第三章 傳熱及傳熱設(shè)備

1、安全工程專業(yè)專業(yè)基礎(chǔ)課安全工程專業(yè)專業(yè)基礎(chǔ)課安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件本章重點(diǎn)掌握三種傳熱方式的基本定律和計(jì)算方法。掌握三種傳熱方式的基本定律和計(jì)算方法。重點(diǎn)掌握對(duì)流傳熱及其計(jì)算。重點(diǎn)掌握對(duì)流傳熱及其計(jì)算。了解換熱器的類型、結(jié)構(gòu)。掌握列管式換熱器的結(jié)構(gòu)、了解換熱器的類型、結(jié)構(gòu)。掌握列管式換熱器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)及選用。設(shè)計(jì)及選用。了解新型換熱器的結(jié)構(gòu)及原理。掌握強(qiáng)化傳熱的途徑。了解新型換熱器的結(jié)構(gòu)及原理。掌握強(qiáng)化傳熱的途徑。安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件本章主要內(nèi)容n第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)n第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱n第四節(jié)第四節(jié) 傳熱計(jì)算傳熱計(jì)算n第五章第五

2、章 輻射傳熱輻射傳熱n第六章第六章 換熱器換熱器n小結(jié)、習(xí)題課小結(jié)、習(xí)題課安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 化工生產(chǎn)需要大規(guī)模地改變物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，化工生產(chǎn)需要大規(guī)模地改變物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，這些性質(zhì)的變化都涉及熱能的傳遞。這些性質(zhì)的變化都涉及熱能的傳遞。 化學(xué)反應(yīng)：向反應(yīng)器提供熱量或從反應(yīng)器移走熱量；蒸發(fā)、化學(xué)反應(yīng)：向反應(yīng)器提供熱量或從反應(yīng)器移走熱量；蒸發(fā)、蒸餾、干燥：按一定的速率向這些設(shè)備輸入熱量；高溫或蒸餾、干燥：按一定的速率向這些設(shè)備輸入熱量；高溫或低溫設(shè)備：隔熱保溫，減少熱損失；熱能的合理利用和廢低溫設(shè)備

3、：隔熱保溫，減少熱損失；熱能的合理利用和廢熱回收。熱回收?；どa(chǎn)的傳熱問題化工生產(chǎn)的傳熱問題安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件熱傳導(dǎo)：熱傳導(dǎo)：依靠物體中微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)，如固體中的傳熱；依靠物體中微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)，如固體中的傳熱；熱對(duì)流：熱對(duì)流：流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）發(fā)生宏觀相對(duì)位移而引起的傳熱流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）發(fā)生宏觀相對(duì)位移而引起的傳熱現(xiàn)象，對(duì)流傳熱只能發(fā)生在流體中，通常把傳熱表現(xiàn)象，對(duì)流傳熱只能發(fā)生在流體中，通常把傳熱表面與接觸流體的傳熱也稱為對(duì)流傳熱；面與接觸流體的傳熱也稱為對(duì)流傳熱；熱輻射：熱輻射：高溫物體以電磁波的形式進(jìn)行的一種傳熱現(xiàn)象熱輻高溫物體以電磁波的形式進(jìn)行的一種傳熱現(xiàn)象熱輻射不需

4、要任何介質(zhì)作媒介。在高溫情況下，輻射傳射不需要任何介質(zhì)作媒介。在高溫情況下，輻射傳熱成為主要傳熱方式。熱成為主要傳熱方式。 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 （一）熱傳導(dǎo)（一）熱傳導(dǎo) 氣體氣體 分子做不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果；分子做不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果； 固體固體 導(dǎo)電體：自由電子在晶格間的運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)電體：自由電子在晶格間的運(yùn)動(dòng)； 非導(dǎo)電體：通過晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)；非導(dǎo)電體：通過晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)； 液體液體 機(jī)理復(fù)雜。機(jī)理復(fù)雜。 特點(diǎn)：靜止介質(zhì)中的傳熱，沒有物質(zhì)的宏觀位移。特點(diǎn)：靜止介質(zhì)中的傳熱，沒有物質(zhì)的宏觀位移。第

5、三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件（二）熱對(duì)流（二）熱對(duì)流n自然對(duì)流：由于流體內(nèi)溫度不同造成的浮升力引起的流動(dòng)。自然對(duì)流：由于流體內(nèi)溫度不同造成的浮升力引起的流動(dòng)。n強(qiáng)制對(duì)流：流體受外力作用而引起的流動(dòng)。強(qiáng)制對(duì)流：流體受外力作用而引起的流動(dòng)。n特點(diǎn)：流動(dòng)介質(zhì)中的傳熱，流體作宏觀運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：流動(dòng)介質(zhì)中的傳熱，流體作宏觀運(yùn)動(dòng)。（三）熱輻射（三）熱輻射n物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射。物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射。n能量轉(zhuǎn)移、能量形式的轉(zhuǎn)化。能量轉(zhuǎn)移、能量形式的轉(zhuǎn)化。n不需要任何物質(zhì)作媒介不需要任何物質(zhì)作媒介 。第三章

6、第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件二、典型的換熱設(shè)備 直接混合式傳熱：冷熱兩種流體直接接觸，在混合直接混合式傳熱：冷熱兩種流體直接接觸，在混合過程中進(jìn)行熱交換。不常用，如涼水塔。過程中進(jìn)行熱交換。不常用，如涼水塔。 間壁式換熱：參與傳熱的兩種流體被隔開在固體間間壁式換熱：參與傳熱的兩種流體被隔開在固體間壁的兩側(cè)，冷、熱兩流體在不直接接觸的條件下通過固壁的兩側(cè)，冷、熱兩流體在不直接接觸的條件下通過固體間壁進(jìn)行熱量的交換。體間壁進(jìn)行熱量的交換。套管式換熱器 冷溶液進(jìn) 冷溶液出 熱溶液進(jìn)熱溶液出第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第

7、一節(jié) 概述概述安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件列管式換熱器 單程列管式換熱器 雙程列管式換熱器 1 2 3 3 6 6 5 445 7二典型的換熱設(shè)備第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件傳熱過程的基本問題 載熱體用量的確定； 設(shè)計(jì)新的換熱器； 核算現(xiàn)有換熱器的傳熱性能； 強(qiáng)化或削弱傳熱的方法。 解決這些問題需要兩個(gè)基本關(guān)系式若忽略過程熱損失吸放QQ傳熱速率(熱流量) Q ：單位時(shí)間內(nèi)所交換的熱量(W)傳熱通量(熱流密度) q：單位時(shí)間單位傳熱面積上傳遞的熱量(W/m2)第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述安

8、全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述（一）間壁式換熱器（一）間壁式換熱器三、流體通過間壁換熱過程三、流體通過間壁換熱過程冷流體冷流體t1t2熱流體熱流體T1T2夾套式換熱器夾套式換熱器安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件傳熱速率傳熱速率Q（熱流量）：單位時(shí)間內(nèi)通過換熱器的整個(gè)傳（熱流量）：單位時(shí)間內(nèi)通過換熱器的整個(gè)傳熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位 J/s或或W。熱流密度熱流密度q （熱通量）（熱通量） ：單位時(shí)間內(nèi)通過單位傳熱面積傳：單位時(shí)間內(nèi)通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位遞的熱量，單位 J/(s. m2)或或W/m2。（二）傳

9、熱速率與熱流密度（二）傳熱速率與熱流密度AQq 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件（三）穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱（三）穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱 非穩(wěn)態(tài)傳熱非穩(wěn)態(tài)傳熱 ,zyxftqQ 穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱 zyxftqQ, 0 t第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件管壁內(nèi)側(cè)管壁內(nèi)側(cè)熱流體熱流體對(duì)流對(duì)流)(1)1(Q（四）兩流體通過間壁的傳熱過程（四）兩流體通過間壁的傳熱過程t2t1T1T2對(duì)流對(duì)流對(duì)流對(duì)流 傳導(dǎo)傳導(dǎo)冷冷流流體體Q熱熱流流體體管壁外側(cè)管壁外側(cè)管壁內(nèi)側(cè)管壁內(nèi)側(cè)熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo))(2)2

10、(Q冷冷流流體體管管壁壁外外側(cè)側(cè)對(duì)對(duì)流流)(3)3(Q穩(wěn)態(tài)傳熱：穩(wěn)態(tài)傳熱：QQQQ 321第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件式中式中 tm兩流體的平均溫度差，兩流體的平均溫度差，或或K； A傳熱面積，傳熱面積，m2； K總傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)，W/(m2)或或W/(m2K)。總總熱熱阻阻總總傳傳熱熱推推動(dòng)動(dòng)力力 KAttKAQ/1mm（五）總傳熱速率方程（五）總傳熱速率方程第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳

11、導(dǎo)一、熱傳導(dǎo)基本概念一、熱傳導(dǎo)基本概念溫度場(chǎng)：某時(shí)刻，物體或空間各點(diǎn)的溫度分布。溫度場(chǎng)：某時(shí)刻，物體或空間各點(diǎn)的溫度分布。 （一）溫度場(chǎng)和等溫面（一）溫度場(chǎng)和等溫面非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng) ,zyxft 穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng) zyxft,等溫面：在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)中所有溫度相同的點(diǎn)等溫面：在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)中所有溫度相同的點(diǎn) 組成的面。組成的面。 不同溫度的等溫面不相交。不同溫度的等溫面不相交。安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件（二）溫度梯度（二）溫度梯度 ntnttgradn 0limn n xt+ ttxnt Q 方向：法線方向，以溫度增加的方向?yàn)檎?。方向：法線方向，以溫度增加的方向?yàn)檎?。?/p>

12、三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)溫度梯度：兩等溫面的溫度差與其溫度梯度：兩等溫面的溫度差與其間的法線距離之比稱為溫度梯度，間的法線距離之比稱為溫度梯度，即即:安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件ntAQ dd 式中式中 dQ 熱傳導(dǎo)速率，熱傳導(dǎo)速率，W或或J/s； dA 導(dǎo)熱面積，導(dǎo)熱面積，m2； t/ n 溫度梯度，溫度梯度，/m或或K/m； 導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m)或或W/(mK)。 負(fù)號(hào)表示傳熱方向與溫度梯度方向相反負(fù)號(hào)表示傳熱方向與溫度梯度方向相反第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)單位時(shí)間通過單位面積的熱流量與其溫度

13、梯度成正比，單位時(shí)間通過單位面積的熱流量與其溫度梯度成正比，即即:二、傅里葉定律二、傅里葉定律Fourier安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)三、熱導(dǎo)率三、熱導(dǎo)率/熱傳導(dǎo)系數(shù)熱傳導(dǎo)系數(shù)熱導(dǎo)率：熱導(dǎo)率：表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的物理量，稱為熱導(dǎo)率。表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的物理量，稱為熱導(dǎo)率。熱導(dǎo)率的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、壓力和溫度有關(guān)熱導(dǎo)率的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、壓力和溫度有關(guān)固體的熱導(dǎo)率：固體的熱導(dǎo)率：金屬的熱導(dǎo)率較大，且隨溫度升高而略有下金屬的熱導(dǎo)率較大，且隨溫度升高而略有下降；非金屬的熱導(dǎo)率較小，且一般隨溫升而增。在不是特

14、別降；非金屬的熱導(dǎo)率較小，且一般隨溫升而增。在不是特別精確的計(jì)算時(shí)，我們可認(rèn)為固體的熱導(dǎo)率是常數(shù)。精確的計(jì)算時(shí)，我們可認(rèn)為固體的熱導(dǎo)率是常數(shù)。液體的熱導(dǎo)率：液體的熱導(dǎo)率：非金屬液體中水的熱導(dǎo)率最大。除水和甘油非金屬液體中水的熱導(dǎo)率最大。除水和甘油外，熱導(dǎo)率隨溫升而降。外，熱導(dǎo)率隨溫升而降。氣體的熱導(dǎo)率：氣體的熱導(dǎo)率：氣體的熱導(dǎo)率很小，不利于傳熱而有利于保氣體的熱導(dǎo)率很小，不利于傳熱而有利于保溫。故一般的保溫材料都是多孔的。溫。故一般的保溫材料都是多孔的。安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件ntqntdAdQ / 在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量 = f(結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

15、, 組成組成, 密度密度, 溫度溫度, 壓力）壓力） 金屬固體金屬固體 非金屬固體非金屬固體 液體液體 氣體氣體 表征材料導(dǎo)熱性能的表征材料導(dǎo)熱性能的物性物性參數(shù)參數(shù)三、熱傳導(dǎo)系數(shù)三、熱傳導(dǎo)系數(shù)第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件1.固體固體熱傳導(dǎo)系數(shù)熱傳導(dǎo)系數(shù)/ /熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率 金屬材料金屬材料 10102 W/(mK) 建筑材料建筑材料 10-110 W/(mK) 絕熱材料絕熱材料 10-210-1 W/(mK)1(0at 在一定溫度范圍內(nèi)：在一定溫度范圍內(nèi)：對(duì)大多數(shù)金屬材料對(duì)大多數(shù)金屬材料a 0 ， t 第三章第三章 傳熱及

16、傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件2.液體液體熱傳導(dǎo)系數(shù)熱傳導(dǎo)系數(shù)/熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率 金屬液體金屬液體 較高，非金屬液體較高，非金屬液體 低；低； 非金屬液體水的非金屬液體水的 最大；最大； 水和甘油：水和甘油：t ， 其它液體：其它液體：t ，0.090.6 W/(mK)第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件3.氣體氣體熱傳導(dǎo)系數(shù)熱傳導(dǎo)系數(shù)/熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率 t ， 一般情況下，一般情況下， 隨隨p的變化可忽略；的變化可忽略； 氣體不利于導(dǎo)熱，有利于保溫或隔熱。氣體不利于導(dǎo)熱，有利于保溫或隔熱

17、。0.0060.4 W/(mK)第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)n4.熱傳導(dǎo)系數(shù)與溫度的關(guān)系熱傳導(dǎo)系數(shù)與溫度的關(guān)系n二者基本上呈直線關(guān)系，金屬和體液的熱傳導(dǎo)系數(shù)隨二者基本上呈直線關(guān)系，金屬和體液的熱傳導(dǎo)系數(shù)隨溫度增加而減少溫度增加而減少(水例外水例外)，氣體與非金屬熱傳導(dǎo)系數(shù)隨，氣體與非金屬熱傳導(dǎo)系數(shù)隨溫度增加而增加。溫度增加而增加。n5.熱傳導(dǎo)系數(shù)與壓強(qiáng)關(guān)系熱傳導(dǎo)系數(shù)與壓強(qiáng)關(guān)系n固體和液體的熱傳導(dǎo)系數(shù)與壓強(qiáng)基本無關(guān)，氣體在壓固體和液體的熱傳導(dǎo)系數(shù)與壓強(qiáng)基本無

18、關(guān)，氣體在壓強(qiáng)很高強(qiáng)很高(大于大于200MPa) 或很低或很低(小于小于2700Pa)時(shí)熱傳導(dǎo)系時(shí)熱傳導(dǎo)系數(shù)隨壓強(qiáng)增加而增大或隨壓強(qiáng)降低而減小。數(shù)隨壓強(qiáng)增加而增大或隨壓強(qiáng)降低而減小。安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件t1t2btxdxQ （一）單層平壁熱傳導(dǎo)（一）單層平壁熱傳導(dǎo) 假設(shè)：假設(shè)：材料均勻，材料均勻， 為常數(shù)；為常數(shù)；一維溫度場(chǎng)，一維溫度場(chǎng)，t沿沿x變化；變化； A/b很大，忽略端損失。很大，忽略端損失。第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)四、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)四、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件xtAntAQdd 210ttbAdtQdx

19、 )(21ttbAQ 積分：積分：熱熱阻阻推推動(dòng)動(dòng)力力 RtAbttQ 21第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 （二）多層平壁熱傳導(dǎo)二）多層平壁熱傳導(dǎo)假設(shè)：假設(shè)：各層接觸良好，接觸面各層接觸良好，接觸面兩側(cè)溫度相同。兩側(cè)溫度相同。t1t2b11txb2b323t2t4t3第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件AbttAbttAbttQ334322321121 總總熱熱阻阻總總推推動(dòng)動(dòng)力力 iRttAbAbAbttt41332211321 321332211433221

20、:RRRAbAbAbtttttt 各層的溫差各層的溫差第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件結(jié)論：結(jié)論： 多層平壁熱傳導(dǎo)，總推動(dòng)力為各層推動(dòng)力之和，總多層平壁熱傳導(dǎo)，總推動(dòng)力為各層推動(dòng)力之和，總熱阻為各層熱阻之和；熱阻為各層熱阻之和； 各層溫差與熱阻成正比。各層溫差與熱阻成正比。推廣至推廣至n層：層： niiinniiiAbttAbtQ1111 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 （一）單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)（一）單層圓筒壁的熱傳導(dǎo) 特點(diǎn)特點(diǎn)：傳熱面積隨半徑變化，傳熱面積

21、隨半徑變化， A=2 rl(1)(2) 一維溫度場(chǎng)，一維溫度場(chǎng)，t沿沿r變化。變化。第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)五、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)五、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件在半徑在半徑r處取處取dr同心薄層圓筒同心薄層圓筒rtrlrtAQdddd 2 積分積分 21212ttrrrldtQdr 1221ln)(2rrttlQ 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件討論：討論：RttlrrttQ2112212ln 1212ln2AAAAlrAmm 12rrb 對(duì)數(shù)平均面積對(duì)數(shù)平均

22、面積熱阻熱阻令令1212lnrrrrrm 對(duì)數(shù)平均半徑對(duì)數(shù)平均半徑1212122lnrrrrlrrR mAb 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)mAbttQ 21 又又rr212一般一般 時(shí)，時(shí)，221rrrm 安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 （二）多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)（二）多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 31141343432323212121ln1)(2ln1)(2ln1)(2ln1)(2iiiirrttlrrttlrrttlrrttlQ 三層：三層：n n層圓筒壁：層

23、圓筒壁： niinniiiinniiiinRttAbttrrttlQ1111111111ln1)(2m 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件1.對(duì)流傳熱過程對(duì)流傳熱過程dAqm2， t2qm1，T1qm2，t1 qm1， T2第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱一、對(duì)流傳熱及其類型一、對(duì)流傳熱及其類型流體流過與流體平均溫度不同的流體流過與流體平均溫度不同的固體壁面時(shí)的熱交換過程在工程固體壁面時(shí)的熱交換過程在工程上稱為對(duì)流傳熱或上稱為對(duì)流傳熱或“傳熱傳熱”過程。過程。安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課

24、件ttWTWTA2A1傳熱壁傳熱壁冷流體冷流體熱流體熱流體 T tl 湍流主體湍流主體溫度梯度小，熱對(duì)流為主溫度梯度小，熱對(duì)流為主l 層流內(nèi)層層流內(nèi)層溫度梯度大，熱傳導(dǎo)為主溫度梯度大，熱傳導(dǎo)為主l 過渡區(qū)域過渡區(qū)域熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流均起作用熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流均起作用第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱n對(duì)流傳熱過程大致可分四種基本類型對(duì)流傳熱過程大致可分四種基本類型n(1) 流體強(qiáng)制對(duì)流傳熱流體強(qiáng)制對(duì)流傳熱 若由于若由于水泵水泵、風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)或其它外力作用引起流體運(yùn)動(dòng)

25、，或其它外力作用引起流體運(yùn)動(dòng)，則稱為強(qiáng)制對(duì)流。則稱為強(qiáng)制對(duì)流。 n(2) 流體自然對(duì)流傳熱流體自然對(duì)流傳熱 若由于運(yùn)動(dòng)是因流體內(nèi)部各處溫度不同引起局部密若由于運(yùn)動(dòng)是因流體內(nèi)部各處溫度不同引起局部密度差異所致，則稱為度差異所致，則稱為自然對(duì)流自然對(duì)流。 2.對(duì)流傳熱的類型對(duì)流傳熱的類型安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱n(3) 蒸汽冷凝傳熱蒸汽冷凝傳熱n蒸汽遇到溫度低于其飽和溫度的冷固體壁面時(shí)，蒸汽蒸汽遇到溫度低于其飽和溫度的冷固體壁面時(shí)，蒸汽放熱并凝成液體，冷凝液在重力作用下沿壁面流下，放熱并凝成液體，冷凝液在重力作用下沿壁

26、面流下，這種傳熱類型叫蒸汽冷凝傳熱。這種傳熱類型叫蒸汽冷凝傳熱。n(4) 液體沸騰傳熱液體沸騰傳熱n液體從固體壁面取得熱量而沸騰，在液體內(nèi)部產(chǎn)生氣液體從固體壁面取得熱量而沸騰，在液體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，氣泡在浮升時(shí)因繼續(xù)發(fā)生液體氣化而長大的傳熱泡，氣泡在浮升時(shí)因繼續(xù)發(fā)生液體氣化而長大的傳熱類型叫液體沸騰傳熱。類型叫液體沸騰傳熱。n(1)(2)類型的傳熱為液體無相變的傳熱，類型的傳熱為液體無相變的傳熱，(3)(4)類型的傳類型的傳熱為流體有相變的傳熱。熱為流體有相變的傳熱。2.對(duì)流傳熱的類型對(duì)流傳熱的類型安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)

27、流傳熱二、對(duì)流傳熱速率與對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)二、對(duì)流傳熱速率與對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)式中式中 Q 對(duì)流傳熱速率對(duì)流傳熱速率，W； 1 、 2 熱、冷流體的熱、冷流體的對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù)， W/(m2K)； T 、TW、t、tW 熱、冷流體的熱、冷流體的平均平均溫度及溫度及平均平均壁溫，壁溫，。 )(11WTTAQ )(22ttAQW 冷流體：冷流體：熱流體：熱流體：牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件三、三、對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 的影響因素的影響因素第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱n1.流體的流動(dòng)狀態(tài)流體的流動(dòng)狀態(tài)n 湍流湍流

28、 層流層流n2.引起流動(dòng)的原因引起流動(dòng)的原因n自然對(duì)流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動(dòng)。自然對(duì)流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動(dòng)。n強(qiáng)制對(duì)流：由于外力和壓差而引起的流動(dòng)。強(qiáng)制對(duì)流：由于外力和壓差而引起的流動(dòng)。n 強(qiáng)制強(qiáng)制 自然自然 安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件自然對(duì)流的產(chǎn)生：自然對(duì)流的產(chǎn)生：設(shè)設(shè) 熱處：熱處：t2， 2； 冷處冷處：t1， 1 體積膨脹系數(shù)，體積膨脹系數(shù)，1/ C.tVVV 112 )1(12tVV 或或而而22 mV 11 mV 得：得：或或)1(21t ) t1(1112 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安

29、全工程專業(yè)課件由溫度差而產(chǎn)生的單位體積的升力：由溫度差而產(chǎn)生的單位體積的升力： tggtg 22221)1(加熱板加熱板冷卻板冷卻板第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件5. 是否發(fā)生相變是否發(fā)生相變 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 形狀形狀管、板、管束等；管、板、管束等； 大小大小管徑、管長、板厚等；管徑、管長、板厚等； 位置位置管子的排列方式，垂直或水平放置。管子的排列方式，垂直或水平放置。3.流體的物性流體的物性 cp-單位體積流體所具有的熱容量，單位體積流體所具有的熱容量，

30、-粘度粘度， -熱傳導(dǎo)系數(shù)熱傳導(dǎo)系數(shù)，-體積膨脹系數(shù)。體積膨脹系數(shù)。第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱n6.流體的溫度流體的溫度n溫度升高，附加的自然對(duì)流強(qiáng)度增大。溫度升高，附加的自然對(duì)流強(qiáng)度增大。n7.溫度邊界層溫度邊界層n假定以流體溫度假定以流體溫度t滿足滿足tw-t=0.99(tw-t )的等溫面為分界的等溫面為分界面，在此分界面與壁面間的流動(dòng)層稱為面，在此分界面與壁面間的流動(dòng)層稱為溫度邊界層溫度邊界層，通常對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)等于流體熱傳導(dǎo)系數(shù)與有效

31、層通常對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)等于流體熱傳導(dǎo)系數(shù)與有效層流膜厚度之商，但有效層流膜厚度難以確定，因此要流膜厚度之商，但有效層流膜厚度難以確定，因此要靠實(shí)驗(yàn)測(cè)得?？繉?shí)驗(yàn)測(cè)得。安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件四、對(duì)流傳熱的特征數(shù)及特征數(shù)關(guān)聯(lián)式的確定方法四、對(duì)流傳熱的特征數(shù)及特征數(shù)關(guān)聯(lián)式的確定方法1. 用量綱分析法確定有關(guān)特征數(shù)用量綱分析法確定有關(guān)特征數(shù)變量數(shù)目：變量數(shù)目： 8個(gè)個(gè)基本量綱基本量綱 4個(gè)：長度個(gè)：長度L，時(shí)間，時(shí)間T，質(zhì)量，質(zhì)量M，溫度，溫度 無量綱特征數(shù)無量綱特征數(shù)（8-4）=4),(LtgCufp無相變時(shí)無相變時(shí)第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全

32、工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件1. 努塞爾特努塞爾特（Nusselt ）數(shù)）數(shù) LNu 表示對(duì)流傳熱系數(shù)的特征數(shù)表示對(duì)流傳熱系數(shù)的特征數(shù)2. 雷諾雷諾（Reynolds）數(shù)）數(shù) uL Re反映流體的流動(dòng)狀態(tài)反映流體的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)對(duì)流傳熱的影響對(duì)對(duì)流傳熱的影響第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件3. 普蘭普蘭特（特（Prandtl）數(shù)）數(shù) Cp Pr反映流體的物性對(duì)對(duì)流傳熱的影響反映流體的物性對(duì)對(duì)流傳熱的影響4. 格拉斯霍夫（格拉斯霍夫（Grashof）準(zhǔn)數(shù)）準(zhǔn)數(shù)223 tgLGr 表示自然對(duì)流表示自然對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響對(duì)對(duì)流傳熱

33、的影響一般形式：一般形式：Nu=f (Re, Pr, Gr)簡化：強(qiáng)制對(duì)流簡化：強(qiáng)制對(duì)流 Nu=f (Re, Pr) 自然對(duì)流自然對(duì)流 Nu=f (Pr, Gr)第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件使用特征數(shù)關(guān)聯(lián)式時(shí)應(yīng)注意：使用特征數(shù)關(guān)聯(lián)式時(shí)應(yīng)注意：1. 定性溫度：定性溫度：流體進(jìn)出口的平均溫度、壁面的平均溫度、流體進(jìn)出口的平均溫度、壁面的平均溫度、流體和壁面的平均溫度。流體和壁面的平均溫度。2. 定型尺寸：定型尺寸：傳熱面幾何特征的長度。傳熱面幾何特征的長度。3. 特征速度：特征速度：流體的速度。流體的速度。4. 熱流方向?qū)?/p>

34、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)熱流方向?qū)Ρ砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù) 的影響的影響 要表明液體物性對(duì)的影響僅用定性溫度是不夠的，要表明液體物性對(duì)的影響僅用定性溫度是不夠的，還需要指明熱流方向。還需要指明熱流方向。第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件五、無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式五、無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（一）流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流（一）流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流1. 圓形直管內(nèi)的強(qiáng)制湍流圓形直管內(nèi)的強(qiáng)制湍流nmCNuPrRe （1）應(yīng)用范圍：）應(yīng)用范圍：Re 104, Pr=0.7160, L/d 60, 氣體或低粘度的液體（氣體或低粘度的液體（ 2

35、水水）（2）定性溫度：流體進(jìn)出口的算術(shù)平均）定性溫度：流體進(jìn)出口的算術(shù)平均 值值（3）特征尺寸：管內(nèi)徑）特征尺寸：管內(nèi)徑nNuPrRe023. 08 . 0 流體被加熱流體被加熱 n=0.4流體被冷卻流體被冷卻 n=0.3第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件討論：討論：（1）加熱與冷卻的差別：）加熱與冷卻的差別： ,WRettt加加熱熱液體液體3 . 04 . 0, 1,PrPrPr 液液體體冷冷卻卻加加熱熱 氣體氣體 , Ret加加熱熱3 . 04 . 0, 1,PrPrPr 氣氣體體冷冷卻卻加加熱熱 第三章第三章 傳熱及傳

36、熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件2 . 08 . 08 . 018 . 08 . 0023. 0)()(023. 0duCpCpuddnnnn物性一定時(shí)：物性一定時(shí)：2 .08 .0du（2）影響因素：）影響因素：第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件公式修正：公式修正：（1）當(dāng)）當(dāng)L/d 2 水水）14. 0)(PrRe027. 033. 08 . 0WNu工程處理：工程處理：加熱：加熱：冷卻：冷卻：05.1)(14.0 W 95.0)(14.0 W 7 . 011 ld 第三

37、章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件（3） 彎管彎管彎彎管管的的曲曲率率半半徑徑）（直直彎彎直直彎彎 RRd77. 11 （4）非圓形管道）非圓形管道neeuddPr)(023. 08 . 0 實(shí)實(shí) 用當(dāng)量直徑計(jì)算。用當(dāng)量直徑計(jì)算。第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件2. 圓形直管內(nèi)流體處于過渡區(qū)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)圓形直管內(nèi)流體處于過渡區(qū)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 8 . 15Re1061 ff校校正正系系數(shù)數(shù)湍湍過過湍湍過過 2300 Re 104第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)

38、備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件3. 圓形直管內(nèi)強(qiáng)制層流圓形直管內(nèi)強(qiáng)制層流（1）隨熱流方向不同，速）隨熱流方向不同，速度分布情況不同；度分布情況不同；（2）自然對(duì)流造成了徑）自然對(duì)流造成了徑向流動(dòng)，強(qiáng)化了對(duì)流傳熱向流動(dòng)，強(qiáng)化了對(duì)流傳熱過程。過程。對(duì)于液體對(duì)于液體第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件14. 031)()Pr(Re86. 1WLdNu 自然對(duì)流可以忽略：自然對(duì)流可以忽略： Gr 25000乘校正因子：乘校正因子： )Gr.(.f310150180 適用范圍：適用范圍：1

39、0)Pr(Re Ld670060 Pr.Re2300 定性溫度：定性溫度：221tttm 特征尺寸：管內(nèi)徑特征尺寸：管內(nèi)徑第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件（二）流體在管外強(qiáng)制對(duì)流傳熱（二）流體在管外強(qiáng)制對(duì)流傳熱1. 流體在管束外垂直流過流體在管束外垂直流過第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：Re=500070000; x1/d=1.25; x2/d=1.25 特征尺寸：管外徑；流速取各排最窄通道處特征尺寸：管外徑；流速取各排最窄通道處

40、 定性溫度：進(jìn)、出口溫度平均值定性溫度：進(jìn)、出口溫度平均值Nu=C Ren Pr0.4112212nnmn A A AAAA 平均對(duì)流傳熱系數(shù)：平均對(duì)流傳熱系數(shù)：第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件2流體在換熱器管間的流動(dòng)流體在換熱器管間的流動(dòng)折流擋板形式：圓缺形、圓環(huán)形折流擋板形式：圓缺形、圓環(huán)形第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件設(shè)置折流擋板目的設(shè)置折流擋板目的：增加殼程流體的湍動(dòng)程度，進(jìn)而提高殼程的增加殼程流體的湍動(dòng)程度，進(jìn)而提高殼程的 。圓缺形折流擋板

41、：圓缺形折流擋板： 14. 03/155. 0PrRe36. 0 WNu 定性溫度：定性溫度：221tttm 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：Re=2103106第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件正方形排列：正方形排列：正三角形排列：正三角形排列：特征尺寸特征尺寸：（：（1）當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑de0202)785. 0(4ddtde 0202)785. 023(4ddtde d0tt第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件（2）流速）流速u按流通截面最大處的截面計(jì)算：按流通截

42、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；)1(0tdhDS 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件（三）自然對(duì)流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)（三）自然對(duì)流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)nGrCNu)(Pr定性溫度：膜溫（定性溫度：膜溫（tm+tw）/2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H 水平管為管外徑水平管為管外徑d0各種情況下的各種情況下的C、n值及特征尺寸不同。值及特征尺寸不同。 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱安全工程

43、專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件總傳熱速率方程總傳熱速率方程式中式中 Q傳熱速率，傳熱速率，W； tm兩流體的平均溫度差，兩流體的平均溫度差，； A傳熱面積，傳熱面積，m2； K總傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)，W/(m2) 。m mQKAt 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件（一）恒溫傳熱（一）恒溫傳熱t(yī)Tt m（二）變溫傳熱（二）變溫傳熱 tm與流體流向有關(guān)與流體流向有關(guān)一、傳熱平均溫度差一、傳熱平均溫度差逆流逆流并流并流錯(cuò)流錯(cuò)流折流折流第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課

44、件安全工程專業(yè)課件1. 逆流與并流逆流與并流t2t1T1T2t1t2T1T2 t2tAt1T2T1逆流逆流 t2tAt1T2T1并流并流第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件以逆流為例推導(dǎo)以逆流為例推導(dǎo) tm假設(shè)：（假設(shè)：（1）穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，）穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，qm1、 qm2為常數(shù)；為常數(shù)； （2）cp1、cp2為常數(shù)；為常數(shù)； （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)。AT2t1t2T1dTdtdA t2 t1 t=T-t對(duì)于微元：對(duì)于微元：11mpdQqc dT 22mpdQqc dt 11

45、.mpdQqcConstdT 22.mpdQqcConstdt 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件T1T2t2t1Q1t 2t tTt QttdQtd12)( 而而)(tTKdAdQ QtttdAKtd12)( dAQtttKtd12)( AttdAQttttdK01221)(1第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件AQttttK1212ln1 mtKAttttKAQ 1212ln1212lntttttm 逆流、并流均適用；逆流、并流均適用；

46、當(dāng)當(dāng) t2/ t12，則可用算術(shù)平均值。，則可用算術(shù)平均值。對(duì)數(shù)平均溫度差對(duì)數(shù)平均溫度差第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件逆逆mmtt ),(流型流型RPf 1221ttTTR 冷冷流流體體溫溫升升熱熱流流體體溫溫降降1112tTttP 兩流體初溫差兩流體初溫差冷流體溫升冷流體溫升2. 錯(cuò)流與折流錯(cuò)流與折流查圖查圖 1 tm 0.9若若 0.8，溫差損失大，傳熱不穩(wěn)定；，溫差損失大，傳熱不穩(wěn)定； 應(yīng)改變流型應(yīng)改變流型第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工

47、程專業(yè)課件（三）流向的選擇（三）流向的選擇1. 所需傳熱面積所需傳熱面積并并并并逆逆逆逆mmtKAtKAQ 逆逆并并mmtt 并并逆逆AA 逆流優(yōu)于并流。逆流優(yōu)于并流。第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件2. 載熱體消耗量載熱體消耗量t1t2T1T1T2并并T2逆逆加熱任務(wù)：加熱任務(wù)：t1t2（T2并并）min=t2（T2逆逆）min=t1逆逆并并)()(2121TTTT 1111()()mPmPq cq c 并并逆逆 逆流優(yōu)于并流。逆流優(yōu)于并流。第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱

48、過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件3. 溫度差分布溫度差分布逆流時(shí)的溫度差分布更均勻。逆流時(shí)的溫度差分布更均勻。T2并流并流T1t1t2t1t2T1T2逆流逆流4. 并流操作適用于熱敏性物料、粘稠物料等的加熱，并流操作適用于熱敏性物料、粘稠物料等的加熱， 或生產(chǎn)工藝要求溫度不能過高或過低的場(chǎng)合?；蛏a(chǎn)工藝要求溫度不能過高或過低的場(chǎng)合。第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件二、總傳熱系數(shù)二、總傳熱系數(shù)AKtTtTAKQd1)(dd K總傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)，W/(m2K)twTw管內(nèi)對(duì)流管內(nèi)對(duì)流管外對(duì)流管外對(duì)流導(dǎo)熱導(dǎo)

49、熱冷冷流流體體熱熱流流體體tTdQdQ1dQ3dQ2（一）總傳熱系數(shù)計(jì)算（一）總傳熱系數(shù)計(jì)算第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 管內(nèi)對(duì)流管內(nèi)對(duì)流)(ddw223ttAQ )(ddw111TTAQ 管外對(duì)流管外對(duì)流)(ddwwm2tTbAQ 管壁熱傳導(dǎo)管壁熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱 321ddddQQQQ 22wmww11wd1dd1dAttAbtTATTQ 22m11d1dd1AAbAtT 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件22m11d1dd1

50、d1AAbAAK （1）平壁）平壁 dA=dA1=dA2=dAm21111 bK討論：討論：（2）以外表面為基準(zhǔn)）以外表面為基準(zhǔn) (dA=dA1) 212m111dd1dd11AAAAbK 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件212m111111ddddbKdlA K1以外表面為基準(zhǔn)以外表面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)，的總傳熱系數(shù)，W/(m2.K)dm對(duì)數(shù)平均直徑，對(duì)數(shù)平均直徑，m2121mln/ )(ddddd 2m21212111 ddbddK以以內(nèi)表面內(nèi)表面為基準(zhǔn)：為基準(zhǔn)：d1/d2A計(jì)計(jì) 或或 Q換換 Q需要需要， 換

51、熱器合適。換熱器合適。 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件二、操作型計(jì)算二、操作型計(jì)算（1）已知：換熱器）已知：換熱器A， qm1、T1， qm2 、t1 求：出口求：出口T2、t2（2）已知：換熱器）已知：換熱器A， qm1、T1， T2 、t1 求：求：qm2、 t2注意：列管式換熱器中注意：列管式換熱器中流通面積流通面積224dnA 流通流通傳熱面積傳熱面積ldnA1 傳傳熱熱第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件一、基本概念一、基本概念

52、1. 輻射：物體通過輻射：物體通過電磁波來傳遞能量電磁波來傳遞能量的過程。的過程。2. 熱輻射：物體由于熱輻射：物體由于熱的原因熱的原因以電磁波的形式向以電磁波的形式向 外發(fā)射能量的過程。外發(fā)射能量的過程。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 能量形式的轉(zhuǎn)換能量形式的轉(zhuǎn)換 不需要任何介質(zhì)不需要任何介質(zhì)第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件Q Q Q NQ能量守恒定律：能量守恒定律：QQQQ 吸收率吸收率 反射率反射率 穿透率穿透率 QQ QQ QQ 1 DRA 3. 物體對(duì)熱輻射的作用物體對(duì)熱輻射的作用總能量總能量Q；被物體吸收；被物體吸收Q ；被反

53、射；被反射Q ；穿過物體；穿過物體Q 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 黑體：黑體：1 白體白體(鏡體鏡體)：1 透熱體：透熱體：1 灰體：灰體：以相同的吸收率吸收所有波長輻射能的物體以相同的吸收率吸收所有波長輻射能的物體固體、液體：固體、液體： =0 + =1 氣體：氣體： =0 + =1第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件二、物體的輻射能力二、物體的輻射能力 物體在一定溫度下，單位表面積、單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射的物體在一定溫度下，單位表面積、單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射

54、的全部輻射能全部輻射能(波長從波長從0到到 ), E表示表示, W/m2 黑體輻射黑體輻射常數(shù)常數(shù), 5.669 10-8W/(m2 .K4)（一）黑體（一）黑體4bET 斯蒂芬斯蒂芬-波爾茨曼定律波爾茨曼定律四次方定律表明，熱輻射對(duì)溫度特別敏感四次方定律表明，熱輻射對(duì)溫度特別敏感4()100bTC Cb黑體輻射黑體輻射系數(shù)系數(shù), 5.669W/(m2 .K4)第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 （二）實(shí)際物體（二）實(shí)際物體黑度：黑度： bEE T2 1 2=1E1Eb（1- 1）Eb 1Eb 灰體灰體 黑體黑體 克?；舴蚨?/p>

55、律克?；舴蚨傻谌碌谌?傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 結(jié)論：結(jié)論：（1）物體的輻射能力越強(qiáng)，其吸收率越大）物體的輻射能力越強(qiáng)，其吸收率越大（2） = 同溫度下，物體的吸收率與黑度數(shù)值上相等同溫度下，物體的吸收率與黑度數(shù)值上相等（3） ，E Eb在任何溫度下、各種物體中以在任何溫度下、各種物體中以黑體黑體的輻射能力為最大的輻射能力為最大第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件（一）輻射傳熱速率（一）輻射傳熱速率三、兩固體間的相互輻射三、兩固體間的相互輻射44121 2

56、1 2()() 100100TTQCA 1 212bCC 兩面積無限大的平行平板兩面積無限大的平行平板兩平面有限大的平行平板兩平面有限大的平行平板1 212111bCC 1 1 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 一物體被另一物體包圍一物體被另一物體包圍1 1 2112211(1)bCCAA 若外圍為黑體，若外圍為黑體， 1=1 或或 A2 A1，則則 C1-2=C1=Cb 1第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件 1. 溫度的影響溫度的影響 T4；低溫可忽略

57、，高溫可能成為主要方式；低溫可忽略，高溫可能成為主要方式 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，可通過改變 大小強(qiáng)化或減小輻射傳熱大小強(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 減小輻射散熱，在兩換熱面加遮熱板（減小輻射散熱，在兩換熱面加遮熱板（ 小熱屏）小熱屏）（二）影響輻射傳熱的主要因素（二）影響輻射傳熱的主要因素第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件四、高溫設(shè)備及管道的熱損失四、高溫設(shè)備及管道的熱損失對(duì)流：對(duì)流： )(WWCCttAQ 輻射：輻射： 4

58、4WW21R)100()100(TTACQ 令令 =1 )()100()100(WWRWW44WW21RttAttttTTACQ 總熱損失：總熱損失： )()()(WWTWWRCRCttAttAQQQ T對(duì)流對(duì)流-輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)，輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)，W/(m2.K) 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件（1）空氣自然對(duì)流，）空氣自然對(duì)流，tW5m/s )(07. 08 . 9WTtt 平壁保溫層外平壁保溫層外u2 . 42 . 6T 空氣速度空氣速度u 50 時(shí)，需考慮時(shí)，需考慮溫度熱補(bǔ)償溫度熱補(bǔ)償。根。根據(jù)熱補(bǔ)償方式不同，列

59、管式換熱器分為：據(jù)熱補(bǔ)償方式不同，列管式換熱器分為：第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件2. 浮頭式浮頭式特點(diǎn)：可完全消除熱應(yīng)力特點(diǎn)：可完全消除熱應(yīng)力,便于清洗和檢修便于清洗和檢修, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件3. U型管式型管式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較浮頭簡單；但管程不易清洗。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較浮頭簡單；但管程不易清洗。第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工程專業(yè)課件安全工程專業(yè)課件三、列管換熱器的選用三、列管換熱器的選用1. 根據(jù)工藝任務(wù)，計(jì)算熱負(fù)荷根據(jù)工藝任務(wù)，計(jì)算熱負(fù)荷2. 計(jì)算計(jì)算 tm3. 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取K，估算，估算A4. 確定冷熱流體流經(jīng)管程或殼程，選定確定冷熱流體流經(jīng)管程或殼程，選定u 先按單殼程多管程計(jì)算，如果先按單殼程多管程計(jì)算，如果 0.8，應(yīng)增加殼程數(shù)；，應(yīng)增加殼程數(shù)； 由由u和和qm估算單管程的管子根數(shù)，由管子根數(shù)和估算的估算單管程的管子根數(shù)，由管子根數(shù)和估算的A，估算管子長度，再由系列標(biāo)準(zhǔn)選適當(dāng)型號(hào)的換熱器。，估算管子長度，再由系列標(biāo)準(zhǔn)選適當(dāng)型號(hào)的換熱器。第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱安全工