化工原理B傳熱4.ppt

1、第四章 傳熱 Heat transportation,第一節(jié) 概述(Introduction) 化工生產(chǎn)中溫度是控制反應過程的重要條件，除了溫度控制手段和方法外，研究溫度變化規(guī)律與傳熱過程非常關(guān)鍵。 本章主要討論熱傳導、輻射、對流傳熱過程的原理、傳熱速率及其影響因素，傳熱過程計算以及換熱器的選用和強化傳熱過程的途徑。,一、傳熱的基本方式,1. 熱傳導 熱量從高溫物體傳向低溫物體或從物體內(nèi)部高溫部分向低溫部分傳遞。 特點：物體各部分不發(fā)生相對位移。 2. 對流 有溫差的流體(或內(nèi)部)作宏觀移動和混合，將熱量從高溫物體傳向低溫物體的現(xiàn)象，稱對流傳熱。 特點：流體各部分間有相對位移。 自然對流：溫度

2、、密度不同引起。 強制對流：外力引起。,3. 熱輻射 熱電磁波熱，以這種方式進行的熱量傳遞叫輻射傳熱。 原則上，任何物體都可向外發(fā)射輻射能，但僅在較高溫度時，這種方式才顯著。 二、間壁傳熱與速率方程 1. 間壁式換熱器 化工生產(chǎn)中冷熱流體 間的傳熱多為間壁對 流傳熱。 套管式換熱器 列管式換熱器,冷流體,熱流體,間壁,對流 傳導 對流,2. 傳熱速率熱流密度 傳熱速率Q：單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量 W。 熱流密度q: 單位時間單位面積傳遞的熱量，W/m2。 3. 穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱 物體物流各點不隨時間變化的傳熱過程稱穩(wěn)態(tài)傳熱，反之則非穩(wěn)態(tài)傳熱。穩(wěn)態(tài)傳熱的傳熱速率為常數(shù)。工業(yè)生產(chǎn)上一般接近穩(wěn)

3、態(tài)傳熱。 4. 兩流體通過間壁的傳熱過程 對流熱傳導對流 以對流方式為主，通常又稱對流傳熱或給熱。,5. 傳熱速率方程,經(jīng)驗表明，在穩(wěn)態(tài)傳熱過程中，傳熱速率與傳熱面積A和兩流體的溫度差成正比。 總傳熱系數(shù)、傳熱面積、推動力是傳熱過程三大要素。 將熱阻記為R，則Q=tm/R 下面將分別討論傳熱基本原理及傳熱系數(shù)的計算。,第二節(jié) 熱傳導 Heat conduction,一、傅立葉定律 當兩物體間有溫度差并相互接觸時，熱量就要從高溫物體傳向低溫物體，這是由熱力學第二定律決定的。 1. 溫度場和溫度梯度 各點的溫度分布 稱溫度場。 等溫面上某點法線 方向上的溫度變化 叫溫度梯度。,2. 傅立葉定律 傳

4、熱過程所傳遞的熱量與溫度差、傳熱面積和熱流經(jīng)過的距離等因素有關(guān)。 (在x方向上的溫度梯度) 上式即為熱傳導的基本公式傅立葉定律。式中負號表示傳熱方向與溫度梯度方向相反。 為導熱系數(shù)，它是物質(zhì)的基本性質(zhì)，由實驗測定。其值與物質(zhì)種類、結(jié)構(gòu)、密度、溫度、壓強等因素有關(guān), W/(m.K) 。,二、導熱系數(shù),導熱系數(shù)的物理意義：單位距離單位傳熱面積和單位傳熱溫差時的傳熱速率。 固體導熱系數(shù)： 固體液體 氣體 金屬的導熱系數(shù)最大，是熱的良導體。 溫度 純度 非金屬導熱系數(shù)較小。 密度 純度 對大多數(shù)固體： = 0(1+at)= 0 +at 0C時的導熱系數(shù) 溫度系數(shù),液體的導熱系數(shù)： 液態(tài)金屬(與固態(tài)金屬

5、性質(zhì)差不多) 非金屬液體：水的導熱系數(shù)最大 T 一般液體： T 純液體溶液 氣體的導熱系數(shù)： T P 變化小 極高P 氣體導熱系數(shù)小，保溫材料之所以保溫一般是材料中空隙充有氣體。,三、平壁的熱傳導,設(shè)材質(zhì)均勻，不隨溫度變化。溫度也只沿傳熱方向變化，討論穩(wěn)定傳熱的情況。 1. 單層平壁的熱傳導 應用傅立葉公式 Q= -Adt/dx 積分 x=0, t=t1, x=b, t=t2 導熱熱阻,b,t1 t2,上式中t稱傳熱推動力，R稱傳熱阻力即熱阻。 也可以用單位面積的傳熱速率（熱通量）表示 q = Q/A = t/(b/)= t/R (b/)也叫傳熱熱阻，但單位與R不一樣。 實際上導熱系數(shù)隨溫度而

6、變，若要考慮該因素，則積分形式不同。 2. 多層平壁的熱傳導 設(shè)各層接觸良好，兩相接觸 表面溫度相等，考慮穩(wěn)態(tài)傳 熱Q1=Q2=Q3 對多層平壁，可分別對每一 層應用傅立葉定律,多層平壁傳熱的推動力為總溫度差。傳熱阻力由各層熱阻之和。并且有 t1：t2：t3：t = R1：R2：R3：Ri,四、 圓筒壁的熱傳導,1. 單層圓筒壁的熱傳導 圓筒壁的熱傳導比平壁熱傳導更普遍。也討論穩(wěn)定傳熱的情況。與平壁不同的是，其傳熱面積要隨半徑而變。考慮半徑的微小變化。,傳熱方向,r1 r2,積分得 （4-9） 以單位長度的傳熱速率表示 定義對數(shù)平均半徑和對數(shù)平均面積,可以將4-9式寫成壁厚和對數(shù)平均半徑的形式

7、 (4-11) 形式上就與平壁公式一樣。對數(shù)平均的概念在工程上應用很廣泛。,2多層圓筒壁的熱傳導,用串聯(lián)熱阻的觀點和多層平壁相同的方法可得,第三節(jié) 對流傳熱 Convective heat transfer,一、對流傳熱方程與對流傳熱系數(shù) 熱流體 壁 冷流體 由于層流內(nèi)層的存在， 傳熱方式實際上是： 對流熱傳導 熱傳導(壁) 熱傳導 對流 湍流時，熱阻主要集中 在層流內(nèi)層。,對流傳熱的膜理論模型 某一截面上，熱流體一側(cè)的推動力熱流體湍流層內(nèi)最高溫度壁溫。 但實際上湍流層內(nèi)溫度相差不大，以平均溫度代替。由于溫度相差不大，熱阻也不大。近似設(shè)傳熱熱阻全部集中在層流內(nèi)層這一膜內(nèi)。改變層流內(nèi)層的有效膜厚

8、度就可以改變傳熱效果。 傳熱速率肯定與推動力成正比，與傳熱面積成正比，但由于膜厚實際上難于測定，就把各種其它因素和膜厚的影響歸納為一個參數(shù)。某一側(cè)的傳熱速率可寫為 (4-13) 該式也稱牛頓冷卻公式。 對流傳熱系數(shù),二、影響對流傳熱系數(shù)的因素,1. 流體的物理性質(zhì) Cp 2. 流體對流起因 強制對流 自然對流 升力 (1- 2)g= 2g t 強制對流速度大，大。 3. 流體流動狀態(tài) 4. 流體相態(tài)變化 5. 傳熱面的形狀、相對位置及尺寸,對流傳熱過程的分類及準數(shù)關(guān)聯(lián),由于對流傳熱的多樣性，有必要將問題分類加以研究。,三、對流傳熱中的量綱分析 對流傳熱系數(shù)一般難于用理論建立公式，通過量綱分析再

9、加實驗是確定它的關(guān)系的重要途徑。 流體無相變時，通常有下列物理量影響。 u , l , , , , Cp, gt 設(shè)可寫為冪函數(shù)形式 將各物理量量綱代入上式，用一些參數(shù)a,f,h表示其它參數(shù)得 d=1-f c=-a+f-2h e=a+2h b=a+3h-1 代入原函數(shù)得,努塞爾準數(shù) ； 待求準數(shù)，包括待求的給熱系數(shù),雷諾準數(shù) ； 反映對流強度對傳熱的影響,普蘭特準數(shù) ； 反映流體物性的影響,格拉斯霍夫準數(shù) ；反映自然對流的影響,借助實驗研究方法求取以上各類別中的具體準數(shù)關(guān)聯(lián)式。,Nu=K(Re)a(Pr)f(Gr)h,在學習為數(shù)繁多的關(guān)聯(lián)式時，應注意以下三個方面的問題。,應用范圍 只能在實驗的

10、范圍內(nèi)應用，外推是不可靠的。 定性溫度 取流體進，出口溫度的算術(shù)平均值作為定性溫度； 高粘度流體用壁溫作粘度定性溫度；冷凝傳熱取凝 液主體溫度和壁溫的算術(shù)平均值作為定性溫度。 特征尺寸 傳熱面的幾何因素有時是很復雜的，一般選取對傳 熱起決定作用的幾何因素作為特征尺寸，管內(nèi)流動 取管內(nèi)徑作為特征尺寸；管外的流動取管外徑作為 特征尺寸，等等。,管內(nèi)對流傳熱還與流體的入口效應有關(guān)，在流動邊界層與傳熱邊界層尚未充分發(fā)展的所謂“進口段”，給熱系數(shù)還要受到速度分布和溫度分布的影響，進口段的給熱系數(shù)高于充分發(fā)展后的給熱系數(shù)值。,入口效應,式中n值與熱流方向有關(guān)， 當流體被加熱時，n=0.4， 當流體被冷卻時

11、，n=0.3。 應用范圍：Re10000；0.7Pr120； 。 定性溫度：取流體進、出口溫度的算術(shù)平均值。 特征尺寸：取為管內(nèi)徑d1。,流體在管內(nèi)作強制對流,園形直管強制湍流的給熱系數(shù),流體在圓形直管內(nèi)作強制湍流時，對于低粘度流體，則有,四、流體無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式,n取不同的數(shù)值，這是為了反映熱流方向?qū)o熱系數(shù)的影響。,液體被加熱 1.05，液體被冷卻 0.95。,園形直管內(nèi)高粘度液體無相變傳熱，給熱系數(shù),應用范圍：Re10000；0.7Pr16700；,定性溫度：w取壁溫作定性溫度，其余各物性取液體平均溫 度作定性溫度。,特征尺寸：取為管內(nèi)徑。,幾點討論 非圓管道 特征尺寸應

12、用當量直徑de。例如內(nèi)管外徑為d1，外管內(nèi)徑為d2的同心套管環(huán)狀通道，當量直徑 入口效應修正 在管進口段，流動尚未充分發(fā)展，傳熱邊界層較薄，給熱系數(shù)較大，對于 的換熱管，應考慮進口段對給熱系數(shù)的增加效應。故將所得乘以修正系數(shù)：,彎管修正 流體流過彎曲管道或螺旋管時，會引起二次環(huán)流而強 化傳熱，給熱系數(shù)應乘以一個大于1的修正系數(shù)：,d為管內(nèi)徑， R為彎曲半徑。,其它條件一定時，可有 ，于是，當流量由W增至W時，給熱系數(shù)由增至 ，則 由此可見，提高流速可以強化傳熱，這也是調(diào)節(jié)換熱器以適應生產(chǎn)要求的根據(jù)所在。但流速升高，流動阻力增大，用提高流速的方法來強化傳熱是以增加動力消耗為代價的。,管內(nèi)強制滯流

13、 應用范圍：Re2300；Pr0.6。,定性溫度：w取壁溫，其余取進、出口溫度的算術(shù)平均值。 特征尺寸：管內(nèi)徑d1。,管內(nèi)過渡區(qū) 在Re=230010000的過渡區(qū)，作為粗略計算，可按湍流傳熱的公式計算值，然后乘以修正系數(shù)f：,換熱器殼程都是橫掠管束流動，換熱管排列分為直列和錯列兩種，流體沖刷直列和錯列管束的情景是不同的。 錯列時流體在管間交替收縮和擴張的彎曲通道中流動，比直列時在管間走廊通道的流動擾動更為強烈，故錯列比直列傳熱要快，但錯列的流動阻力較大，清洗不如直列容易。 影響管束傳熱的因素除Re, Pr數(shù)外，還有管子排列方式，管間距和管排數(shù)，給熱系數(shù),應用范圍： 特征尺寸：管外徑，流速取每

14、排管子中最狹窄通道處的流速。 定性溫度：流體進、出口溫度的算術(shù)平均值。,管外強制對流,流體在管束外橫掠流動,各排的給熱系數(shù)不同，應按下式求其平均值。,換熱器殼程的傳熱,列管式換熱器，各排的管數(shù)不同。裝有折流擋板，先是橫掠管束，在繞過折流擋板時，則變?yōu)轫樦茏拥姆较蛄鲃印Ｓ捎诹魉俸土飨虻牟粩嘧兓?，Re100即達到湍流。 換熱器內(nèi)裝有圓缺型擋板時，殼程給熱系數(shù)：,(1)Re=312104時 (2)Re=21031106時,定性溫度除w取壁溫外，其余均取流體平均溫度。 特征尺寸要用當量直徑，根據(jù)管子的排列方式。 直列時 錯列時,流速u按管間最大流通截面積A計算 D換熱器外殼內(nèi)徑，m； l兩折流擋板間

15、距，m。,自然對流傳熱系數(shù),所謂大容積自然對流，如：無攪拌時釜內(nèi)液體的加熱；傳熱設(shè)備外表面與周圍環(huán)境大氣之間的對流傳熱,式中系數(shù)C,n及應用范圍見表44。,五、流體有相變時的對流傳熱,1. 蒸汽冷凝時的對流傳熱 (1)蒸汽冷凝方式 膜狀冷凝： 冷凝液潤濕壁面，在壁面形成 一層連續(xù)液膜，液膜沿壁面向 下流動。傳熱必須通過液膜。 滴狀冷凝： 冷凝液不潤濕壁面，形成液滴。 液滴沿壁面滾落而下。傳熱不 通過液膜，熱阻較小。,一是在壁面上涂一層油類物質(zhì)，二是在蒸汽中混入油類或脂類物質(zhì)。對紫銅管進行表面改性處理，能在實驗室條件下實現(xiàn)連續(xù)的滴狀冷凝，但在工業(yè)換熱器上應用，尚待時日。,實現(xiàn)滴狀冷凝的方法,特征

16、尺寸：l取垂直管或板的高度。 定性溫度：r取ts下的值，其余物性取液膜平均溫度下的值。 k、凝液的導熱系數(shù)，密度和粘度； r冷凝潛熱，kJ/kg； t蒸汽飽和溫度ts與壁面tw之差，。,膜狀冷凝給熱系數(shù),蒸汽在垂直管外或垂直板側(cè)的冷凝 當Re2100時，膜內(nèi)為滯流,若Re2100，膜層為湍流,垂直管外和板側(cè)膜層雷諾數(shù)的表達式 qm凝液質(zhì)量流量，kg/s； 浸潤周邊長度，m； S膜層流通截面積，m2； de液膜當量直徑，m。,蒸汽在水平單管及水平管束外冷凝 水平單管 凝液受重力作用沿管壁周向向下流動并脫離管壁，液膜愈往下愈厚，其平均給熱系數(shù)可用下式計算,水平管束 上面管子產(chǎn)生的凝液流到下面管子上

17、，使下面管子液膜厚度增加，傳熱減慢，但另一方面，凝液下落時會產(chǎn)生一定的撞擊和飛濺，這種附加的擾動又會使傳熱加快。,式中h為水平單管的冷凝給熱系數(shù)，km為管束校正系數(shù)。如果管束的總管數(shù)為N，則管束校正系數(shù)為,(1) A方位放置 (1) B方位放置,式中m為垂直列數(shù)，其值與總管數(shù)N和管束放置方位有關(guān)。圖示出了管束按三角形排列時的兩種放置方位，A方位放置時對角線上管列垂直，垂直列數(shù) B方位放置時對角線上管列水平，垂直列數(shù),影響冷凝傳熱的其它因素 蒸汽流速和流向 蒸汽流動會在汽液界面上產(chǎn)生摩擦阻力，若蒸汽與液膜流向相同，則會加速液膜的流動，使液膜減薄，傳熱加快。 不凝性氣體 蒸汽中含有不凝性氣體時，即

18、使含量極微，也會對冷凝傳熱產(chǎn)生十分有害的影響。例如水蒸汽中含有1%的空氣能使給熱系數(shù)下降60%。不凝性氣體將會在液膜外側(cè)聚積而形成一層氣膜，冷凝器操作中及時排除不凝性氣體至關(guān)重要。 過熱蒸汽 溫度高于其飽和溫度的蒸汽稱為過熱蒸汽，實驗表明，在大氣壓力下，過熱30的蒸汽較飽和蒸汽的給熱系數(shù)高1%，而過熱540的蒸汽的給熱系數(shù)高30%，所以在一定情況下不考慮過熱的影響，仍按飽和蒸汽進行計算。,大容積沸騰是指加熱面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象，此時，液體的運動由自然對流和汽泡的擾動所引起的。 強制對流沸騰是指液體在管內(nèi)流動的過程中而受熱沸騰的現(xiàn)象，此時，汽泡不能自由升浮，而是受迫隨液體

19、一起流動，形成汽液兩相流動，沿途吸熱，直至全部汽化。,大容積飽和沸騰曲線 液體主體達到飽和溫度ts，加熱壁面的溫度tw，隨壁面過熱度t=tw-ts的增加，沸騰傳熱表現(xiàn)出不同的傳熱規(guī)律。圖表示水在一個大氣壓力下沸騰傳熱熱流密度q與壁面過熱度t的變化關(guān)系，稱為沸騰曲線。,2. 液體沸騰時的對流傳熱,自然對流沸騰區(qū)：過熱度t較小，加熱壁面處的液體輕微過熱，產(chǎn)生的汽泡在升浮過程往往尚未達到自由液面就放熱終結(jié)而消失。其給熱系數(shù)h和熱流密度q比無相變自然對流略大。如圖中AB段所示。 核狀沸騰區(qū)：隨著t的增大，在加熱面上產(chǎn)生汽泡數(shù)量增加，汽泡脫離時，促進近壁液體的摻混和擾動，故給熱系數(shù) h和熱流密度都迅速增

20、加，如圖中BC所示。 過渡沸騰區(qū)：當t增大至過C點后，加熱面上產(chǎn)生的汽泡數(shù)大大增加，且汽泡的生成速率大于脫離速率，汽泡脫離壁面前連接成汽膜，由于熱阻增加，給熱系數(shù)與熱流密度 q均下降，如圖中CD所示。 膜狀沸騰：t繼續(xù)增大，汽泡迅速形成并互相結(jié)合成汽膜覆蓋在加熱壁面上，產(chǎn)生穩(wěn)定的膜狀沸騰，此時，由于膜內(nèi)輻射傳熱的逐漸增強，給熱系數(shù)和熱流密度又隨t的增加而升高。如圖DE所示。,燒毀點：由圖可知，點C和E的熱流密度相等。當熱流密度增至qc后，為進一步提高傳熱速率，t必須增至tE以上，這時的壁面溫度有可能高于換熱器的金屬材料的熔化溫度。所以C點稱為臨界點，亦稱為燒毀點。,例 45 在200Kpa,2

21、0 C下，流量為60m3/h的 空氣進入套管換熱器的內(nèi)管，并被加熱到80 C，內(nèi)管直徑573.5mm，長度為3m，求管壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。,例 4-6 換熱器由長度為1.5m，外徑為89mm，正三角形錯列圓鋼管組成。常壓下空氣在管外垂直流過，最大流速8m/s ，進口溫度10 C，出口溫度50 C , 管束有20排，每排20根管子，管中心距為110mm，管內(nèi)有飽和蒸汽冷凝。求管壁對空氣的平均對流傳熱系數(shù)。,例 4-7 在一室溫為20 C的大房間中，安有直徑為0.1m，水平部分長度為10m，垂直部分高度為1.0m的蒸汽管道，若管道外壁平均溫度為120 C ，求管道因自然對流的散熱量。,六、選用

22、關(guān)聯(lián)式的注意事項,(1)針對具體問題選擇適當關(guān)聯(lián)式。 (2)注意公式應用范圍、特性尺寸和定性溫度的確定。 (3)正確使用物理量的單位。 (4)分析各變量對的影響。 (5)通常的使用范圍如下表： 傳熱類型 /W(m2.K) 傳熱類型 /W(m2.K) 空氣自然對流 525 水蒸氣冷凝 5000 15000 空氣強制對流 30 300 有機蒸汽冷凝 500 3000 水自然對流 200 1000 水沸騰 1500 3000 水強制對流 1000 8000 有機物沸騰 500 15000 有機液體強制 500 1500 對流,第四節(jié) 傳熱計算Calculation of heat transfer,

23、一、熱量衡算 設(shè)熱流體、冷流體進出口溫度分別為T1、T2和t1、t2,熱流體、冷流體的定壓熱容和質(zhì)量流量分別為cp1、cp2和qm1、qm2，忽略熱損失，兩流體均無相變化。則 Q=qm1cp1(T1-T2)= qm2cp2(t2-t1) 若熱流體為飽和蒸汽冷凝，冷流體無相變，則 Q=qm1r= qm2cp2(t2-t1) 蒸汽的汽化潛熱,參與熱交換的兩種流體或其中之一有溫度變化，熱流體放出熱量溫度沿程降低，冷流體獲得熱量溫度流程升高，冷熱流體的溫度差沿換熱器表面各點是不同的。,當用傳熱基本方程式計算整個換熱器的傳熱速率時，必須使用整個傳熱面積上的平均溫差。,平均溫差還與參與換熱的兩流體的流動方

24、式有關(guān)，流體的流動方式不同，平均傳熱溫差不同。,二、傳熱平均溫度差,逆流,并流,并流,假定： 在傳熱過程中，熱損失忽略不計； 兩流體的比熱為常數(shù)，不隨溫度而變； 總傳熱系數(shù)K為常數(shù)，不沿傳熱表面變化。,逆流或并流時的平均溫差,逆流,【例】在套管換熱器中用20的冷卻水將某溶液從100冷卻至60，溶液流量為1500kg/h，溶液比熱為3.5kJ/(kg)，已測得水出口溫度為40，試分別計算并流與逆流操作時的對數(shù)平均溫差。若已知并流和逆流時總傳熱系數(shù)K=1000W/(m2)，求并流操作和逆流操作所需的傳熱面積。,平均溫差是換熱器兩端溫差的對數(shù)平均值，稱對數(shù)平均溫差。并流逆流平均溫差計算式相同，兩端溫

25、差的計算方法不同。,解：逆流和并流的平均溫差分別是：,傳熱負荷為：,逆流操作和并流操作時換熱器的面積分別是：,采用逆流傳熱的另一優(yōu)點是節(jié)約載熱體的用量，以物料的加熱為例，加熱劑的用量,當T1、T2、t1和 t2不變時，逆流傳熱的平均溫差大于并流傳熱的平均溫差，逆流操作所需的傳熱面積小于并流操作的傳熱面積。,并流時T2恒大于t2，但逆流時T2有可能低于t2，逆流時熱流體的出口溫度有可能低于并流逆流時熱流體的用量有可能比并流時為少。一般都采用逆流操作。,但是并流也有它的特點，例如工藝上要求被加熱的流體不得高于某一溫度，或被冷卻的流體不得低于某一溫度，采用并流較易控制。,參與換熱的兩流體中只有一個流

26、體變溫的情況，例如在冷凝器中用飽和蒸汽將某冷流體加熱，或在蒸發(fā)器中利用熱流體的顯熱使某液體沸騰，并流與逆流的對數(shù)平均溫差相等。,參與換熱的兩種流體的溫度都恒定不變，例如在蒸發(fā)器中用飽和蒸汽加熱液體使之蒸發(fā)汽化。換熱器間壁一側(cè)為飽和水蒸汽冷凝，冷凝溫度T恒定不變，間壁另一側(cè)液體沸騰汽化，其沸騰溫度保持在沸點t不變，則換熱器的傳熱溫差 亦為定值。,錯流和折流時的平均溫差,兩種流體在列管式換熱器中流動并非是簡單的并流和逆流，而是比較復雜的多程流動，既有折流又有錯流。,錯流是指兩流體在間壁兩側(cè)彼此的流動方向垂直；,一種流體作折流流動，另一種流體不折流，或僅沿一個方向流動。,若兩種流體都作折流流動或既有

27、錯流又有折流，稱為復雜折流。,復雜折流,錯流,簡單折流,稱為溫差修正系數(shù)，表示為P和R兩參數(shù)的函數(shù),式中,式(7.2-23)表示的溫差修正曲線繪于圖7-5(a)、(b) 和 (c)中。,錯流或折流時的平均溫差，通常是先按逆流求算，然后再根據(jù)流動型式加以修正,溫差修正系數(shù)1，即tmtm，逆，換熱器設(shè)計時值不應小于0.8，否則不經(jīng)濟。增大的一個方法就是改用多殼程。,總傳熱系數(shù),總傳熱系數(shù)K綜合反映傳熱設(shè)備性能，流動狀況和流體物性對傳熱過程的影響，倒數(shù)1/K稱為傳熱過程的總熱阻。,冷、熱兩流體的溫度分別為T和t，給熱系數(shù)分別為 2和 1，管壁熱側(cè)表面和冷側(cè)表面的溫度分別為Tw和tw, 間壁兩側(cè)面積分

28、別為A1和A2，流體通過間壁的熱交換經(jīng)過“對流傳導對流”三個串聯(lián)步驟。,冷熱兩流體通過間壁進行熱交換的總熱阻等于兩個對流熱阻與一個導熱熱阻之和，這和串聯(lián)電路的歐姆定律是類似。,根據(jù)列管換熱器標準，傳熱面積以換熱管外表面計算,式中 為管壁的對數(shù)平均直徑,當間壁為平壁，或管壁很薄或管徑較大時，各面積相等或近似相等,0,若導熱熱阻很小，則,若 ，則 ， ，,若 ，則 ， ，,管內(nèi)流體對流傳熱控制。,管外流體對流傳熱控制。,總傳熱系數(shù)總是更接近數(shù)值較小的給熱系數(shù)，欲提高K值，關(guān) 鍵是提高較小的給熱系數(shù)。,獲取K的其他途徑：, 查取K值 在有關(guān)傳熱手冊和專著中載有某些情況下K的經(jīng)驗數(shù)值，但應選用工藝條件

29、接近、傳熱設(shè)備類似的較為成熟的經(jīng)驗K值作為設(shè)計依據(jù)，表7-1列出了一些條件下經(jīng)驗K值的大致范圍，供設(shè)計時參考。, 實驗測定 通過實驗測定現(xiàn)有換熱器的流量和溫度，由傳熱基本方程計算K值：,列管換熱器總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗數(shù)據(jù),污垢熱阻,換熱器在運行一段時間后，流體介質(zhì)中可沉積物會在換熱表面上生成垢層，有時換熱面還會被流體腐蝕而形成垢層。垢層的生成對傳熱產(chǎn)生附加熱阻，使總傳熱系數(shù)減小，傳熱速率顯著下降。,若垢層厚度為s，垢層導熱系數(shù)為s，則垢層熱阻為Rs=s/s。因為垢層導熱系數(shù)很小，即使厚度不大，垢層熱阻也很大，往往成為主要熱阻，必須給予足夠重視。,由于垢層的厚度和導熱系數(shù)不易準確估計，工程計算上通

30、常是選用污垢熱阻的經(jīng)驗數(shù)值。如管壁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的污垢熱阻分別是Rs1和Rs2，則總熱阻,污垢熱阻的大致數(shù)值,四、壁溫計算,傳熱計算或換熱器設(shè)計中往往需要壁溫數(shù)據(jù)。但壁溫難測，且隨位置而變，所以通常用下列近似計算方法估算。 冷熱流體溫度和壁溫都以平均溫度表示時 考慮污垢熱阻時有,五、傳熱計算示例,例 4-16重油和原油在套管換熱器內(nèi)并流流動，兩種油的初溫分別為243C和128C，終溫為167C和157C。若維持兩種油的初溫和流量不變，而將流體改為逆流，試求此時流體的平均溫度差。假設(shè)在兩種情況下，物性和總傳熱系數(shù)均不變，換熱器的熱損失不計。,例 4-17 在逆流 換熱器中，用初溫為20C的水將1.2

31、5kg/s的液體（Cp=1.9kj/kg C， =850kg/m3）由80C冷卻到30 C 。換熱器的列管直徑為252.5mm ，水走管內(nèi)，水側(cè)和油側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為0.85和1.70kw/m2 C，忽略污垢熱阻，若水的出口溫度不高于50 C，計算傳熱面積。,例 4-18在一單程列管換熱器中，用飽和蒸汽加熱原料油。溫度為160 C 的飽和蒸汽加熱在殼程冷凝，原料油在管程流動，并由20 C加熱到106 C，列管換熱器直徑為192 mm，管長為4m，管子共20 根。若換熱器的傳熱量為125kw，蒸汽冷凝的對流傳熱系數(shù)為7000w/m2 C，油側(cè)污垢熱阻為0.0005m2 C/w，管熱阻阻和蒸汽

32、側(cè)污垢熱阻不計，求管內(nèi)油側(cè)對流傳熱系數(shù)，又若油品的流速增加一倍，總傳熱系數(shù)為原來的1.75倍，求油的出口溫度。假設(shè)油的物性不變。,例 4-19流量為720kg/h的常壓飽和水蒸氣在直立的列管外冷凝，列管換熱器直徑為252.5 mm，管長為2m，列管外壁溫度為94 C ，試按冷凝要求估算列管根數(shù)。,第五節(jié) 熱輻射 Heat radiation,一、基本概念 熱電磁波熱 可見光、紅外線等都是熱射線。 熱輻射與光輻射的物理本質(zhì)相同。 QQAQRQD 1QA /Q QR /Q QD /Q + 吸收率 反射率 透過率 1 黑體 1 白體 1 透熱體,Q QR,QA,QD,二、物體的輻射能力,1. 黑體的輻射能力 黑體的輻射能力與熱力學溫度的四次方成正比。 (4-49) C0=5.669W/(m2.K), 黑體的輻射系數(shù)。 2. 實際物體的輻射能力 實際物體的輻射能力小于黑體的輻射能力。定義黑度 =E/E0 影響黑度的因素：物種、表面溫度、表面狀況、波長等。由實驗測定。,灰體：對各種波長具有相同吸收率的物體。 大多數(shù)工程材料可看成灰體。 灰體輻射能力同樣用黑度表示。 一些材料的黑度見表4-7。 材料 溫度C 黑度 紅磚 20 0.93 耐火磚