傳熱過(guò)程的分析和計(jì)算

演示文稿傳熱過(guò)程的分析和計(jì)算目前一頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)傳熱過(guò)程的分析和計(jì)算目前二頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)作業(yè)：7-1，7-4，7-10，7-13目前三頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)7.1復(fù)合傳熱通常將由兩種或兩種以上的基本熱量傳遞方式同時(shí)起作用的熱量傳遞過(guò)程稱為復(fù)合傳熱或者綜合換熱（combinedconvectionandradiationheattransfer）最常見(jiàn)的：固體壁面與氣體間的對(duì)流傳熱問(wèn)題——對(duì)流傳熱和輻射傳熱往往是同時(shí)存在的如室內(nèi)的供暖管線、暖氣片的散熱、室外熱力管線的散熱、人體表面的散熱等目前四頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)在復(fù)合傳熱中，固體壁面同時(shí)以對(duì)流和輻射的方式失去（或得到）熱量?jī)煞N熱量傳遞方式是并聯(lián)的關(guān)系

目前五頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)復(fù)合傳熱計(jì)算的目的：確定表面凈失去（或凈得到）的熱量Φt對(duì)流傳熱量可由牛頓冷卻定律

輻射傳熱量的計(jì)算要相對(duì)復(fù)雜些。工程中為方便起見(jiàn)，采用與牛頓冷卻定律相似的形式表示輻射傳熱過(guò)程目前六頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)hr稱為輻射傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（radiationheattransfercoefficient），習(xí)慣上也稱為輻射傳熱系數(shù)

ht就稱為復(fù)合傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)引入復(fù)合傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的目的是簡(jiǎn)化復(fù)雜換熱系統(tǒng)的分析計(jì)算目前七頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)輻射傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算式：

表面的輻射傳熱量Φr可根據(jù)固體壁面及所處環(huán)境的特點(diǎn)采用相應(yīng)的方法進(jìn)行計(jì)算目前八頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)當(dāng)作為凸表面的固體壁面位于溫度為T(mén)s的大封閉空腔內(nèi)（如房間內(nèi)的熱水管線）時(shí)目前九頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)若環(huán)境輻射溫度未知，在相差不大的情形下，作為近似可近似?。篢s≈Tf

目前十頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)是否考慮輻射換熱，應(yīng)根據(jù)具體情況而定：——若流體是液體，通常認(rèn)為液體是輻射不透明體，這時(shí)有hr＝0——若氣體與壁面間進(jìn)行受迫對(duì)流傳熱，且換熱溫差不是很大，可忽略輻射，即ht≈hc——若氣體和壁面間進(jìn)行自然對(duì)流換熱，或換熱溫差很大，必須考慮輻射換熱目前十一頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)高溫流體通過(guò)固體壁面把熱量傳給另一側(cè)低溫流體的過(guò)程，稱為傳熱過(guò)程完成傳熱過(guò)程的熱力設(shè)備，稱為換熱器

7.2傳熱過(guò)程分析與計(jì)算目前十二頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)傳熱方程式

K－傳熱系數(shù)★物理意義－冷、熱流體的溫差為1℃時(shí)單位時(shí)間、單位傳熱面積所傳遞的熱量

目前十三頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)傳熱過(guò)程計(jì)算的目的－計(jì)算傳熱過(guò)程中的傳熱系數(shù)、傳熱量★衡量傳熱過(guò)程強(qiáng)度的重要參數(shù)，過(guò)程量★大小取決于冷熱流體的物性、流速、固體壁面的形狀、布置、材料的導(dǎo)熱系數(shù)等★綜合地反映了兩側(cè)的對(duì)流傳熱過(guò)程和導(dǎo)熱過(guò)程對(duì)傳熱的影響

目前十四頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)7.2.1通過(guò)平壁的傳熱過(guò)程導(dǎo)熱中—只關(guān)注平板的導(dǎo)熱過(guò)程，計(jì)算了各類邊界條件下的溫度分布、通過(guò)平板的導(dǎo)熱量傳熱過(guò)程中—壁面兩側(cè)流體間的熱量傳遞過(guò)程目前十五頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前十六頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)說(shuō)明（1）關(guān)于h－應(yīng)理解為復(fù)合傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

（2）采用試算法

如果λ為溫度的函數(shù)，則應(yīng)按平壁的平均溫度計(jì)算；若平壁溫度未知，需假設(shè)進(jìn)行試算法求解目前十七頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)（3）傳熱系數(shù)的計(jì)算傳熱系數(shù)目前十八頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)（4）多層平壁目前十九頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)（5）強(qiáng)化傳熱的考慮為強(qiáng)化傳熱，有三條途徑：★方法1：提高溫差

★方法2：提高傳熱系數(shù)

目前二十頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)★如何提高傳熱系數(shù)？

數(shù)學(xué)上可以證明

提高較小的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)值，強(qiáng)化薄弱環(huán)節(jié)，效果最好

目前二十一頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)h1＝103，h2＝10，沒(méi)有強(qiáng)化前：K=9.90W/(m2.K)措施2：h1＝103，h2＝20：K’’=19.6W/(m2.K)措施1：

h1＝2000，h2＝10：K’＝9.95W/(m2.K)目前二十二頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)★方法3：提高換熱面積－表面肋化

為了減小熱阻，面積應(yīng)該加在哪一側(cè)呢？目前二十三頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)大熱阻對(duì)應(yīng)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小的情形所以應(yīng)增加表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小一側(cè)的面積，可使總熱阻降低，特別是在兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相差很大的情形總熱阻是由兩個(gè)熱阻中較大的那一個(gè)決定的降低熱阻應(yīng)從較大熱阻入手目前二十四頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)傳熱過(guò)程中，若各子過(guò)程的熱阻相差較大，則熱阻大的子過(guò)程決定了整個(gè)傳熱過(guò)程中的傳熱量，該熱阻稱為控制熱阻控制熱阻通常對(duì)應(yīng)著表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小、或換熱面積較小的情形。只有有效地減小控制熱阻，才能減小整個(gè)過(guò)程的熱阻強(qiáng)化傳熱應(yīng)該對(duì)熱阻較大的一側(cè)采取強(qiáng)化措施，效果最好。采取的措施應(yīng)使兩側(cè)熱阻接近，才能收到預(yù)期的效果

舉例：暖氣強(qiáng)化傳熱，水側(cè)or空氣側(cè)？目前二十五頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)7.2.2通過(guò)圓管壁的傳熱

目前二十六頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前二十七頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)工程上，一般都以圓管外壁面面積為基準(zhǔn)計(jì)算傳熱系數(shù)

目前二十八頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)對(duì)多層圓筒壁目前二十九頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)7.2.3臨界熱絕緣直徑

在工程上,為了減少熱流體輸送管道的散熱損失,通常用保溫材料在管道外面加一層或多層保溫層同時(shí)為了勞動(dòng)保護(hù)的需要，一般使管道外表面的溫度低于50℃如何選擇保溫材料和保溫層的厚度是需要解決的主要問(wèn)題

目前三十頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)通過(guò)二層圓管的穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程－熱流體和周圍環(huán)境溫度不變、管壁材料的熱導(dǎo)率為λ1，保溫材料的熱導(dǎo)率為λx

目前三十一頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)隨著保溫層厚度的增加，即隨著dx的增大：——管內(nèi)對(duì)流傳熱熱阻與管壁導(dǎo)熱熱阻之和Rh1+Rλ1保持不變——保溫層導(dǎo)熱熱阻Rλx隨之加大——保溫層外側(cè)的對(duì)流傳熱熱阻Rh1卻隨之減小

目前三十二頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)計(jì)算表明：d2較小時(shí)，總熱阻Rk先隨著dx的增大而減小,然后再隨著dx的增大而增大,中間出現(xiàn)極小值，相應(yīng)熱流量出現(xiàn)極大值總熱阻Rk取得極小值時(shí)的保溫層外徑dx稱為臨界絕緣直徑,用dc表示

目前三十三頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)臨界絕緣直徑與保溫材料有關(guān)、與所處環(huán)境有關(guān)目前三十四頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)（1）當(dāng)dx<dc時(shí)，隨保溫層厚度的增加，總熱阻減小，傳熱量增大，此時(shí)對(duì)管道敷設(shè)保溫層反而會(huì)增加熱損失。即冬天棉襖穿得越厚，反而越冷（2）當(dāng)dx=dc時(shí)，總熱阻Rk最小，這時(shí)換熱量最大!（3）當(dāng)dx>dc時(shí)，隨保溫層的增加，總熱阻逐漸增大，傳熱量減小，保溫層起保暖作用，這和我們的感覺(jué)是一致的目前三十五頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)擔(dān)心：以后冬天穿棉襖，會(huì)不會(huì)越穿越冷？那么是否有必要考慮這一問(wèn)題呢？

假設(shè)棉襖的導(dǎo)熱系數(shù)為0.1W/(m.K)，環(huán)境的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為10W/(m2.K)，此時(shí)dc=0.02m(腰圍為6.28cm)，再怎么瘦的人近似半徑也大于此值，所以對(duì)人而言，棉襖越厚越暖和，大家可以盡管放心地穿工程上一般管道（如輸油管道、暖氣管線）外徑也都大于此值，為了減少散熱損失，都毫無(wú)例外地敷設(shè)保溫層目前三十六頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)在小管徑且環(huán)境又是自然對(duì)流的條件下（實(shí)驗(yàn)室內(nèi)），對(duì)管道加保溫材料時(shí)一定要特別謹(jǐn)慎當(dāng)管徑小于臨界絕緣半徑時(shí)，情況正好相反，增加保溫層能起到強(qiáng)化換熱的作用電工中在電線外加上絕緣層一方面利用這一點(diǎn)強(qiáng)化電線的散熱，使其溫度不至于升得很高。另一方面可以起到絕緣保護(hù)作用

目前三十七頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)§7-4換熱器的分類與平均傳熱溫差7.4.1換熱器的應(yīng)用和分類1按工作原理分類

（1）混合式原理——冷、熱流體直接接觸、互相混合而實(shí)現(xiàn)熱量的交換應(yīng)用——冷、熱流體都是同一物質(zhì)，或不是同一種物質(zhì)但易于分離實(shí)例——如電廠中的冷卻塔，空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻塔等目前三十八頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前三十九頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)（2）蓄熱式—回?zé)崾?、再生式冷、熱流體交替地流過(guò)同一換熱面（蓄熱體），并盡量避免相互混合特點(diǎn)：1流道周期性地對(duì)熱流體吸熱、對(duì)冷流體放熱

2非穩(wěn)態(tài)過(guò)程實(shí)例：蓄熱式空氣預(yù)熱器目前四十頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)（3）間壁式換熱器——表面式，冷、熱流體由壁面隔開(kāi)——工程上最常見(jiàn)目前四十一頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)2按結(jié)構(gòu)分類（間壁式）（1）管殼式換熱器由管子（管束）和外殼（管殼）構(gòu)成目前四十二頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前四十三頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前四十四頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)管內(nèi)流動(dòng)的流動(dòng)路程－管程在管束間流動(dòng)－殼程管殼式換熱器的型式：殼程－管程，1－2型、2－4型目前四十五頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)（2）套管式換熱器——兩根同心圓管構(gòu)成簡(jiǎn)單，但傳熱系數(shù)小，只作為高壓流體的換熱器目前四十六頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)（3）肋管式換熱器換熱器管外加肋片管外翅片減小了熱阻，傳熱得以強(qiáng)化目前四十七頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)肋管式換熱器目前四十八頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)（4）板式換熱器

☆間隔壁面為平板☆平板上加翅片——板翅式☆平板上采取其他措施－板式目前四十九頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)板翅式換熱器目前五十頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)板翅式換熱器目前五十一頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)翅片形狀目前五十二頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)板式是由許多波紋形的傳熱板片，按一定的間隔，通過(guò)橡膠墊片壓緊組成的可拆卸的換熱設(shè)備。板片組裝時(shí)，兩組交替排列，板與板之間用粘結(jié)劑把橡膠密封板條固定好，其作用是防止流體泄漏并使兩板之間形成狹窄的網(wǎng)形流道板式換熱器目前五十三頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)換熱板片壓成各種波紋形，以增加換熱板片面積和剛性，并能使流體在低流速成下形成湍流，以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果。板上的四個(gè)角孔，形成了流體的分配管和泄集管，兩種換熱介質(zhì)分別流入各自流道，形成逆流或順流通過(guò)每個(gè)板片進(jìn)行熱量的交換。

板式換熱器目前五十四頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)板式換熱器目前五十五頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)板式換熱器目前五十六頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)3按流動(dòng)形式分順流—兩流體平行流動(dòng)其方向相同逆流—兩流體平行流動(dòng)其方向相反復(fù)雜流（交叉流）—除二者以外的方式目前五十七頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前五十八頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)7.4.2換熱器熱計(jì)算的基本方程

約定：下標(biāo)1——熱流體下標(biāo)2——冷流體上標(biāo)’

——進(jìn)口參數(shù)上標(biāo)’’

——出口參數(shù)以熱流體進(jìn)口作為計(jì)算起點(diǎn)目前五十九頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)1換熱器中流體的溫度分布因變量—冷、熱流體的溫度自變量—？換熱面積

—熱流體入口，Ax＝0—熱流體出口，Ax＝At—在換熱器內(nèi)的不同位置，Ax不同，流體溫度不同目前六十頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)（1）溫度變化幅度與qmcp有關(guān)——qmcp大，曲線變化平緩（2）端部溫差大，溫度沿程變化快（3）順流：據(jù)此判斷換熱器的流動(dòng)方式目前六十一頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)流體有相變時(shí)的溫度分布目前六十二頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)2熱平衡方程熱流體放出的熱量

冷流體吸收的熱量熱平衡方程（換熱器無(wú)熱損失）目前六十三頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)3換熱器的傳熱方程式傳熱方程式為

傳熱方程的微分形式

對(duì)換熱面A積分目前六十四頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)溫差傳熱方程式目前六十五頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)4對(duì)數(shù)平均溫差假定：（1）換熱器無(wú)散熱損失，（2）忽略沿軸向?qū)?；?）常物性；（4）k為常數(shù)。順流為例目前六十六頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前六十七頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)對(duì)微元換熱面積dAx，冷、熱流體間的溫差為對(duì)其微分對(duì)熱流體對(duì)冷流體目前六十八頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)積分之(1)目前六十九頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)代入傳熱方程式：分離變量積分(2)目前七十頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編于十八點(diǎn)比較(1)、(2)二式：——此即對(duì)數(shù)平均溫差目前七十一頁(yè)\總數(shù)七十九頁(yè)\編