化工原理課件傳熱

化工原理課件傳熱第1頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.傳熱1、本章學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)傅立葉定律；平壁和圓筒壁定常熱傳導(dǎo)的計(jì)算；傳熱推動(dòng)力與熱阻的概念；對(duì)流給熱方程及對(duì)流給熱系數(shù)；傳熱速率方程；熱量衡算方程；總傳熱系數(shù)；平均溫差；傳熱效率與傳熱單元數(shù)；強(qiáng)制對(duì)流、自然對(duì)流、冷凝和沸騰給熱系數(shù)的計(jì)算；熱輻射基本概念；波爾茲曼定律；克希霍夫定律；固體間熱輻射；傳熱的設(shè)計(jì)型和操作型問題定量計(jì)算；傳熱操作型問題定性分析；壁溫的計(jì)算；列管換熱器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工藝計(jì)算與選型；換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)概念；強(qiáng)化傳熱過程的途徑；其他各種類型傳熱器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。

第2頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.傳熱2、本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)傅立葉定律；對(duì)流給熱方程及對(duì)流給熱系數(shù)；傳熱速率方程；熱量衡算方程；總傳熱系數(shù)；傳熱的設(shè)計(jì)型和操作型問題定量計(jì)算；傳熱操作型問題定性分析；換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)概念；強(qiáng)化傳熱過程的途徑；列管換熱器結(jié)構(gòu)、工藝計(jì)算與選型。3、本章學(xué)習(xí)的難點(diǎn)總傳熱系數(shù)；傳熱操作型問題的定量計(jì)算與定性分析；強(qiáng)化傳熱過程的途徑。4、本章學(xué)習(xí)的新知識(shí)點(diǎn)傳熱操作型問題的定性分析；換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)概念。第3頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.1概述6.1.1概述6.1.2傳熱6.傳熱返回第4頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.1.1概述一、傳熱的定義傳熱是指由溫度差引起的能量傳遞。傳熱即熱量傳遞，熱力學(xué)第二定律，當(dāng)無外加功時(shí)，熱總是從高溫向低溫自動(dòng)傳遞。二、幾乎所有的化工生產(chǎn)過程均伴有傳熱操作1、聚氯乙烯生產(chǎn)：乳液聚合8atm，55℃2、合成氨：300atm，500℃，放熱反應(yīng)3、鍋爐煙道氣溫度800℃，如何利用？4、暖氣管道的保溫，暖氣片的散熱。三、傳熱目的1、加熱或冷卻，使物料達(dá)到指定的溫度；

6.傳熱第5頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.1.1概述2、換熱，以回收利用熱量或冷量；3、保溫，以減少熱量或冷量的損失。如高溫設(shè)備的保溫，低溫設(shè)備的保冷。需要解決的問題：1、如何使傳熱速率快，使設(shè)備緊湊？2、如何使傳熱速率慢，以保溫（冷）？四、傳熱的基本方式1、直接接觸式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、熱水塔。其傳熱面積大，設(shè)備簡單。伴有傳質(zhì)。6.傳熱第6頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.1.1概述2、間壁式

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體間壁進(jìn)行熱量的交換。6.傳熱套管式換熱器

冷溶液進(jìn)

冷溶液出

熱溶液進(jìn)熱溶液出第7頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.1.1概述6.傳熱列管式換熱器

單程列管式換熱器

雙程列管式換熱器

12336654457翅片（板）

第8頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.1.1概述傳熱分三步：熱流體壁冷流體3、蓄熱式冷熱流體交替流過蓄熱室的壁面，達(dá)到傳熱目的。6.傳熱給熱給熱五、傳熱過程的經(jīng)濟(jì)性及載熱體的選擇1、載熱體：供給或取走熱量的流體。起加熱作用的：加熱劑；起冷卻作用：冷卻劑。加熱劑：熱水、飽和蒸汽、礦物油、聯(lián)苯混合物、熔鹽、煙道氣等冷卻劑：水、空氣及各種冷凍劑。2、載熱體選擇第9頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一t不很低時(shí)，最適宜加熱劑—水6.1.1概述在選擇載熱體時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)方面：①載熱體的溫度應(yīng)易于調(diào)節(jié)；②載熱體的飽和蒸氣壓宜低，加熱時(shí)不會(huì)分解；③載熱體毒性要小，使用安全，對(duì)設(shè)備應(yīng)基本上沒有腐蝕；④載熱體應(yīng)價(jià)格低廉而且容易得到。6.傳熱綜合而言t<180℃，最適宜加熱劑—飽和蒸汽第10頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.1.1概述3、經(jīng)濟(jì)性設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)綜合考慮。6.傳熱冷卻：溫位下降價(jià)值上升載熱體溫位加熱：溫位升高價(jià)值上升六、傳熱計(jì)算通式返回第11頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.1.2間壁式傳熱過程一、傳熱速率1、熱流量Q單位時(shí)間內(nèi)熱流體通過整個(gè)換熱器的傳熱面A傳遞給冷流體的熱量（W=J/s），稱為熱流量Q。因此與傳熱面有關(guān)。2、熱流密度（熱通量）q單位時(shí)間通過單位傳熱面積所傳遞的熱量（W/m2）

6.傳熱熱流密度與傳熱面積A大小無關(guān)，完全取決于冷、熱流體之間的熱量傳遞過程，是反映具體傳熱過程速率大小的特征量。第12頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.1.2間壁式傳熱過程二、換熱器的熱流量及熱負(fù)荷1、傳熱量：6.傳熱定態(tài)下，，但q沿管長是變化的。2、熱負(fù)荷：由工藝條件決定(1)無相變傳熱比熱法：熱焓法：第13頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.1.2間壁式傳熱過程(2)有相變傳熱6.傳熱三、非定態(tài)傳熱過程工業(yè)上，多是間歇過程：T和t隨時(shí)間變化。即：第14頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.1.2間壁式傳熱過程四、傳熱機(jī)理1、熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱）

依靠物體中微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)，如固體中的傳熱。2、對(duì)流給熱

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，通常把傳熱表面與接觸流體的傳熱也稱為對(duì)流傳熱。3、輻射傳熱

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。6.傳熱返回第15頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2熱傳導(dǎo)6.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)6.2.2通過平壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱返回第16頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)一、傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)6.傳熱說明：1、2、“-”表示熱流方向與溫度梯度方向相反，即熱量從高溫傳至低溫。2、—導(dǎo)熱系數(shù)，是表征材料導(dǎo)熱性能的一個(gè)參數(shù)，導(dǎo)熱性能增加。第17頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù)6.傳熱1、導(dǎo)熱系數(shù)的定義導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱流密度q。2、的數(shù)量級(jí)（w/m.℃）金屬：10~102；建筑材料：10-1~10；絕熱材料：10-2~10-1；液體：10-1~10；氣體：10-2~10-1第18頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)一般：6.傳熱3、溫度對(duì)的影響固體多數(shù)均質(zhì)固體金非金液體氣體返回第19頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.2熱傳導(dǎo)過程的數(shù)學(xué)描述假定：一維定態(tài)6.傳熱一、單層平壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)設(shè)：平壁無限大，穩(wěn)定傳熱導(dǎo)，一維，導(dǎo)熱系數(shù)=const，t線性分布平壁內(nèi)取薄層，對(duì)單位面積作熱量衡算可得：對(duì)定態(tài)導(dǎo)熱

又因?yàn)楸觾?nèi)無熱量累積，q=q1=q2則

第20頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.2熱傳導(dǎo)過程的數(shù)學(xué)描述注：當(dāng)，平壁內(nèi)溫度呈線性分布6.傳熱二、熱流量Q對(duì)于平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)，熱流密度不隨變化，將積分得第21頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.2熱傳導(dǎo)過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱說明：1、熱流量Q正比于推動(dòng)力，反比于熱阻2、由可得，3、當(dāng)，的導(dǎo)熱系數(shù)。即：返回第22頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程設(shè)有內(nèi)、外半徑分別為r1，r2的圓筒，內(nèi)、外表面維持恒定的溫度、，管長足夠大，則圓筒壁內(nèi)的傳熱可以看作一維熱傳導(dǎo)。如右圖6.傳熱一、溫度分布，由傅立葉定律得對(duì)式(6-1)進(jìn)行不定積分，可得：(6-1)rdrdt第23頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱由上式可以看出，圓筒壁內(nèi)的溫度按對(duì)數(shù)曲線變化。二、熱流量Q

t1t2對(duì)式(6-1)在邊界條件下即r=r1,t=t1;r=r2,t=t2進(jìn)行積分，可得：第24頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱第25頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程即：6.傳熱式中：說明：1、當(dāng)?shù)膱A筒壁，誤差<4%。2、當(dāng)時(shí)，根據(jù)查第26頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一r1=75r2=175r中=1256.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程例6-1解：(1)分析6.傳熱對(duì)定態(tài)傳熱過程，單位長度的熱損失沿半徑方向不變，所以取一半也行。若忽略管壁熱阻，則：t1=180t中=100第27頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱查附表查得180℃飽和蒸汽的汽化熱第28頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱設(shè)t2=41℃所以，假設(shè)與計(jì)算相符，則t2=41.8℃返回(2)設(shè)保溫層外測(cè)溫度為t2r1=75r2=175r中=125t1=180t中=100第29頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程以3層為例，接觸良好。一、推動(dòng)力和阻力的加和性6.傳熱一維定態(tài)：平壁：所以，假設(shè)：1、接觸緊湊，兩側(cè)溫度相同（各相鄰壁面）2、皆為常數(shù)。第30頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱第31頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程說明：6.傳熱1、通過多層壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)，傳熱推動(dòng)力和熱阻可以加和的。2、推動(dòng)力二、各層的溫度差第32頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程由上式可知：在穩(wěn)定多層壁導(dǎo)熱過程中，哪層熱阻大，哪層溫差就大；反之，哪層溫差大，哪層熱阻一定大。當(dāng)總溫差一定時(shí)，傳熱速率的大小取決于總熱阻的大小。

三、接觸系數(shù)多層平壁相接時(shí)，在接觸面上不可能是理想光滑的，粗糙的界面必增加傳導(dǎo)的熱阻—接觸熱阻。如右圖

6.傳熱第33頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程1、來源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得。6.傳熱2、以兩層平壁為例接觸熱阻四、多層圓筒壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)第34頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程例6-2解：6.傳熱第35頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.2.4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程6.傳熱返回小結(jié)：熱傳導(dǎo)：平壁：圓筒壁：或第36頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3對(duì)流給熱6.3.1對(duì)流給熱過程分析6.3.2對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述6.3.3無相變的對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.傳熱返回第37頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.1對(duì)流給熱過程的分析一、流動(dòng)對(duì)傳熱的貢獻(xiàn)設(shè)有一冷平壁其溫度保持，熱流體流過平壁時(shí)被冷卻。取某一流動(dòng)截面MN，考察該截面上的溫度分布和通過壁面的熱流密度。

6.傳熱1、流體靜止

流體只能以傳導(dǎo)的方式將熱量傳給壁面，流體溫度T在垂直于壁面方向呈直線分布。（最小）

第38頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.1對(duì)流給熱過程的分析2、流體層流徑向上只發(fā)生熱傳導(dǎo)，在流動(dòng)方向上：流體TT-dT6.傳熱（較大）所以，在徑向：溫度分布在近壁過程中，溫度梯度增加。第39頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.1對(duì)流給熱過程的分析3、流體湍流由于湍流脈動(dòng)促使流體在方向上的混合，主體部分的溫度趨向均一，只有在層流內(nèi)層中才有明顯的溫度梯度，顯然在壁面附近的溫度梯度更大，熱流密度也更大。

6.傳熱（最大）

流體流動(dòng)的貢獻(xiàn)：改變了溫度梯度，流動(dòng)強(qiáng)化了傳熱，使流體對(duì)壁面的熱流密度增大。第40頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.1對(duì)流給熱過程的分析二、對(duì)流給熱過程的分類6.傳熱根據(jù)

三、強(qiáng)制對(duì)流與自然對(duì)流根據(jù)引起流動(dòng)的原因，可將對(duì)流給熱分為強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流兩類。1、強(qiáng)制對(duì)流第41頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.1對(duì)流給熱過程的分析流體在外力（如泵、風(fēng)機(jī)或其他勢(shì)能差）作用下引起的宏觀流動(dòng)，湍流時(shí)對(duì)流給熱的阻力主要集中在邊壁附近，因此溫差也主要集中在邊壁附近，而流體主體溫度比較均勻。2、自然對(duì)流6.傳熱所以，ab之間形成壓差：第42頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.1對(duì)流給熱過程的分析在這壓差的推動(dòng)下，造成環(huán)流環(huán)流速度：6.傳熱說明：(1)u還取決于流動(dòng)阻力，即u大小與粘度、流動(dòng)空間的幾何形狀及尺寸有關(guān)。(2)若欲增加u，造成充分的自然對(duì)流。水平放置在加熱面上部有利于產(chǎn)生較大的自然對(duì)流在冷卻面下部有利于產(chǎn)生較大的自然對(duì)流問題：家用冷氣和暖氣分別安裝何處合適？為什么？(3)流體有，必有環(huán)流自然對(duì)流返回第43頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.2對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述簡化假定：一維定態(tài)給熱。一、牛頓冷卻定律和給熱系數(shù)

工程上將對(duì)流給熱的熱流密度寫成：6.傳熱流體被加熱：流體被冷卻：上兩式稱為牛頓冷卻定律第44頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.2對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述說明：6.傳熱它并非理論推導(dǎo)的結(jié)果，它只是一種推論，即假設(shè)熱流密度與成正比。實(shí)際上在不少情況下，熱流密度并不與成正比，給熱系數(shù)值不為常數(shù)，而與有關(guān)。同時(shí)，將影響因素歸結(jié)到中并未改變問題的復(fù)雜性，凡影響熱流密度的因素都將影響。

二、獲得給熱系數(shù)的方法

1、解析法對(duì)所考察的流場(chǎng)建立動(dòng)量傳遞、熱量傳遞的衡算方程和速率方程，在少數(shù)簡單的情況下可以聯(lián)立求解流場(chǎng)的溫度分布和壁面熱流密度，然后將所得結(jié)果改寫成牛頓第45頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.2對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述冷卻定律的形式，獲得給熱系數(shù)的理論計(jì)算式。這是對(duì)流給熱過程的解析解。(比如：管內(nèi)強(qiáng)制層流)2、數(shù)學(xué)模型法

對(duì)給熱過程作出簡化的物理模型和數(shù)學(xué)描述，用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)或修正模型，確定模型參數(shù)。(比如：蒸汽管外冷凝)3、因次分析法

將影響給熱的因素?zé)o因次化，通過實(shí)驗(yàn)決定無因次準(zhǔn)數(shù)之間的關(guān)系。這是理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究方法，在對(duì)流給熱中廣為使用。(常用)4、

實(shí)驗(yàn)法

對(duì)少數(shù)復(fù)雜的對(duì)流給熱過程適用。(比如：沸騰給熱)6.傳熱第46頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.2對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述三、的影響因素及無因次化6.傳熱1、的影響因素(1)流體狀態(tài)：氣、液、蒸汽、是否有相變(2)液體的物理性質(zhì)

：(3)流體運(yùn)動(dòng)狀況

：層流、湍流、過濾區(qū)(4)對(duì)流狀況

：強(qiáng)制對(duì)流u，自然對(duì)流(5)傳熱壁面形狀、大小——特征尺寸l或d(或de)2、因次分析采用無因次化方法可將上式轉(zhuǎn)化成無因次形式：第47頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.2對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱或

注：因次分析的結(jié)果無法得到最終的表達(dá)式，只能用實(shí)驗(yàn)的方法得到參數(shù)的具體值，也稱為半理論、半經(jīng)驗(yàn)的方法。努塞爾(Nusselt)數(shù)雷諾數(shù)(Reynolds)數(shù)普朗特(Prandtl)數(shù)格拉斯霍夫(Grashof)數(shù)第48頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.2對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述四、各無因次數(shù)群的物理意義1、努塞爾（Nusselt）準(zhǔn)數(shù)

6.傳熱以純導(dǎo)熱方式進(jìn)行的給熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)反映的是對(duì)流使給熱系數(shù)增大的倍數(shù)。

2、雷諾（Reynolds）準(zhǔn)數(shù)

第49頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.2對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述雷諾（Reynolds）準(zhǔn)數(shù)即反映流體所受的慣性力與粘性力之比，表征流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)對(duì)流傳熱的影響。3、格拉斯霍夫（Grashof）準(zhǔn)數(shù)

6.傳熱自然對(duì)流的特征速度

格拉斯霍夫（Grashof）準(zhǔn)數(shù)是雷諾準(zhǔn)數(shù)的一種變形，它表征著自然對(duì)流的流動(dòng)狀態(tài)。4、

普蘭特（Prandtl）準(zhǔn)數(shù)

反映流體物性對(duì)對(duì)流傳熱的影響。第50頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.2對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述氣體：，液體：。6.傳熱五、定性溫度取什么溫度查取所需物性：1、因給熱熱阻主要集中在層流內(nèi)層，所以定性溫度取平均膜溫2、廣泛使用：=流體主體的平均溫度例如：管流：第51頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.2對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述六、特征尺寸是指對(duì)給熱過程產(chǎn)生直接影響的幾何尺寸。平壁：l，圓管：d，非圓管：de。6.傳熱返回第52頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式一、圓形直管內(nèi)的強(qiáng)制湍流的給熱系數(shù)

對(duì)于強(qiáng)制湍流，自然對(duì)流的影響可以忽略不計(jì)，即Gr可忽略。6.傳熱或說明：(1)使用范圍：(2)b的取值：流體被加熱：流體被冷卻：第53頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式(3)特征尺寸：d—內(nèi)徑。(4)定性溫度：6.傳熱1、修正對(duì)于不滿足上述條件的情況，可按上式計(jì)算結(jié)果加以修正。(1)對(duì)于高粘度的液體因粘度的絕對(duì)值較大，固體表面與主體溫度差帶來的影響更為顯著。

第54頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式對(duì)于液體6.傳熱加熱時(shí)：冷卻時(shí)：對(duì)于氣體：(2)對(duì)于短管(3)對(duì)于過渡流第55頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一②根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定經(jīng)驗(yàn)式：例套管環(huán)隙6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式(4)彎管(e.g.肘管和蛇管)6.傳熱(5)非圓形管①代入當(dāng)量直徑de（準(zhǔn)確性較差）第56頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式6.傳熱關(guān)鍵：(1)若qv一定，d增大一倍，的變化？2、影響的因素的具體情況第57頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式(2)，除了對(duì)流外還有導(dǎo)熱。6.傳熱(3)(4)，與溫度無關(guān)。例6-3管內(nèi)強(qiáng)制湍流時(shí)給熱系數(shù)的計(jì)算解：查附錄得苯在50℃的物性參數(shù)：第58頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式6.傳熱流體是被加熱，取b=0.4>10000在0.7和160之間第59頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式若忽略定性溫度的變化，當(dāng)笨的流量增加一倍，則給熱系數(shù)為6.傳熱二、圓形直管強(qiáng)制層流的給熱系數(shù)管內(nèi)強(qiáng)制層流的給熱過程由于下列因素而趨于復(fù)雜。1、流體物性（特別是粘度）受到管內(nèi)不均勻溫度分布的影響，使速度分布顯著地偏離等溫流動(dòng)時(shí)的拋物線。

第60頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式2、自然對(duì)流造成了徑向流動(dòng)，強(qiáng)化了給熱過程。（對(duì)于高度湍流而言，自然對(duì)流影響無足輕重）

3、層流流動(dòng)時(shí)達(dá)到定態(tài)速度分布的進(jìn)口段距離一般較長（約100d），在實(shí)用的管長范圍內(nèi)，加熱管的相對(duì)長度l/d將對(duì)全管平均的給熱系數(shù)有明顯影響。

6.傳熱適用于條件：

第61頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一適用范圍：5000<Re<70000

，x1/d=1.2～5，x2/d=1.2～5。

6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式單管：周圍的變化6.傳熱管束：直排或錯(cuò)排，各排不等。三、管外強(qiáng)制對(duì)流的給熱系數(shù)

第62頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式四、攪拌釜內(nèi)液體與釜壁的給熱系數(shù)

6.傳熱五、大容積自然對(duì)流的給熱系數(shù)（Re可忽略）

實(shí)驗(yàn)得：說明：1、A、b可從表6-3查出，△t=Tw-tm第63頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式2、定性溫度6.傳熱3、定性尺寸：水平管d外，垂直管和板l4、當(dāng)(GrPr)>2×107時(shí)，a與l無關(guān)—稱自動(dòng)?；瘏^(qū)。5、設(shè)計(jì)時(shí)必須有充分湍流空間，否則是“有限空間的自然對(duì)流”，a不同。第64頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式P237習(xí)題10：解：屬于大容積自然對(duì)流6.傳熱水平放置：第65頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式6.傳熱根據(jù)GrPr查書表6-3得，A=0.54,b=1/4第66頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.3.3無相變對(duì)流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式6.傳熱返回第67頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4沸騰給熱與冷凝給熱6.4.1沸騰給熱6.4.2沸騰給熱過程的強(qiáng)化6.4.3蒸汽冷凝給熱6.4.4冷凝給熱系數(shù)（略）6.4.5影響冷凝給熱的因素及強(qiáng)化措施6.傳熱返回第68頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.1沸騰給熱液體沸騰和蒸汽冷凝必須伴有流體的流動(dòng)，故沸騰給熱和冷凝給熱同樣屬于對(duì)流傳熱

，同時(shí)這兩種給熱過程伴有相變化。

沸騰給熱是液體的對(duì)流傳熱過程中，伴有由液相變成氣相，即在液相內(nèi)部產(chǎn)生氣泡或氣膜的過程。6.傳熱按設(shè)備尺寸、形狀分(1)大容積沸騰：存在自然對(duì)流和液體運(yùn)動(dòng)。加熱壁沉浸在無強(qiáng)制對(duì)流液體中所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象。(2)管內(nèi)沸騰：又稱強(qiáng)制對(duì)流沸騰。液體在一定壓差下，以一定u流經(jīng)加熱管時(shí)所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象。第69頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.1沸騰給熱說明：工業(yè)上有再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽鍋爐等都是通過沸騰傳熱來產(chǎn)生蒸汽。管內(nèi)沸騰的傳熱機(jī)理比大容器沸騰更為復(fù)雜。

6.傳熱按液體主體溫度分(1)過冷沸騰：T主<Ts，氣泡會(huì)重新凝結(jié)，汽化-冷凝過程中實(shí)現(xiàn)傳熱。(2)飽和沸騰：T主=Ts，氣泡不會(huì)重新凝結(jié)。本章主要討論的是大容積的飽和沸騰。第70頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.1沸騰給熱一、大容積飽和沸騰過程分析1、氣泡的生成和過熱度

液體的過熱是新相-小氣泡生成的必要條件。為什么？原因：由于表面張力的作用，要求氣泡內(nèi)的蒸氣壓力大于液體的壓力。而氣泡生成和長大都需要從周圍液體中吸收熱量，要求壓力較低的液相溫度高于汽相的溫度，故液體必須過熱。2、粗糙表面的氣化核心氣泡只能在粗糙加熱面的若干點(diǎn)上產(chǎn)生，這種點(diǎn)稱為氣化核心。無氣化核心則氣泡不會(huì)產(chǎn)生。過熱度增大，氣化核心數(shù)增多。

6.傳熱第71頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.1沸騰給熱3、沸騰給熱過程氣泡首先在氣化核生成長大脫離浮升，周圍液體涌來填補(bǔ)空位，經(jīng)過加熱后產(chǎn)生新的氣泡。(1)應(yīng)設(shè)法避免暴沸6.傳熱(2)(3)沸騰給熱過程中，對(duì)的影響很大，可以預(yù)測(cè)：氣化核多氣泡生長快氣化脫離快第72頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.1沸騰給熱二、大容積飽和沸騰曲線

AB段：表面汽化BC段：核狀沸騰CD段：膜狀沸騰6.傳熱D點(diǎn)后：加熱面形成穩(wěn)定的氣膜，很大，熱輻射很大。1、工業(yè)沸騰應(yīng)在核狀沸騰下操作。其原因：核狀沸騰：，而膜狀沸騰：工業(yè)沸騰應(yīng)在核狀沸騰下操作。第73頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.1沸騰給熱2、為保證沸騰裝置在核狀沸騰狀態(tài)下工作，使6.傳熱其措施：恒壁溫?zé)嵩磿r(shí)：應(yīng)用飽和蒸汽加熱器恒熱流熱源時(shí)：應(yīng)用電加熱器、電爐等加熱，并使裝置必須嚴(yán)格地使三、沸騰的計(jì)算沸騰給熱的影響因素：

1、液體和蒸氣的性質(zhì)：

2、加熱表面的粗糙情況和表面物理性質(zhì)，特別是液體與表面的潤濕性。

3、操作壓力和溫差。第74頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.1沸騰給熱6.傳熱討論：

(1)、(2)、(3)、比強(qiáng)制湍流大，其原因：潛熱和氣泡的擾動(dòng)(4)、(5)、返回第75頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.2沸騰給熱過程的強(qiáng)化在沸騰給熱中，氣泡的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)情況影響極大。氣泡的生成和運(yùn)動(dòng)與加熱表面狀況及液體的性質(zhì)兩方面因素有關(guān)。因此，沸騰給熱的強(qiáng)化也可以從加熱表面和沸騰液體兩方面入手。1、將金屬表面粗糙化，這樣可提供更多汽化核心，使氣泡運(yùn)動(dòng)加劇，給熱過程得以強(qiáng)化；2、在沸騰液體中加入少量添加劑，改變沸騰液體的表面張力，添加劑還可提高沸騰液體的臨界熱負(fù)荷。3、氣、液、固三相流：在氣液相中加入固體粒子。6.傳熱返回第76頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.3蒸汽冷凝給熱過程分析：1、熱阻在液膜內(nèi)6.傳熱2、給熱方式：膜狀冷凝：冷凝液能潤濕表面。熱阻滴狀冷凝：冷凝液不能潤濕表面。熱阻第77頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.3蒸汽冷凝給熱6.傳熱工業(yè)冷凝器的設(shè)計(jì)：按膜狀冷凝計(jì)算。3、飽和蒸汽冷凝特點(diǎn)(1)氣相無溫差，無熱阻(2)氣相溫度恒定(3)所以，工業(yè)上通常使用飽和蒸汽作為加熱介質(zhì)返回第78頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.5影響冷凝給熱的因素和強(qiáng)化措施一、影響因素6.傳熱1、液膜兩側(cè)溫差2、物性：二、其它的影響因素1、不凝性氣體的影響：定期排放不凝性氣體(熱阻)2、過熱蒸汽：（工程計(jì)算，仍按飽和蒸汽處理）第79頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.5影響冷凝給熱的因素和強(qiáng)化措施流速6.傳熱小：流速的影響可忽略較大：并流：加速液膜流動(dòng)，使逆流：阻滯液膜流動(dòng)，使很大：沖散液膜使部分壁暴露于蒸汽中，所以，蒸汽入口應(yīng)設(shè)在換熱器的上部，以避免蒸汽和冷凝液逆向流動(dòng)，有利于。3、蒸汽流速與流向第80頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.5影響冷凝給熱的因素和強(qiáng)化措施三、冷凝給熱過程的強(qiáng)化—設(shè)法減少液膜的厚度。6.傳熱1、垂直壁面：開若干縱向溝槽或裝若干條金屬絲2、垂直管：采用適當(dāng)內(nèi)插件3、水平管：減少垂直方向的管排數(shù)，錯(cuò)列、裝擋板。4、滴狀冷凝措施。下一頁第81頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.5影響冷凝給熱的因素和強(qiáng)化措施6.傳熱返回第82頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.5影響冷凝給熱的因素和強(qiáng)化措施對(duì)流給熱小結(jié)：6.傳熱1、牛頓冷卻定律：nm強(qiáng)制對(duì)流自然對(duì)流蒸汽冷凝液體沸騰所以，，但是（冷凝例外）第83頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.4.5影響冷凝給熱的因素和強(qiáng)化措施2、的數(shù)量級(jí)，(W/m·℃)6.傳熱空氣自然對(duì)流：1~10空氣強(qiáng)制對(duì)流：10~250水強(qiáng)制對(duì)流：25~104水蒸汽冷凝：5×103~1.5×104水沸騰：1.5×103~4.5×104返回第84頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5熱輻射一、概念任何物體，只要其絕對(duì)溫度大于零度，都會(huì)不停地以電磁波的形式向外輻射能量，溫度越高，輻射能越多；同時(shí)，又不斷吸收來自外界其他物體的輻射能，并轉(zhuǎn)化為熱能。當(dāng)物體向外界輻射的能量與其從外界吸收的輻射能不等時(shí)，該物體與外界就產(chǎn)生熱量的傳遞，這種傳熱方式成為熱輻射。

二、特點(diǎn)1、區(qū)別于熱傳導(dǎo)、對(duì)流的主要不同點(diǎn)，輻射能可以在真空中傳播，不需要任何物質(zhì)作媒介。6.傳熱第85頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5熱輻射2、工程上，當(dāng)熱物體的溫度不很高時(shí)，輻射給熱忽略不計(jì)，但對(duì)于高溫物體，熱輻射則往往成為傳熱的主要方式。6.傳熱第86頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5熱輻射6.5.1固體輻射6.5.2氣體輻射（略）6.傳熱返回第87頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射一、黑體的輻射能力和吸收能力—斯蒂芬-波爾茲曼定律1、吸收能力和可見光一樣，當(dāng)來自外界的輻射能投射到物體表面上，也會(huì)發(fā)生吸收、發(fā)射和穿透現(xiàn)象，服從光的反射和折射定律，在均一介質(zhì)中作直線傳播，在真空和大多數(shù)氣體中可以完全透過，但熱射線不能透過工業(yè)上常見的大多數(shù)固體和液體。假設(shè)外界投射到物體表面上的總能量Q，其中一部分進(jìn)入表面后被物體吸收Qa，一部分被物體反射Qr，其余部分穿透物體Qd。按能量守恒定律：

6.傳熱QrQaQd第88頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射6.傳熱或吸收率(a)反射率(r)透過率(d)說明：吸收率、反射率和透過率的大小取決于物體的性質(zhì)、溫度、表面狀況和輻射線的波長等，一般來說，表面粗糙的物體吸收率大。

第89頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一(1)黑體：，是一種理想化物體，實(shí)際物體只能或多或少地接近黑體，但沒有絕對(duì)的黑體，引入黑體的概念是理論研究的需要。

2、黑體、鏡體、透熱體和灰體6.5.1固體輻射(1)對(duì)于固體和液體不允許熱輻射透過

，即，

6.傳熱(2)氣體對(duì)熱輻射幾乎無反射能力

，即，

(3)黑體：能全部吸收輻射能的物體

，即。

(2)

鏡體或白體：，能全部反射輻射能的物體。

(3)絕對(duì)透熱體：，能透過全部輻射能的物體，一般來說，單原子和由對(duì)稱雙原子構(gòu)成的氣體，如He、O2、N2和H2等，可視為透熱體。

第90頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射(4)灰體：指能夠以相同的吸收率吸收所有波長的輻射能的物體。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，但吸收率相差不多，可近似視為灰體。6.傳熱3、斯蒂芬—波爾茲曼定律(又稱四次方定律)

黑體的輻射能力即單位時(shí)間單位黑體表面向外界輻射的全部波長的總能量，服從斯蒂芬—波爾茲曼定律，即與其表面的絕對(duì)溫度的四次方成正比。黑體輻射系數(shù)，其值為第91頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射例6-5溫度對(duì)物體輻射能力的影響解：在0℃時(shí)的輻射能力：6.傳熱546℃時(shí)的輻射能力與0℃的輻射能力之比：第92頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射二、實(shí)際物體的輻射能力和吸收能力

6.傳熱1、輻射能力——黑度

在同一溫度下，實(shí)際物體的輻射能力恒小于同溫度下黑體的輻射能力。

即：(1)實(shí)際物體的黑度物體的黑度表示為實(shí)際物體的輻射能力與黑體的輻射能力之比。其是物性常數(shù)，其值可用實(shí)驗(yàn)測(cè)得。第93頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射物體的黑度可查表6-4。6.傳熱從上表可知：氧>磨非金屬材料的黑度值都很高，一般在0.85~0.95之間，在缺乏資料時(shí)，可近似地取0.90。(2)實(shí)際物體的輻射能力第94頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射說明：①表征物體的輻射能力接近黑體的程度；6.傳熱②表征實(shí)際物體輻射能力，2、吸收能力黑體可將投入其上的輻射能全部吸收，a=1。實(shí)際物體的吸收能力：a<1.

所以，實(shí)際物體的吸收率a比黑度更復(fù)雜。

第95頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射三、灰體的輻射能力和吸收能力——克?；舴蚨?/p>

1、實(shí)際物體的特殊性工業(yè)上大多材料的吸收率a在波長0.76~20um范圍內(nèi)無選擇性。2、灰體對(duì)各種波長的輻射能具有相同吸收率的理想化物體。6.傳熱灰體自身特性。所以，灰體：輻射能力為

；吸收能力為a<13、克?；舴蚨?/p>

克?；舴驈睦碚撋献C明，同一灰體的吸收率與其黑度在數(shù)值上必相等。第96頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射6.傳熱說明：物體的輻射能力越大其吸收能力也越大，即善于輻射必善于吸收。注意：1、同一灰體的吸率與其黑體在數(shù)值上相等，但是a和物理意義不同。

表示灰體發(fā)射能力E占同溫度下黑體發(fā)射能力Eb的分?jǐn)?shù)。表示外界投射來的輻射能Q可被物體吸收的分?jǐn)?shù)。

2、

第97頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射說明灰體在一定溫度下輻射能力和吸收率的比值，恒等于同溫度下黑體的輻射能力。問題：1、冬天烤白衣、黑衣誰易干？太陽曬白衣、黑衣誰易干？2、夏天穿白衣涼爽，還是黑衣？四、灰體間的輻射傳熱（略）五、影響輻射傳熱的主要因素1、溫度的影響

6.傳熱第98頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射由上式可知：輻射熱流量正比于溫度四次方之差，而不是正比于溫差。同樣的溫差在高溫時(shí)的熱流量將遠(yuǎn)大于低溫時(shí)的熱流量。因此，在低溫傳熱時(shí)，輻射的影響可以忽略；而在高溫傳熱時(shí)，熱輻射則不容忽視，有時(shí)甚至占據(jù)主要地位。2、幾何位置影響

角系數(shù)對(duì)兩物體間的輻射傳熱有重要影響，角系數(shù)決定于兩輻射表面的方位和距離，實(shí)際上決定于一個(gè)表面對(duì)另一個(gè)表面的投射角。3、物體表面的黑度

(1)包圍越大，總輻射系數(shù)越大6.傳熱第99頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.5.1固體輻射(2)6.傳熱例如：(1)強(qiáng)化輻射：電氣設(shè)備表面涂上黑度很大的油漆(1)減弱輻射保溫桶、油罐：涂銀白色（或鋁或銀）熱水瓶：鍍鏡高（低）溫管道保溫外包一層鍍鋅鐵等4、輻射表面間介質(zhì)的影響空氣：一般視為透明體，d=1；而實(shí)際氣體具有發(fā)射和吸收能力對(duì)輻射傳熱具有影響。遮熱板：阻擋輻射傳熱。返回第100頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6傳熱過程的計(jì)算重點(diǎn)：傳熱基本方程的推導(dǎo)和應(yīng)用推導(dǎo)：總的出發(fā)點(diǎn)是為了消除壁溫，用總溫差代替各部分的溫差。應(yīng)用：首先要確定衡算觀點(diǎn)和速率觀點(diǎn)，尤其是后者。再次，是速率的三大因素：傳熱系數(shù)、傳熱面積和溫差在不同場(chǎng)合的應(yīng)用。工業(yè)上大量存在傳熱過程（指間壁式傳熱過程）都是固體內(nèi)部的導(dǎo)熱及各種流體與固體表面間的給熱組合而成的。6.傳熱第101頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6傳熱過程的計(jì)算6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述6.6.2傳熱過程的基本方程式6.6.3換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算6.6.4換熱器的操作型計(jì)算6.6.5傳熱單元法6.6.6非定態(tài)傳熱過程的擬定處理（略）6.6.7變系數(shù)的傳熱過程計(jì)算（略）6.傳熱返回第102頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述一、間壁式傳熱過程

的速率方程式6.傳熱T1

T2

t1t2如圖為一套管式換熱器，內(nèi)管為傳熱管，傳熱管外徑，內(nèi)徑，微元傳熱管外表面積dA1，管外側(cè)；內(nèi)表面積dA2，內(nèi)側(cè)，平均面積dAm，壁面導(dǎo)熱系數(shù)

第103頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述熱量由熱流體管壁內(nèi)側(cè)管壁外側(cè)冷流體。在定態(tài)下：6.傳熱dQ1dQ2dQ3第104頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述1、若以內(nèi)表面dA1為基準(zhǔn)（熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷流體在管外流動(dòng)）6.傳熱其中：第105頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述2、若以外表面dA2為基準(zhǔn)（熱流體在管外流動(dòng)，冷流體在管內(nèi)流動(dòng)）6.傳熱其中：式中：當(dāng)?shù)?06頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述3、管壁很薄，微元管段dA外=dA內(nèi),即dA1=dA26.傳熱其中：第107頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述例6-9傳熱系數(shù)的計(jì)算解：(1)屬于熱流體在管外流，冷流體在管內(nèi)流6.傳熱(2)管外傳熱系數(shù)增加1倍第108頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱所以，傳熱系數(shù)增加了82.4%。(3)管內(nèi)傳熱系數(shù)增加1倍第109頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述6.傳熱所以，傳熱系數(shù)增加了5.6%。結(jié)論：提高K，應(yīng)該提高較小的給熱系數(shù)比較有效。第110頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述二、污垢熱阻實(shí)踐證明，表面污垢會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的熱阻R。表6-6給出某些工業(yè)上常見的流體的污垢熱阻的大致范圍。6.傳熱第111頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.1傳熱過程的數(shù)學(xué)描述薄壁：6.傳熱式中：R1、R2分別為傳熱管外側(cè)、內(nèi)側(cè)的污垢熱阻。三、壁溫計(jì)算結(jié)論：壁溫值接近給熱系數(shù)大或熱阻較小的一側(cè)流體溫度。四、傳熱阻力和傳熱系數(shù)總熱阻返回第112頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.2傳熱過程的基本方程式一、方法：取微元體6.傳熱熱量衡算過程特征方程聯(lián)立積分基本方程假定：1、沿傳熱面不變。2、無相變3、4、軸向熱傳導(dǎo)可以忽略（軸向溫度梯度很小）—傳熱基本方程式第113頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.2傳熱過程的基本方程式其中：6.傳熱并流：T1T2t1t2逆流：T1T2t1t2對(duì)數(shù)平均溫差，又稱對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力第114頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.2傳熱過程的基本方程式二、對(duì)數(shù)平均溫度的特點(diǎn)6.傳熱1、恒<（算術(shù)平均推動(dòng)力）2、靠近和中小的一個(gè)。3、逆流優(yōu)于并流，4、當(dāng)，則5、時(shí)，，誤差在4%以內(nèi)。第115頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.2傳熱過程的基本方程式6、當(dāng)6.傳熱7、一種流體恒溫（攪拌，有相變）的傳熱，則無逆、并流之分。8、全逆流優(yōu)于并流。例6-2并流與逆流對(duì)數(shù)平均溫差的比較解：根據(jù)T1和t1可查得：根據(jù)能量衡算得：第116頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.2傳熱過程的基本方程式6.傳熱(1)逆流T1=80T2=50t1=10t2=30第117頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.2傳熱過程的基本方程式(2)并流6.傳熱T1=80T2=50t1=30t2=10所以，逆流操作方式大于并流操作方式。返回第118頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一1、設(shè)計(jì)任務(wù)：、或、。6.6.3換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算以冷卻為例：6.傳熱熱量衡算：傳熱速率：變量：方程數(shù)：2個(gè)；自由度8-2=6個(gè)。一、設(shè)計(jì)型計(jì)算的命題方式

2、設(shè)計(jì)條件：或第119頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.3換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算6.傳熱3、計(jì)算目的：A。4、分析：自由度：6個(gè)；已知：4個(gè)，尚有2個(gè)變量有選擇選擇條件：流向，t2，流速u，流程。設(shè)計(jì)計(jì)算特點(diǎn)：選擇、優(yōu)化（技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理。）二、設(shè)計(jì)計(jì)算方法：第120頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一③為延長換熱器的使用壽命，即使T1和t2不要集中在一端。(迅速升溫)(控制出口溫度)6.6.3換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算6.傳熱三、設(shè)計(jì)計(jì)算中參數(shù)的選擇1、流向的選擇結(jié)論：(1)一般逆流優(yōu)于并流(2)并流用于①熱敏性物料加熱②高粘性物料加熱第121頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.3換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算2、的選擇（前提是逆流）6.傳熱應(yīng)權(quán)衡操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用，選擇適宜的冷卻介質(zhì)出口的溫度，一般：，且工業(yè)循環(huán)冷卻水否則用軟水。(3)當(dāng)一側(cè)有相變或恒溫傳熱時(shí)，(4)錯(cuò)流、拆流是為了節(jié)省空間，使設(shè)備緊湊。第122頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.3換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算3、流速的選擇6.傳熱優(yōu)化，盡量避免層流。第123頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.3換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算6.傳熱例1有一套管換熱器，由mm與mm的鋼管組成。甲醇在內(nèi)管流動(dòng)，流量為5000kg/h，由60℃冷卻到30℃，甲醇側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)W/(m2·℃)。冷卻水在環(huán)隙中流動(dòng)，其入口溫度為20℃，出口溫度擬定為35℃。忽略熱損失、管壁及污垢熱阻，且已知甲醇的平均比熱為2.6kJ/(kg·℃)，在定性溫度下水的粘度為0.84cP、導(dǎo)熱系數(shù)為0.61W/(m2·℃)、比熱為4.174kJ/(kg·℃)。試求：（1）冷卻水的用量；（2）所需套管長度。第124頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.3換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算解：(1)冷卻水的用量6.傳熱(2)所需套管長度第125頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.3換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算求必須先確定是逆流還是并流，題目沒有明確說明流向，但由已知條件可知=35℃＞=30℃，只有逆流才可能出現(xiàn)這種情況，故可斷定本題必為逆流，于是

6.傳熱T1=60T2=30t1=20t2=35由于管壁及污垢熱阻可略去，以傳熱管內(nèi)表面積為基準(zhǔn)的為K。第126頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.3換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算6.傳熱第127頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.3換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算6.傳熱返回第128頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.4換熱器的操作型計(jì)算一、操作命題和計(jì)算方法1、第一類命題6.傳熱特點(diǎn)：操作線斜率已知，非線性線性，有唯一解。計(jì)算方法：(1)消元法（以逆流為例）第129頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.4換熱器的操作型計(jì)算(2)、采用傳熱效率與傳熱面積單元數(shù)法(ε-NTU法)或傳熱單元長度與傳熱單元數(shù)法求解。其求解方法見下一節(jié)。2、第二類命題6.傳熱第130頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一所以，一般先假設(shè)上式成立求出后檢驗(yàn)。6.6.4換熱器的操作型計(jì)算特點(diǎn)：操作線斜率未知，非線性方程計(jì)算方法：試差法說明：6.傳熱時(shí)，可用算術(shù)平均值代替線性方程，不須試差，第131頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.4換熱器的操作型計(jì)算6.傳熱Or，假設(shè)，再接著上面的步驟計(jì)算。另外一種方法：設(shè)t2Ifthen，取Ifthen，取第132頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.4換熱器的操作型計(jì)算6.傳熱二、操作型計(jì)算常見類型1、設(shè)備標(biāo)定：2、求溫度分布3、逆流改為并流后變化情況4、已知工況另一工況第133頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.4換熱器的操作型計(jì)算三、傳熱過程的操作和調(diào)節(jié)

問題：在熱流體冷卻的傳熱操作中，若qm1或T1發(fā)生變化，而要求出口溫度T2保持不變，可采取哪些措施。6.傳熱不變所以，措施是第134頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.4換熱器的操作型計(jì)算1、熱流體是工藝介質(zhì)：6.傳熱熱阻在冷流體側(cè)：熱阻在熱流體側(cè)：2、冷流體是工藝介質(zhì)：熱阻在冷流體側(cè)：熱阻在熱流體側(cè)：四、強(qiáng)化傳熱途徑間壁式換熱器：第135頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.4換熱器的操作型計(jì)算1、6.傳熱2、(1)污垢清理，避免結(jié)垢：水凈化、軟水及流速升高。(2)控制步驟側(cè)流速u增加K明顯上升。返回第136頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.5傳熱單元數(shù)法確定出口溫度T2、t2問題：在操作型計(jì)算中，需要同時(shí)確定T2和t2(在傳熱速率方程式的對(duì)數(shù)項(xiàng)中)，若采用傳熱速率方程和熱量平衡方程聯(lián)立求解的方法，需要進(jìn)行試差計(jì)算。解決方法：傳熱單元數(shù)（—NTU）法手段：將兩個(gè)出口溫度用熱量衡算式消去一個(gè)，避免試差。6.傳熱一、傳熱效率定義：第137頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.5傳熱單元數(shù)法基于熱流體：6.傳熱基于冷流體：二、傳熱單元數(shù)NTU1、基于熱流體2、基于冷流體第138頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.5傳熱單元數(shù)法三、—NTU的關(guān)系6.傳熱1、基于熱流體逆流并流其中第139頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.5傳熱單元數(shù)法6.傳熱2、基于冷流體逆流并流其中3、其它的情況見下圖。第140頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.5傳熱單元數(shù)法6.傳熱單程逆流換熱器中ε和NTU關(guān)系

折流換熱器中ε和NTU關(guān)系

第141頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.6.5傳熱單元數(shù)法例6-16p296，p291解：解法一（消元法）解法二（傳熱單元數(shù)法）6.傳熱返回第142頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7換熱器6.傳熱換熱器按用途分加熱器冷卻器冷凝器蒸發(fā)器再沸器按傳熱機(jī)理分間壁式混合式蓄熱式第143頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7換熱器6.7.1間壁式換熱器的類型6.7.2管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選用6.7.3換熱器的強(qiáng)化和其他類型6.傳熱返回第144頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7.1間壁式換熱器的類型一、夾套式換熱器如右圖所示1、結(jié)構(gòu)：夾套裝在容器外部，在夾套和容器壁之間形成密閉空間，成為一種流體的通道。2、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便

缺點(diǎn)：傳熱面積A小，K小，傳熱效率低。

3、用途廣泛用于反應(yīng)器的加熱和冷卻。4、強(qiáng)化傳熱途徑6.傳熱為了提高傳熱效果，可在釜內(nèi)加攪拌器或蛇管和外循環(huán)。第145頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7.1間壁式換熱器的類型二、沉浸式蛇管換熱器1、蛇管一般由金屬管子彎繞而制成，適應(yīng)容器所需要的形狀，沉浸在容器內(nèi)，冷熱流體在管內(nèi)外進(jìn)行換熱。

2、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，便于防腐，能承受高壓。缺點(diǎn)：傳熱面積A不大，蛇管外對(duì)流傳熱系數(shù)K小。3、強(qiáng)化傳熱途徑容器內(nèi)加攪拌。

6.傳熱第146頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7.1間壁式換熱器的類型三、噴淋式換熱器

1、結(jié)構(gòu)：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋下來，沿管表面流下來，被冷卻的流體從最上面的管子流入，從最下面的管子流出，與外面的冷卻水進(jìn)行換熱。在下流過程中，冷卻水可收集再進(jìn)行重新分配。6.傳熱第147頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7.1間壁式換熱器的類型2、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)便宜，能耐高壓，便于檢修、清洗，傳熱效果好。缺點(diǎn)：冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果，只能安裝在室外。3、用途用于冷卻或冷凝管內(nèi)液體。四、套管式換熱器

6.傳熱第148頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7.1間壁式換熱器的類型1、結(jié)構(gòu)由不同直徑組成的同心套管，可根據(jù)換熱要求，將幾段套管用U形管連接，目的增加傳熱面積；冷熱流體可以逆流或并流。2、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，能耐高壓，傳熱系數(shù)較大，能保持完全逆流使平均對(duì)數(shù)溫差最大，可增減管段數(shù)量應(yīng)用方便。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不緊湊，金屬消耗量大，接頭多而易漏，占地較大。3、用途：廣泛用于超高壓生產(chǎn)過程，可用于流量不大，所需傳熱面積不多的場(chǎng)合。6.傳熱第149頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7.1間壁式換熱器的類型五、列管式換熱器（管殼式換熱器）

6.傳熱1、結(jié)構(gòu)殼體：圓形管束（列管）：平行，且兩端固定于管板管板（花板）封頭（端蓋）管程：流體在管內(nèi)每流過管束一次，稱為一個(gè)管程殼程：流體在每通過殼體一次，稱為一個(gè)殼程2、優(yōu)點(diǎn)

單位體積的傳熱面積、處理能力和操作彈性大，適應(yīng)能力強(qiáng)，尤其在高溫、高壓和大型裝置中采用更為常用第150頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7.1間壁式換熱器的類型3、強(qiáng)化傳熱的措施提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板

6.傳熱第151頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7.1間壁式換熱器的類型折流擋板的作用6.傳熱(1)防止流體短路，增加流體流速(2)迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過管束，使湍流程度大為增加。折流擋板的形式(1)圓缺形：常用(2)圓盤形4、溫差補(bǔ)償措施：當(dāng)管束和殼體溫差>50℃時(shí)，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)臏夭钛a(bǔ)償措施，消除或減小熱應(yīng)力。第152頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7.1間壁式換熱器的類型根據(jù)所采取的溫差補(bǔ)償措施，列管式換熱器可分為以下幾個(gè)型式。1、固定管板式

殼體與傳熱管壁溫度之差大于50C，加補(bǔ)償圈，也稱膨脹節(jié)，當(dāng)殼體和管束之間有溫差時(shí)，依靠補(bǔ)償圈的彈性變形來適應(yīng)它們之間的不同的熱膨脹。6.傳熱

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，殼程檢修和清洗困難，殼程必須是清潔、不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì)。第153頁，共169頁，2023年，2月20日，星期一6.7.1間壁式換熱器的類型優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、造價(jià)便宜；缺點(diǎn)：管外不能機(jī)械清洗，管板、管子和殼體都是剛性連接，當(dāng)管壁和殼壁的溫度相差較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，甚至將管子從管板上拉脫。解決方法補(bǔ)償圈(或稱膨脹節(jié))。2、浮頭式

兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿