的方式進(jìn)行熱量交換，進(jìn)行熱量交換，又稱為又稱為混合式傳熱。混合式傳熱。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：方便和有效，而且設(shè)方便和有效，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡單，常用于熱氣體的備結(jié)構(gòu)較簡單，常用于熱氣體的水冷或熱水的空氣冷卻。水冷或熱水的空氣冷卻。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：在工藝上必須允許兩在工藝上必須允許兩種流體能夠相互混合。種流體能夠相互混合。1 直接接觸式傳熱直接接觸式傳熱6.1.2 冷熱流體的接觸方式冷熱流體的接觸方式第6章 傳熱2022-3-2242 蓄熱式傳熱蓄熱式傳熱冷、熱兩種流體交替冷、熱兩種流體交替通過同一蓄通過同一蓄熱室時，即可通過填料將從熱流體來熱室時，即可通過填料將從

3、熱流體來的熱量傳遞給冷流體，達(dá)到換熱的目的熱量傳遞給冷流體，達(dá)到換熱的目的。的。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡單，可耐高溫，結(jié)構(gòu)較簡單，可耐高溫，常用于氣體的余熱或冷量的利用。常用于氣體的余熱或冷量的利用。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：由于填料需要蓄熱，所以由于填料需要蓄熱，所以設(shè)備的體積較大，且兩種流體交替時設(shè)備的體積較大，且兩種流體交替時難免會有一定程度的混合。難免會有一定程度的混合。第6章 傳熱2022-3-2253 間壁式傳熱間壁式傳熱在多數(shù)情況下，化工工藝上在多數(shù)情況下，化工工藝上不允許冷熱流體直接接觸不允許冷熱流體直接接觸，故直接接觸式，故直接接觸式傳熱和蓄熱式傳熱在工業(yè)上并不很多，工業(yè)上應(yīng)用最多的是傳熱和蓄

4、熱式傳熱在工業(yè)上并不很多，工業(yè)上應(yīng)用最多的是間壁式傳熱間壁式傳熱過過程。這類換熱器的程。這類換熱器的特點(diǎn)是特點(diǎn)是在冷、熱兩種流體之間用一金屬壁在冷、熱兩種流體之間用一金屬壁(或石墨等導(dǎo)熱或石墨等導(dǎo)熱性能好的非金屬壁性能好的非金屬壁)隔開，以便使兩種流體在隔開，以便使兩種流體在不相混合的情況下進(jìn)行熱量傳不相混合的情況下進(jìn)行熱量傳遞遞。這類換熱器中以。這類換熱器中以套管式換熱器和列管式換熱器套管式換熱器和列管式換熱器為典型設(shè)備。為典型設(shè)備。第6章 傳熱2022-3-2266.1.3 載熱體及其選擇載熱體及其選擇 加熱劑：加熱劑： 水及水蒸氣（水及水蒸氣（40-180）聯(lián)苯混合物（道生油）（聯(lián)苯混合

5、物（道生油）（255-380 ）載熱體載熱體 熔鹽（熔鹽（142-530 ）冷卻劑：冷卻劑：水，空氣，冷凍劑（無機(jī)鹽水溶液、乙二醇、液氨）水，空氣，冷凍劑（無機(jī)鹽水溶液、乙二醇、液氨）礦物油（礦物油（180-250 ）煙道氣（煙道氣（500-1000 ）選擇原則：選擇原則： 溫度易于調(diào)節(jié)溫度易于調(diào)節(jié) 飽和蒸汽壓低飽和蒸汽壓低 無毒、無腐蝕無毒、無腐蝕 價格低廉價格低廉,易得易得第6章 傳熱2022-3-2276.1.4 傳熱中的基本概念傳熱中的基本概念 熱流密度（熱通量）熱流密度（熱通量）q：單位面積上的傳熱速率，單位面積上的傳熱速率，Wm-2潛熱：潛熱：物質(zhì)在發(fā)生相變化時伴隨的熱量變化，物質(zhì)

6、在發(fā)生相變化時伴隨的熱量變化，J傳熱速率傳熱速率Q是指單位時間傳遞的熱量，是指單位時間傳遞的熱量，W。傳熱速率也稱為傳熱速率也稱為熱負(fù)荷熱負(fù)荷顯熱：顯熱：由于溫差而傳遞的熱量由于溫差而傳遞的熱量mpqct傳熱速率指的是由于傳熱面與介質(zhì)傳熱速率指的是由于傳熱面與介質(zhì)間有溫度差而使熱量由高溫處向低間有溫度差而使熱量由高溫處向低溫處流動的速率溫處流動的速率定壓比熱容定壓比熱容cp：壓力恒定時，單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高壓力恒定時，單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高1K時所需的熱量，時所需的熱量，Jkg-1K-1q=Q/A第6章 傳熱2022-3-228定態(tài)傳熱：定態(tài)傳熱：在傳熱體系中各點(diǎn)的在傳熱體系中各點(diǎn)的溫度只隨

7、換熱器的位置的變化而變，溫度只隨換熱器的位置的變化而變，不隨時間而變特點(diǎn)：不隨時間而變特點(diǎn)：通過傳熱表面的傳熱速率為常量，熱通量不一通過傳熱表面的傳熱速率為常量，熱通量不一定為常數(shù)。定為常數(shù)。非定態(tài)傳熱：非定態(tài)傳熱：若傳熱體系中各點(diǎn)的若傳熱體系中各點(diǎn)的溫度，既隨位置的變化，又隨時間溫度，既隨位置的變化，又隨時間變化。特點(diǎn)：變化。特點(diǎn)：傳熱速率、熱通量均為變量。傳熱速率、熱通量均為變量。 通常連續(xù)生產(chǎn)多為定態(tài)傳熱，間歇操作多為非定態(tài)傳熱。通常連續(xù)生產(chǎn)多為定態(tài)傳熱，間歇操作多為非定態(tài)傳熱?；み^程中連續(xù)生產(chǎn)是主要的，因而化工過程中連續(xù)生產(chǎn)是主要的，因而本章主要討論定態(tài)傳熱本章主要討論定態(tài)傳熱。6.

8、1.5 定態(tài)傳熱和非定態(tài)傳熱定態(tài)傳熱和非定態(tài)傳熱第6章 傳熱2022-3-2296.1.6 溫度場和溫度梯度溫度場和溫度梯度, , ,tf x y z t 某點(diǎn)的溫度，某點(diǎn)的溫度，； x,y,z 某點(diǎn)的坐標(biāo)；某點(diǎn)的坐標(biāo)； 時間。時間。溫度場溫度場：某時刻物體在空間各點(diǎn)的溫度分布。：某時刻物體在空間各點(diǎn)的溫度分布。 1 1 溫度場和等溫面溫度場和等溫面第6章 傳熱2022-3-2210定態(tài)溫度場定態(tài)溫度場 , , ,tfx y z非定態(tài)溫度場非定態(tài)溫度場 zyxft, 等溫面等溫面：在同一時刻，溫度場中所有溫度相同在同一時刻，溫度場中所有溫度相同的點(diǎn)組成的面。的點(diǎn)組成的面。 不同溫度的等溫面不相

9、交不同溫度的等溫面不相交。t1t2t1t2等溫面等溫面Q0t第6章 傳熱2022-3-22112 2 溫度梯度溫度梯度 ntnttgradn0limt+tt- ttnQdA 溫度梯度是一個向量。溫度梯度是一個向量。 方向垂直于該點(diǎn)所在等溫面，以溫度增加的方向方向垂直于該點(diǎn)所在等溫面，以溫度增加的方向?yàn)檎较?。為正方向?limntdtgradtndx 一維定態(tài)傳熱一維定態(tài)傳熱第6章 傳熱2022-3-22126.1.7 傳熱的基本方式（傳熱機(jī)理）傳熱的基本方式（傳熱機(jī)理） 輻輻射射傳傳熱熱：對對流流傳傳熱熱：導(dǎo)導(dǎo)熱熱）熱熱傳傳導(dǎo)導(dǎo)：(發(fā)生在物質(zhì)內(nèi)部或靜止（或?qū)恿鳎┝黧w內(nèi)，無物質(zhì)的宏觀位移發(fā)生在

10、物質(zhì)內(nèi)部或靜止（或?qū)恿鳎┝黧w內(nèi)，無物質(zhì)的宏觀位移發(fā)生在流體內(nèi)，物質(zhì)發(fā)生宏觀位移發(fā)生在流體內(nèi)，物質(zhì)發(fā)生宏觀位移依靠電磁波傳熱依靠電磁波傳熱第6章 傳熱2022-3-22136.1.8 本章要解決的問題本章要解決的問題傳熱規(guī)律傳熱規(guī)律毛衣外穿合理嗎？毛衣外穿合理嗎？加熱器（致冷器）應(yīng)裝在房間的什么地方？加熱器（致冷器）應(yīng)裝在房間的什么地方？開水壺底有凹槽，為什么？開水壺底有凹槽，為什么？傳熱面積計(jì)算傳熱面積計(jì)算換熱器的結(jié)構(gòu)換熱器的結(jié)構(gòu)第6章 傳熱2022-3-22146.2 熱傳導(dǎo)（熱傳導(dǎo)（Heat Conduct）熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱。是指熱量從物體的高溫部分向熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱。是指熱量從物體的高溫部分

11、向同一物體的低溫部分、或者從一個高溫物體向一同一物體的低溫部分、或者從一個高溫物體向一個與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。個與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。導(dǎo)熱不依靠物質(zhì)的宏觀位移，起因于物體內(nèi)部分導(dǎo)熱不依靠物質(zhì)的宏觀位移，起因于物體內(nèi)部分子微觀運(yùn)動的一種傳熱方式。子微觀運(yùn)動的一種傳熱方式。第6章 傳熱2022-3-2215 t+dt t dx dl dtdQdAdx 6.2.1 傅立葉定律傅立葉定律負(fù)號表示傳熱的方向與溫度梯度的負(fù)號表示傳熱的方向與溫度梯度的方向相反方向相反dtQAdx 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) , , 單位為單位為W/(mK) 隨傳熱距離而引起的溫度隨傳熱距離而引起的溫度變化，稱

12、為溫度梯度變化，稱為溫度梯度第6章 傳熱2022-3-2216 物性之一：物性之一：是物質(zhì)是物質(zhì)導(dǎo)熱能力導(dǎo)熱能力的標(biāo)志的標(biāo)志,與物質(zhì)種類、熱力學(xué)狀態(tài)（與物質(zhì)種類、熱力學(xué)狀態(tài)（T、P）有關(guān)。有關(guān)。 物理含義：物理含義：代表單位溫度梯度下的熱通量大小，代表單位溫度梯度下的熱通量大小，即：當(dāng)物體兩個面（等溫面）即：當(dāng)物體兩個面（等溫面）間溫差為間溫差為1K，厚度為，厚度為1m時，每秒經(jīng)過時，每秒經(jīng)過1m2傳熱面積所能傳導(dǎo)的熱量。傳熱面積所能傳導(dǎo)的熱量。故物質(zhì)的故物質(zhì)的 越越大，導(dǎo)熱性能越好。大，導(dǎo)熱性能越好。 通常：通常：導(dǎo)電固體導(dǎo)電固體非導(dǎo)電固體，液體非導(dǎo)電固體，液體氣體氣體 T升高升高，氣體、水

13、的，氣體、水的 升高升高，其它液體的，其它液體的 降低降低 。 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)來源：數(shù)據(jù)來源：物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)可以通過物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)可以通過實(shí)驗(yàn)測定，實(shí)驗(yàn)測定，也可以也可以查資料、計(jì)算查資料、計(jì)算QdtAdx )10at（ w w2211. 312231113122231111MxMxMxMx固體固體液體混合物液體混合物氣體混合物氣體混合物計(jì)算計(jì)算金屬：金屬：a0第6章 傳熱2022-3-2217/dtqQ Adx 12()tttARQqA若若 為常數(shù)，則：為常數(shù)，則：當(dāng)當(dāng)x=0時，時，t=t1，當(dāng)，當(dāng)x= 時，時， t=t2積分上式：積分上式： 6.2.2 平面壁的一維定態(tài)熱傳導(dǎo)平面壁的

14、一維定態(tài)熱傳導(dǎo)1.單層平面壁的熱傳導(dǎo)單層平面壁的熱傳導(dǎo)熱阻熱阻顯然，顯然，Q =常數(shù)且常數(shù)且q =常數(shù)常數(shù)tt1t2Qx0 xdx第6章 傳熱2022-3-2218233412112233311433121231()()()()iiiiittttttQqAAAAtttAAAA總推動力總熱阻2. 多層平壁的一維定態(tài)熱傳導(dǎo)多層平壁的一維定態(tài)熱傳導(dǎo) t t2 t3 t4 t1 0 x 1 2 3 顯然，通過每一層顯然，通過每一層Q =常數(shù)，常數(shù)，q =常數(shù)常數(shù)第6章 傳熱2022-3-2219兩層壁交界處的溫度兩層壁交界處的溫度32222QttA12111()ttAQ21111QttA第6章 傳熱2

15、022-3-2220例例6-1某工業(yè)鍋爐的爐壁由耐火磚某工業(yè)鍋爐的爐壁由耐火磚（ 1=1.3W/m.K）、保溫磚、保溫磚（ 2=0.20W/m.K）普通磚普通磚（ 3=0.95W/m.K）組成，爐膛內(nèi)壁溫度為組成，爐膛內(nèi)壁溫度為1000 ，普通磚層厚，普通磚層厚12 cm，其外表面溫度為其外表面溫度為50，通過爐壁的熱損失為，通過爐壁的熱損失為1200W/m2, 絕熱材料的耐熱溫度為絕熱材料的耐熱溫度為900 ，求耐火磚的最小厚度及此時絕熱層的厚度及其外壁溫度。，求耐火磚的最小厚度及此時絕熱層的厚度及其外壁溫度。121111000900q= 12001.3tt3433350q= 12000.1

16、20.95ttt23222900201.6q= 12000.20tt耐火磚耐火磚 解得解得 110.83cm 解得解得t t3 3=201.6 =201.6 解得解得 211.64cm普通磚普通磚保溫磚保溫磚第6章 傳熱2022-3-2221dtQqAAdr 常數(shù)常數(shù)但q2dtQqArLdr 常數(shù)22112trtrQdtdrrL12122121lnln22ttttQr rddLL 1. 單層圓筒壁定態(tài)導(dǎo)熱單層圓筒壁定態(tài)導(dǎo)熱若若 為常數(shù)，則：為常數(shù)，則：-可見溫度分布可見溫度分布 為對數(shù)關(guān)系為對數(shù)關(guān)系 6.2.3 圓筒壁的一維定態(tài)熱傳導(dǎo)（無內(nèi)熱源）圓筒壁的一維定態(tài)熱傳導(dǎo)（無內(nèi)熱源）tr1rr2r

17、drt1t2dt第6章 傳熱2022-3-2222121221212121ln22ln()ttttQr rrrLLrrr r 1212212mmttttQrrALr推 動 力阻 力21mm = r -r = 2 LrA式中：1212lnrrrrrm令12()ttQA第6章 傳熱2022-3-22233233411231112223331()()()()iimmmiimiitttttttQAAAA2. 多層圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱多層圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱23341221324312314324321123lnlnln222lnlnln222ttttttQr rr rr rLLLttddddddLLL dtQqA

18、Adr 常數(shù)常數(shù)但q第6章 傳熱2022-3-2224 例例6-2 外徑為外徑為 426mm的蒸汽管道，其外包扎一層厚度為的蒸汽管道，其外包扎一層厚度為 426mm的的保溫層，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為保溫層，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為 0.615 W/(m)。若蒸汽管道外表面溫度若蒸汽管道外表面溫度為為 177 ，保溫層的外表面溫度為，保溫層的外表面溫度為 38，試求每米管長的熱損失以及保溫，試求每米管長的熱損失以及保溫層中的溫度分布。層中的溫度分布。解：解：2332ln2ttQr rL 由：由：保溫層的外表面的半徑保溫層的外表面的半徑 r30.2130.426=0.639m,溫度溫度 t3=38蒸汽導(dǎo)

19、管外表面的半徑蒸汽導(dǎo)管外表面的半徑 r20.426/2=0.213m, 溫度溫度 t2=177第6章 傳熱2022-3-2225可得每米管道的熱損失為：可得每米管道的熱損失為： 23322()20.615(17738)489W/m0.639lnln0.213ttQrLr設(shè)保溫層內(nèi)半徑設(shè)保溫層內(nèi)半徑 r 處的溫度為處的溫度為 t，代入上式：代入上式： 222()489lnttQrLr將已知數(shù)據(jù)代入，整理得溫度將已知數(shù)據(jù)代入，整理得溫度t與半徑的關(guān)系式為：與半徑的關(guān)系式為： t = -126.6 ln r 18.64筒壁內(nèi)的溫度分布筒壁內(nèi)的溫度分布不是直線不是直線，而是曲線。，而是曲線。 第6章

20、傳熱2022-3-2226第6章 傳熱2022-3-2227例例6-3 有一蒸汽管道，外徑為有一蒸汽管道，外徑為25mm，管外包有兩層保溫材料，管外包有兩層保溫材料，每層材料均厚每層材料均厚25mm，外層保溫材料與內(nèi)層材料導(dǎo)熱系數(shù)之，外層保溫材料與內(nèi)層材料導(dǎo)熱系數(shù)之比比 2/ 1=5，此時單位時間的熱損失為，此時單位時間的熱損失為Q；若將兩層材料互換，；若將兩層材料互換，且設(shè)管外壁與保溫層外表面的溫度且設(shè)管外壁與保溫層外表面的溫度t1、t3不變，則此時熱損失不變，則此時熱損失為為Q，求，求Q/Q=？1313113322111122()lnln75 25ln125 75ln1.222522ttt

21、tLttQddddLLLL 13131133212111212()lnln75 25ln125 75ln0.7325222ttttLttQddddLLLL 1.21.640.73QQ導(dǎo)熱系數(shù)小的材料應(yīng)包在內(nèi)層導(dǎo)熱系數(shù)小的材料應(yīng)包在內(nèi)層解：解：第6章 傳熱2022-3-2228 21201212LrLrrttQ ln總熱阻總熱阻總推動力總推動力02 drdQ令令 t1 t2 t0 r1 r2 則 2r 002222 drdQrdrdQr時，時，當(dāng)當(dāng)時，時，當(dāng)當(dāng) Q rcr2-臨界半徑 rc故 Q 有極大值 保溫層的臨界厚度保溫層的臨界厚度第6章 傳熱2022-3-2229影響因素影響因素：接觸材

22、料的種類及硬度，接觸材料的種類及硬度，接觸面的粗糙程度，接觸面的粗糙程度，接觸面的壓緊力，接觸面的壓緊力，空隙內(nèi)的流體性質(zhì)空隙內(nèi)的流體性質(zhì)6.2.4 接觸熱阻接觸熱阻接觸熱阻一般通過實(shí)驗(yàn)測定或憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)接觸熱阻一般通過實(shí)驗(yàn)測定或憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)1311111cttQAAA接觸熱阻接觸熱阻第6章 傳熱2022-3-22306.3 對流傳熱對流傳熱(Heat Convection) 熱對流是指熱對流是指流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱量流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱量傳遞過程。熱對流僅發(fā)生在流體中。傳遞過程。熱對流僅發(fā)生在流體中。對流方式對流方式強(qiáng)制對流強(qiáng)制對流自然對流自然對流因攪拌等外力而使

23、因攪拌等外力而使質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對位移質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對位移流動的流體與外界的傳熱流動的流體與外界的傳熱因流體中各處溫度不同引起密度差異因流體中各處溫度不同引起密度差異而使流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對位移而使流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對位移靜止流體與外界的傳熱靜止流體與外界的傳熱 電熱爐燒水第6章 傳熱2022-3-22311 對流傳熱過程分析對流傳熱過程分析（1）層流邊界層）層流邊界層（層流內(nèi)層）內(nèi)：熱（層流內(nèi)層）內(nèi)：熱 傳導(dǎo)，熱阻大；傳導(dǎo)，熱阻大；（2）過渡區(qū)：）過渡區(qū)：熱傳導(dǎo)與對流傳熱共同熱傳導(dǎo)與對流傳熱共同 起作用；起作用；（3）湍流區(qū)：）湍流區(qū)：充滿漩渦，混合較好，充滿漩渦，混合較好， 對流為主，熱阻小。對流為主，熱阻

24、小。6.3.1 對流傳熱速率對流傳熱速率牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律第6章 傳熱2022-3-22322 2 對流傳熱速率對流傳熱速率牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律流體被加熱：流體被加熱：11w()QA TT Q 對流傳熱速率，對流傳熱速率，W； 對流傳熱系數(shù)，對流傳熱系數(shù)，W/(m2)； Tw，tW 熱、冷流體側(cè)壁溫，熱、冷流體側(cè)壁溫，； T ，t熱、冷流體平均溫度，熱、冷流體平均溫度，； A 傳熱面積，傳熱面積，m2。流體被冷卻：流體被冷卻：22w()QA ttTtTtT Tw tw t 第6章 傳熱2022-3-22336.3.2 對流傳熱系數(shù)對流傳熱系數(shù)（1 1）引起流動的原因）引起流動的原因自

25、然對流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動。自然對流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動。強(qiáng)制對流：由于外力和壓差而引起的流動。強(qiáng)制對流：由于外力和壓差而引起的流動。 強(qiáng) 自 （2 2）流體的物性）流體的物性 ， ， ，c cp p1.1.影響因素影響因素 第6章 傳熱2022-3-2234（5）是否發(fā)生相變）是否發(fā)生相變 蒸汽冷凝、液體沸騰蒸汽冷凝、液體沸騰 相變相變 無相變無相變（4）傳熱面的形狀，大小和位置）傳熱面的形狀，大小和位置形狀：如管、板、管束等；形狀：如管、板、管束等；大?。喝绻軓胶凸荛L等；大?。喝绻軓胶凸荛L等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角位置：如管子的排列方式

26、（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置還是水平放置。形排列）；管或板是垂直放置還是水平放置。（3 3）流動型態(tài)）流動型態(tài) 層流、湍流層流、湍流 湍湍 層層 第6章 傳熱2022-3-22352 對流傳熱系數(shù)的因次分析對流傳熱系數(shù)的因次分析影響對流給熱的因素有：影響對流給熱的因素有： 式中式中 l特性尺寸；特性尺寸； u特征流速。特征流速。通過因次分析，上述通過因次分析，上述8個變量可用個變量可用4 4個無因次個無因次數(shù)群表示。數(shù)群表示。 f(u，l，cp，gt)自然對流特性第6章 傳熱2022-3-2236 lNu duRepcPr223tlgGrNusselt Number ：待定

27、準(zhǔn)數(shù)待定準(zhǔn)數(shù)Reynolds Number :流動型態(tài)對流動型態(tài)對 對流傳熱的影響對流傳熱的影響Prandtl Number :流體物性對流體物性對 對流傳熱的影響對流傳熱的影響Grashof Number :自然對流對自然對流對 對流傳熱的影響對流傳熱的影響Nu=f ( Re, Pr, Gr )第6章 傳熱2022-3-22370.80.023RePrnNu 0.80.023()()pncdud適用范圍：適用范圍： Re10000，0.7Pr160， 606.3.3 無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式1圓形管內(nèi)的強(qiáng)制湍流圓形管內(nèi)的強(qiáng)制湍流流體被加熱時，流體被加熱

28、時，n0.4流體流體被冷卻時，被冷卻時，n0.3 定性溫度定性溫度:221tttm特征尺寸為管內(nèi)徑特征尺寸為管內(nèi)徑di第6章 傳熱2022-3-2238強(qiáng)化措施：強(qiáng)化措施： u, u0.8 d, d-0.2 流體物性的影響：流體物性的影響：，cp0.80.023nnpcud0.80.023()()pncdud第6章 傳熱2022-3-2239(1)(1)高粘度流體（高粘度流體（ 2mPa.s） 14. 0318 . 0)(PrRe027. 0wNu0 . 1)(95. 005. 1)(14. 0冷卻或加熱氣體液體被冷卻液體被加熱wRe10000，0.7Pr60定性溫度取定性

29、溫度取tm；特征尺寸為；特征尺寸為di第6章 傳熱2022-3-2240(2) l/d60，乘以校正因子，乘以校正因子f(3) 過渡流（過渡流（2000Re 3 時C = 1.320.650.1510.60.22830.650.1610.60.29040.650.1510.60.290對第一排管子對第一排管子( (相對于來流方向相對于來流方向) )，不論錯列或是直列，不論錯列或是直列，C C、 和和 n n 都相同，都相同， 值相同；從第二排起，錯列的值相同；從第二排起，錯列的 值較大，值較大， 也較大；在第三排以后，直列和錯列的也較大；在第三排以后，直列和錯列的 值均不再變化。值均不再變化。

30、第6章 傳熱2022-3-2246整個管束：整個管束：iiiAA定性溫度：定性溫度： 適用范圍：適用范圍：70000Re500052 . 11dx52 . 12dx特性尺寸：管的外徑特性尺寸：管的外徑do 221tttm第6章 傳熱2022-3-2247（2）流體在有擋板換熱器管間流動）流體在有擋板換熱器管間流動擋板形式：圓形、圓缺形擋板形式：圓形、圓缺形(a) 圓盤形圓盤形(b) 分流形分流形(c) 弓形弓形(圓缺形圓缺形)第6章 傳熱2022-3-2248殼程流體的對流傳熱系數(shù)（圓缺形）：殼程流體的對流傳熱系數(shù)（圓缺形）： 14. 055. 03/1RePr36. 0WNu定性溫度：定性溫

31、度：正方形排列正方形排列：正三角形排列：正三角形排列：特征尺寸：當(dāng)量直徑特征尺寸：當(dāng)量直徑de221tttm0202)785. 0(4ddtde0202)785. 023(4ddtded0tt第6章 傳熱2022-3-2249max(1)odAhDt流速流速u按流通截面最大處的截面計(jì)算：按流通截面最大處的截面計(jì)算：式中式中 h兩塊折流擋板間距離，兩塊折流擋板間距離，m； D換熱器殼徑，換熱器殼徑，m； do管子的外徑，管子的外徑，m； t相鄰兩管中心距，相鄰兩管中心距，m。第6章 傳熱2022-3-22504. 大空間的自然對流大空間的自然對流nGrCNuPr),(注意：注意： c,n與傳熱面

32、的形狀（管或板）、放置位置（與傳熱面的形狀（管或板）、放置位置（垂直、水平）有關(guān)。垂直、水平）有關(guān)。定性溫度：膜溫，壁溫和流體主體溫度的算術(shù)平均值定性溫度：膜溫，壁溫和流體主體溫度的算術(shù)平均值特征尺寸：垂直的管或板為高度特征尺寸：垂直的管或板為高度 水平管為管外徑水平管為管外徑nptlgcC)(l223第6章 傳熱2022-3-2251沸騰種類沸騰種類 1 1）大容積沸騰）大容積沸騰 2 2）管內(nèi)沸騰）管內(nèi)沸騰 1. 1. 汽泡產(chǎn)生的條件汽泡產(chǎn)生的條件注意：汽泡只在加熱面?zhèn)€別地方產(chǎn)生注意：汽泡只在加熱面?zhèn)€別地方產(chǎn)生過熱度過熱度： t=tt=tW Wt ts s 汽化核心汽化核心：一般為粗糙加熱

33、面的細(xì)小凹縫處一般為粗糙加熱面的細(xì)小凹縫處汽化過程汽化過程：汽化核心：汽化核心生成汽泡生成汽泡長大長大脫離壁面脫離壁面新汽新汽泡形成泡形成攪動液層攪動液層 6.4.1 6.4.1 液體沸騰液體沸騰6.4 沸騰給熱和冷凝給熱沸騰給熱和冷凝給熱第6章 傳熱2022-3-2252過熱度不大，氣泡很少或沒有；氣 泡 產(chǎn)生和 脫 離頻率很快大量氣泡在加熱面上匯合，形成蒸汽膜輻射影響加強(qiáng) log 自然對流 核狀沸騰 膜狀沸騰 過熱度（tw-ts） 2 沸騰曲線沸騰曲線第6章 傳熱2022-3-22536.4.2 沸騰傳熱的影響因素及強(qiáng)化措施沸騰傳熱的影響因素及強(qiáng)化措施,強(qiáng)化措施：加表面活性劑（乙醇、丙酮等

34、）強(qiáng)化措施：加表面活性劑（乙醇、丙酮等）2 溫差溫差 在核狀沸騰階段溫差提高，在核狀沸騰階段溫差提高， stp1 液體的性質(zhì)液體的性質(zhì)3 操作壓強(qiáng)操作壓強(qiáng)第6章 傳熱2022-3-22544 加熱面加熱面 新的、潔凈的、粗糙的加熱面，新的、潔凈的、粗糙的加熱面， 大大 強(qiáng)化措施：將表面腐蝕，燒結(jié)金屬粒強(qiáng)化措施：將表面腐蝕，燒結(jié)金屬粒 加入添加劑（改變表面張力，提高加入添加劑（改變表面張力，提高熱負(fù)荷熱負(fù)荷第6章 傳熱2022-3-22556.4.3 蒸汽冷凝蒸汽冷凝 1 冷凝方式冷凝方式：滴狀冷凝和膜狀冷凝：滴狀冷凝和膜狀冷凝滴膜 第6章 傳熱2022-3-22562 蒸汽冷凝的蒸汽冷凝的 （

35、1） 水平管束外水平管束外413/232725. 0tlngr式中式中 n水平管束在垂直列上的管子數(shù)；水平管束在垂直列上的管子數(shù)； r汽化潛熱（汽化潛熱（ts下），下），kJ/kg。特性尺寸特性尺寸l：管外徑：管外徑do2Wsttt定性溫度：膜溫定性溫度：膜溫 第6章 傳熱2022-3-2257湍流湍流（2） 豎壁或豎管上的冷凝豎壁或豎管上的冷凝層流層流413213. 1tlgr適用條件：適用條件：Re1800特性尺寸特性尺寸l：管或板高：管或板高H定性溫度：膜溫定性溫度：膜溫 4 . 031232Re0077. 0g第6章 傳熱2022-3-22586.4.4 冷凝給熱的影響因素和強(qiáng)化措施冷

36、凝給熱的影響因素和強(qiáng)化措施1 流體物性流體物性 冷凝液冷凝液 ， ；冷凝液冷凝液 ，cp；潛熱潛熱r 2 溫差溫差 液膜層流流動時，液膜層流流動時，t=tstW，溫差越大，溫差越大， 越大越大3 不凝氣體不凝氣體 不凝氣體不凝氣體存在，導(dǎo)致存在，導(dǎo)致 減小減小，定期排放。，定期排放。,第6章 傳熱2022-3-22594 蒸汽流速與流向蒸汽流速與流向 （u10m/s ） 同向時，同向時， ；反向時，；反向時， 5 過熱蒸汽過熱蒸汽 包括冷卻和冷凝兩個過程包括冷卻和冷凝兩個過程，仍按飽和蒸汽計(jì)算，仍按飽和蒸汽計(jì)算。6 冷凝面的形狀和位置冷凝面的形狀和位置 目的：減少冷凝液膜的厚度目的：減少冷凝液

37、膜的厚度 垂直板或管：開縱向溝槽；垂直板或管：開縱向溝槽； 水平管束：可采用錯列水平管束：可采用錯列第6章 傳熱2022-3-2260 有有相相變變無無相相變變 自然對流自然對流管束外管束外水平圓管外水平圓管外外壁外壁湍流湍流層流層流管內(nèi)管內(nèi) 沸騰傳熱沸騰傳熱冷凝傳熱冷凝傳熱注意經(jīng)驗(yàn)式的適用范圍、定性溫度、定性尺寸對流傳熱系數(shù)小結(jié)對流傳熱系數(shù)小結(jié)第6章 傳熱2022-3-2261 的量級的量級 KmWKmW22/10020/255強(qiáng)制對流：強(qiáng)制對流：自然對流：自然對流： KmWKmWKmWKmW2222/250002500/150005000/150001000/1000200水沸騰：水沸騰：

38、蒸汽冷凝：蒸汽冷凝：強(qiáng)制對流：強(qiáng)制對流：自然對流：自然對流：空氣中空氣中水中水中無無相相變變有有相相變變 自自然然強(qiáng)強(qiáng)制制 gl 總之：總之： KmWKmW22/2000500/150050蒸汽冷凝：蒸汽冷凝：強(qiáng)制對流：強(qiáng)制對流：油類中油類中第6章 傳熱2022-3-22626.5 熱輻射熱輻射(Heat Radiation)6.5.1 基本概念基本概念1. 輻射：物體通過電磁波來傳遞能量的過程。輻射：物體通過電磁波來傳遞能量的過程。2. 熱輻射：物體由于熱的原因以電磁波的形式向熱輻射：物體由于熱的原因以電磁波的形式向 外發(fā)射能量的過程。外發(fā)射能量的過程。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 能量傳遞的同時還伴隨著

39、能量形式的轉(zhuǎn)換；能量傳遞的同時還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換； 不需要任何介質(zhì)。不需要任何介質(zhì)。第6章 傳熱2022-3-2263n熱射線在本質(zhì)上與光射線一樣，所不同的是波長范熱射線在本質(zhì)上與光射線一樣，所不同的是波長范圍。圍。n從理論上講，熱輻射的波長范圍為從理論上講，熱輻射的波長范圍為 0 ，但具有，但具有實(shí)際意義的波長為實(shí)際意義的波長為 0.420 m。n可見光：可見光： 0.40.8 m 很高溫度下才有明顯作用很高溫度下才有明顯作用n紅外線：紅外線： 0.820 m 在熱輻射中起決定作用在熱輻射中起決定作用第6章 傳熱2022-3-2264QrQdQaNQ能量守恒定律：能量守恒定律：ardQQ

40、QQ式中 吸收率；吸收率； 反射率；反射率； 透射透射率率。 aQaQrQrQdQdQ1ard 3. 熱輻射對物體的作用熱輻射對物體的作用總能量總能量Q；被物體吸收；被物體吸收Qa ；被反射；被反射Qr ；透過物體；透過物體Qd 第6章 傳熱2022-3-2265黑體：黑體：能全部吸收輻射能的物體能全部吸收輻射能的物體 a=1；無光澤的黑漆表面；無光澤的黑漆表面 a=0.960.98 雪霜雪霜a=0.985, 近似黑體。近似黑體。 鏡體（絕對白體）：鏡體（絕對白體）：能全部反射輻射能的物體能全部反射輻射能的物體 r=1；銅；銅r=0.97。黑白之分不據(jù)顏色黑白之分不據(jù)顏色。 透熱體：透熱體：能

41、全部透過輻射能的物體能全部透過輻射能的物體 d=1。例如。例如He 、N2 、H2 、O2等氣體。等氣體。 上面定義的物體多是理想物體，自然界中并不存在，只是作為一種比較標(biāo)準(zhǔn)上面定義的物體多是理想物體，自然界中并不存在，只是作為一種比較標(biāo)準(zhǔn)而建立。實(shí)際物體，象一般的固體都能部分吸收所有波長范圍的輻射能。而建立。實(shí)際物體，象一般的固體都能部分吸收所有波長范圍的輻射能。 灰體：灰體：能以相同的吸收率能以相同的吸收率a吸收全部（吸收全部（0m）波長輻射能的物體。特點(diǎn)：波長輻射能的物體。特點(diǎn)：其吸收率不隨輻射波長而變，其吸收率不隨輻射波長而變，是不透熱體，是不透熱體，d=0, a+r=1,大多數(shù)工程材

42、料可視大多數(shù)工程材料可視為灰體。為灰體。 工業(yè)上遇到的多數(shù)物體，能部分吸收所有波長的輻射能，但工業(yè)上遇到的多數(shù)物體，能部分吸收所有波長的輻射能，但a不相同，相差不多，不相同，相差不多，可近似視為灰體?？山埔暈榛殷w。4. 4. 黑體、鏡體、透熱體和灰體黑體、鏡體、透熱體和灰體第6章 傳熱2022-3-22666.5.2 物體的輻射能力物體的輻射能力 輻射能輻射能E：物體在一定溫度下，單位表面積，單位：物體在一定溫度下，單位表面積，單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部輻射能（波長從時間內(nèi)所發(fā)射的全部輻射能（波長從0到到），），W/m2。 物體的單色輻射能物體的單色輻射能E0：物體在一定溫度下，發(fā)射：物體在一定

43、溫度下，發(fā)射某某種波長種波長的能力，單位的能力，單位W/m3。輻射能與單色輻射能的關(guān)系：輻射能與單色輻射能的關(guān)系：00EE d2510/1cTcEe普朗克定律普朗克定律第6章 傳熱2022-3-2267Km104387. 1mW10743. 3222161cc其中 0黑體輻射常數(shù)，黑體輻射常數(shù)，5.67 10-8W/(m2 .K4)； C0黑體輻射系數(shù)，黑體輻射系數(shù)，=5.67W/(m2 .K4)斯蒂芬斯蒂芬-波爾茨曼定律波爾茨曼定律1. 黑體黑體44000()100boTEE dTC2510/1cTcEe第6章 傳熱2022-3-2268物體的黑度：物體的黑度： bEE T2E2r1E2r1

44、r2E2r12r2E2r12r22E1, r1, T1E2, r2, T2E1板板1(灰體灰體)板板2(灰體灰體)T1 T2E1r2E1r1r2E1r12r22E1r1r22輻射能可被多次被吸收和反射輻射能可被多次被吸收和反射第6章 傳熱2022-3-2274對于定常輻射過程對于定常輻射過程 (溫度不變溫度不變)：可將灰體理解為對投入輻射全部吸收而輻射能力為可將灰體理解為對投入輻射全部吸收而輻射能力為 Eout 的的“黑黑體體”1outinEEa EinQA EaEoutinQA EE1111outbEQQEEaaAAEin1 211212212outoutQAEAE一般情況下：1111111

45、outbQEEA2222211outbQEEA2121QQQ處于任何相對位置的兩灰體間交換的凈輻射能為：處于任何相對位置的兩灰體間交換的凈輻射能為：EEoutaEin第6章 傳熱2022-3-2275對于封閉系統(tǒng)：對于封閉系統(tǒng)：s 系統(tǒng)黑度C1-2 總輻射系數(shù)2121QQQ112121 212211211111bbAEEQ111111221112s112221AA注意有：44121 21 2100100sTTQCAA1A2A1A2第6章 傳熱2022-3-2276A， 和 C1-2 的計(jì)算方法序號輻射情況面積 A角系數(shù)總輻射系數(shù) C1-21面積極大相距很近的兩平行面A1或A212面積有限且大小

46、相等的兩平行面A113很大的物體2包住物體1A114物體2恰好包住物體1，Aw1=Aw2A115界于3、4兩種情況之間A11111210C111210C11122110AAC021C01C第6章 傳熱2022-3-22773. 影響輻射傳熱的因素影響輻射傳熱的因素(1). 溫度的影響溫度的影響 T4 ， 低溫時可忽略，高溫時可能成為主要方式低溫時可忽略，高溫時可能成為主要方式(2). 幾何位置的影響幾何位置的影響(3). 表面黑度的影響表面黑度的影響 ，可通過改變黑度的大小強(qiáng)化或減小輻射傳熱。，可通過改變黑度的大小強(qiáng)化或減小輻射傳熱。(4). 輻射表面間介質(zhì)的影響輻射表面間介質(zhì)的影響 減小輻射

47、散熱，在兩換熱面加遮熱板（黑度較小的熱減小輻射散熱，在兩換熱面加遮熱板（黑度較小的熱屏）。屏）。第6章 傳熱2022-3-22786.5.4 高溫設(shè)備及管道的熱損失高溫設(shè)備及管道的熱損失對流散熱：對流散熱： ()CCWWQAtt輻射散熱：輻射散熱： 441 2()()100100WRWTTQCA441 2()()()100100WWRWRWWWTttTQCAAtttt總熱損失：總熱損失： ()()()CRCRWWTWWQQQAttAtt式中式中 T對流對流-輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)，輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)，W/(m2.K)。 第6章 傳熱2022-3-2279空氣自然對流，當(dāng)空氣自然對流，當(dāng)tW1500C時

48、時平壁保溫層外平壁保溫層外)(07. 08 . 9ttWT)(052. 04 . 9ttWT(2) 空氣沿粗糙壁面強(qiáng)制對流空氣沿粗糙壁面強(qiáng)制對流空氣速度空氣速度u5m/s時時 第6章 傳熱2022-3-22801 熱量衡算熱量衡算無熱損失：無熱損失：放吸QQ熱流體qm1, T1,cp1T2冷流體qm2, t1,cp2t2 6.6 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算6.6.1 傳熱過程數(shù)學(xué)描述傳熱過程數(shù)學(xué)描述第6章 傳熱2022-3-2281（1 1）. .無相變無相變 11122221mpmpQq cTTq ctt式中式中 Q 熱冷流體放出或吸收的熱量，熱冷流體放出或吸收的熱量，J/s； qm1, qm

49、2熱、冷流體的質(zhì)量流量，熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s； cp1,cp2 熱、冷流體的比熱容，熱、冷流體的比熱容， J/(s. ) ； 第6章 傳熱2022-3-2282（2 2）. .相變相變 12221mmpQq rq ctt式中式中 r 熱流體的汽化潛熱，熱流體的汽化潛熱，kJ/kg； TS 熱流體的飽和溫度，熱流體的飽和溫度，。冷凝傳熱冷凝傳熱1122221mpsmpQqrcTTq ctt（3）冷凝變溫傳熱）冷凝變溫傳熱第6章 傳熱2022-3-2283 熱流體熱流體間壁側(cè)：熱對流：間壁側(cè)：熱對流： 間壁間壁間壁：熱傳導(dǎo)：間壁：熱傳導(dǎo)：間壁間壁冷流體：熱對流：冷流體：熱對流：11TTW

50、QA()mWWQA Tt22()WQA tt2 總傳熱速率方程總傳熱速率方程三個串聯(lián)傳熱環(huán)節(jié)：三個串聯(lián)傳熱環(huán)節(jié)：第6章 傳熱2022-3-22841 1221 12211111wwwwmmT TTtttT tT tQAAAAAAKA總推動力總熱阻式中 A 可取 A1、Am、A2等。-總傳熱速率方程傳熱溫差 ()QKA TtKA t總傳熱系數(shù)，單位總傳熱系數(shù)，單位W/m2K T Tw tw t T1T2t1t2第6章 傳熱2022-3-22851122111mKAAAAT Tw tw t 對于圓形管道：當(dāng)對于圓形管道：當(dāng)A以外徑做基準(zhǔn)時，即：以外徑做基準(zhǔn)時，即：22A=Ad L12122111d

51、dddmK12221112dd11(ln)d2ddK或1 總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)6.6.2 總傳熱系數(shù)和傳熱溫度差總傳熱系數(shù)和傳熱溫度差第6章 傳熱2022-3-2286若導(dǎo)熱熱阻很小若導(dǎo)熱熱阻很小總傳熱系數(shù)總是更接近總傳熱系數(shù)總是更接近數(shù)值較小數(shù)值較小的給熱系數(shù)，欲提高的給熱系數(shù)，欲提高K K值，關(guān)鍵是提高值，關(guān)鍵是提高較小的給熱系數(shù)。較小的給熱系數(shù)。12111K21111K211K若若1 12 22K當(dāng)管壁較薄時，當(dāng)管壁較薄時，d1=d2=dm, A1=A2=Am12111K12221112dd11(ln)d2ddK第6章 傳熱2022-3-2287獲取獲取K K的途徑的途徑 查取查取K值值

52、 在有關(guān)傳熱手冊和專著中載有某些情況下在有關(guān)傳熱手冊和專著中載有某些情況下K的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，但應(yīng)選用工藝條件接近、傳熱設(shè)備類似的較為成熟的經(jīng)驗(yàn)但應(yīng)選用工藝條件接近、傳熱設(shè)備類似的較為成熟的經(jīng)驗(yàn)K值作為設(shè)計(jì)依值作為設(shè)計(jì)依據(jù)，下表列出了一些條件下經(jīng)驗(yàn)據(jù)，下表列出了一些條件下經(jīng)驗(yàn)K值的大致范圍，供設(shè)計(jì)時參考。值的大致范圍，供設(shè)計(jì)時參考。 實(shí)驗(yàn)測定實(shí)驗(yàn)測定 通過實(shí)驗(yàn)測定現(xiàn)有換熱器的流量和溫度，由傳熱基本方程計(jì)算通過實(shí)驗(yàn)測定現(xiàn)有換熱器的流量和溫度，由傳熱基本方程計(jì)算K值：值：實(shí)驗(yàn)測定可以獲得較為可靠的實(shí)驗(yàn)測定可以獲得較為可靠的K值。值。由計(jì)算方法得到的由計(jì)算方法得到的K值往往與查取值往往與查取的

53、和實(shí)測的的和實(shí)測的K值相差較大，這主要是由于計(jì)算給熱系數(shù)值相差較大，這主要是由于計(jì)算給熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式有一定的關(guān)聯(lián)式有一定誤差和污垢熱阻不易估計(jì)準(zhǔn)確等原因所致，因此，使用計(jì)算的誤差和污垢熱阻不易估計(jì)準(zhǔn)確等原因所致，因此，使用計(jì)算的K值時應(yīng)值時應(yīng)慎重，最好與另外兩種方法作對照，以確定合理的慎重，最好與另外兩種方法作對照，以確定合理的K值。值。QKA t第6章 傳熱2022-3-2288列管換熱器總傳熱系數(shù)列管換熱器總傳熱系數(shù)K K的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)流體種類流體種類總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K W/(m2K)水水氣體氣體1260水水水水8001800水水煤油煤油350左右左右水水有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑2808

54、50氣體氣體氣體氣體1235飽和水蒸氣飽和水蒸氣水水14004700飽和水蒸氣飽和水蒸氣氣體氣體30300飽和水蒸氣飽和水蒸氣油油60350飽和水蒸氣飽和水蒸氣沸騰油沸騰油290870第6章 傳熱2022-3-2289(1) 恒溫傳熱恒溫傳熱mttTt（2） 變溫傳熱變溫傳熱 t與流體流向有關(guān)與流體流向有關(guān)2 傳熱溫度差傳熱溫度差逆流逆流并流并流錯流錯流折流折流T Tw tw t 第6章 傳熱2022-3-22901) 逆流和并流逆流和并流t2t1T1T2t1t2T1T2 t2tAt1T2T1 t2tAt1T2T1逆流逆流并流并流第6章 傳熱2022-3-2291假設(shè)：假設(shè)： 1）定態(tài)傳熱、定

55、態(tài)流動，）定態(tài)傳熱、定態(tài)流動，qm1、 qm2一定一定 2）cp1、cp2為常數(shù)，為進(jìn)出口平均溫度下的平均值為常數(shù)，為進(jìn)出口平均溫度下的平均值3）K沿管長不變化。沿管長不變化。4）熱損失忽略不計(jì)。）熱損失忽略不計(jì)。1212lnmtttttt 211tTt122tTt逆流逆流111tTt222tTt并流并流第6章 傳熱2022-3-2292 沿傳熱面的局部溫度差（沿傳熱面的局部溫度差（T-t）是變化的，所以在計(jì)算傳熱）是變化的，所以在計(jì)算傳熱速率時必須用速率時必須用積分的方法求出整個傳熱面上積分的方法求出整個傳熱面上的平均溫度差的平均溫度差 tm。 如圖所示，如圖所示，熱流體的質(zhì)量流量熱流體的質(zhì)

56、量流量qm1，比熱容比熱容cp1，進(jìn)出口溫度為，進(jìn)出口溫度為T1、T2；冷流體的質(zhì)量流量冷流體的質(zhì)量流量qm2，比熱容，比熱容cp2，進(jìn)出口溫度為進(jìn)出口溫度為t1、t2。 現(xiàn)取換熱器中一微元段為研現(xiàn)取換熱器中一微元段為研究對象，其傳熱面積為究對象，其傳熱面積為dA，在，在dA內(nèi)熱流體因放出熱量溫度下降內(nèi)熱流體因放出熱量溫度下降dT，冷流體因吸收熱量溫度升高冷流體因吸收熱量溫度升高dt，傳熱量為傳熱量為dQ。以逆流為例的以逆流為例的 tm的推導(dǎo)的推導(dǎo)*第6章 傳熱2022-3-2293dA段熱量衡算的微分式：段熱量衡算的微分式： dA段傳熱速率方程的微分式：段傳熱速率方程的微分式： 1212mp

57、mpdQq c dTq c dt ()dQK Tt dA1212()mpmpdQq c dTq c dtK Tt dA 12121212()()1/1/(1/1/)mpmpmpmpdTdtd TtK Tt dAq cq cq cq c1212221121tttTttTtTT逆流：逆流： 邊界條件：邊界條件：A=0時，時，A=A時，時，211tTt122tTt第6章 傳熱2022-3-22942112211201212()()(1/1/)(1/1/)Attmpmpttmpmpd TtKdATtq cq cd ttq cq c1211221ln(1/1/)mpmptKAq cq ct對整個換熱器做

58、熱量衡算：對整個換熱器做熱量衡算： 12112221()()mpmpQq cTTq ctt1212211211; mpmpTTttq cQq cQ得：得：第6章 傳熱2022-3-2295112211221122()()()()lntTTttTtTtttKAKAKAtQQQ 1212lnmttQKAKA ttt 即：即：2121lntttttm對數(shù)平均溫差對數(shù)平均溫差 1t進(jìn)口處的溫差進(jìn)口處的溫差。 2t出口處的溫差。出口處的溫差。 第6章 傳熱2022-3-2296例：例：在一單殼單管程無折流擋板的列管式換熱器中，在一單殼單管程無折流擋板的列管式換熱器中，用冷卻水將熱流體由用冷卻水將熱流體由

59、100冷卻至冷卻至40，冷卻水進(jìn)口，冷卻水進(jìn)口溫度溫度15，出口溫度，出口溫度30，試求在這種溫度條件下，試求在這種溫度條件下，逆流和并流的平均溫度差。逆流和并流的平均溫度差。第6章 傳熱2022-3-2297解解 ： 逆流時：逆流時： 熱流體：熱流體： 40100 冷流體：冷流體： 15 30 70 251212,lntttttm逆2570ln2570C07 .43并流時：并流時： 熱流體熱流體 ：冷流體冷流體 ：40100 301585 101212,lntttttm并1085ln1085C035第6章 傳熱2022-3-2298例例6-4 在套管式油冷卻器里，熱油在在套管式油冷卻器里，熱

60、油在252.5mm的金屬管內(nèi)流動，的金屬管內(nèi)流動，冷卻水在套管環(huán)隙內(nèi)流動，油和水的質(zhì)量流量皆為冷卻水在套管環(huán)隙內(nèi)流動，油和水的質(zhì)量流量皆為216kg/h，油的進(jìn)、，油的進(jìn)、出口溫度分別為出口溫度分別為150和和80，水的進(jìn)口溫度為，水的進(jìn)口溫度為20。油側(cè)對流傳熱。油側(cè)對流傳熱系數(shù)為系數(shù)為1.5kw /( K) ，水側(cè)的對流傳熱系數(shù)為，水側(cè)的對流傳熱系數(shù)為3.5kw /( K) ，油的比，油的比熱為熱為2.0kJ /(kg K) ，試分別計(jì)算逆流和并流操作所需要的管長。忽略，試分別計(jì)算逆流和并流操作所需要的管長。忽略污垢熱阻及管壁導(dǎo)熱熱阻。污垢熱阻及管壁導(dǎo)熱熱阻。 水 t2 2=3.5kW/m