化工原理 第四章 傳熱

第一節(jié)概述第四章傳熱

一、傳熱過程的應(yīng)用（1）物料的加熱或冷卻（2）熱量與冷量的回收利用（3）設(shè)備與管路的保溫熱量從高溫區(qū)向低溫區(qū)移動的過程稱為熱量傳遞，簡稱傳熱。所有的工業(yè)部門都涉及到傳熱，特別是化工生產(chǎn)中很多的過程和單元操作。2023/11/201二、傳熱的基本方式

（一）熱傳導(dǎo)氣體分子做不規(guī)則熱運動時相互碰撞的結(jié)果

固體導(dǎo)電體：自由電子在晶格間的運動非導(dǎo)電體：通過晶格結(jié)構(gòu)的振動實現(xiàn)液體機理復(fù)雜特點：靜止介質(zhì)中的傳熱，沒有物質(zhì)的宏觀位移2023/11/202（二）熱對流（三）熱輻射物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射。

自然對流：由于流體內(nèi)溫度不同造成的浮升力引起的流動。強制對流：流體受外力作用而引起的流動。能量轉(zhuǎn)移、能量形式的轉(zhuǎn)化不需要任何物質(zhì)作媒介

特點：流動介質(zhì)中的傳熱，流體作宏觀運動2023/11/203三、兩流體通過間壁換熱過程

冷流體t1t2熱流體T1T2（一）間壁式換熱器夾套式換熱器2023/11/204傳熱速率Q（熱流量）：單位時間內(nèi)通過換熱器的整個傳熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位J/s或W。熱流密度q（熱通量）

：單位時間內(nèi)通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位J/(s.m2)或W/m2。（二）傳熱速率與熱流密度2023/11/205非穩(wěn)態(tài)傳熱

（三）穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱

穩(wěn)態(tài)傳熱

傳熱速率在任何時刻都是常數(shù)，系統(tǒng)各點的溫度僅隨位置變化而與時間無關(guān)，反之為非穩(wěn)態(tài)傳熱，本章主要討論穩(wěn)態(tài)傳熱。2023/11/206（四）兩流體通過間壁的傳熱過程t2t1T1T2對流對流傳導(dǎo)冷流體Q熱流體穩(wěn)態(tài)傳熱：2023/11/207式中

tm──兩流體的平均溫度差，℃或K；

A──傳熱面積，m2；

K──總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)或W/(m2·K)。（五）總傳熱速率方程2023/11/208

第二節(jié)熱傳導(dǎo)不依靠物體內(nèi)部各質(zhì)點的宏觀混合活動，而是借助分子、原子、離子和自由電子等微觀粒子的熱運動產(chǎn)生的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。熱傳導(dǎo)可發(fā)生在固體、液體和氣體中。1、固體導(dǎo)熱通過自由電子的遷移和晶格震動進行。因此，導(dǎo)電性好的固體導(dǎo)熱性也好。合金的導(dǎo)熱性下降。2、氣體導(dǎo)熱通過氣體分子不規(guī)則熱運動時的相互碰撞。3、液體導(dǎo)熱的機理類似氣體。2023/11/209一、傅立葉定律溫度場：某時刻，物體或空間各點的溫度分布。

（一）溫度場和等溫面非穩(wěn)態(tài)溫度場

穩(wěn)態(tài)溫度場

物體的溫度分布是空間坐標和時間的函數(shù)。式中：t——溫度；

x,y,z——空間坐標；

θ——時間。

2023/11/2010等溫面：在同一時刻，溫度場中所有溫度相同的點組成的面。

等溫面的特點：

（1）等溫面不能相交；（2）沿等溫面無熱量傳遞。2023/11/2011（二）溫度梯度

xdxQt+dttt-dtdt/dx溫度梯度和傅立葉定律

注意：沿等溫面將無熱量傳遞，而沿和等溫面相交的任何方向，因溫度發(fā)生變化則有熱量的傳遞。溫度隨距離的變化程度以沿與等溫面的垂直方向為最大。對于一維溫度場，則兩等溫面之間的平均溫度變化率為溫度梯度：溫度梯度是向量，其方向垂直于等溫面，并以溫度增加的方向為正。2023/11/2012（三）傅立葉定律式中dQ

──熱傳導(dǎo)速率，W或J/s；

dA

──導(dǎo)熱面積，m2；

t/

x

──溫度梯度，℃/m或K/m；

──導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)或W/(m·K)。負號表示傳熱方向與溫度梯度方向相反傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，它指出：單位時間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比，即2023/11/2013二、熱導(dǎo)率

在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量

=f(結(jié)構(gòu),組成,密度,溫度,壓力）

金屬固體

>

非金屬固體

>

液體

>

氣體

表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)2023/11/20141.固體熱導(dǎo)率

金屬材料10～102W/(m?K)

建筑材料10-1～10W/(m?K)

絕熱材料10-2～10-1W/(m?K)在一定溫度范圍內(nèi)：對大多數(shù)金屬材料a<0，t

對大多數(shù)非金屬材料a>0

，

t

2023/11/2015金屬的純度對導(dǎo)熱系數(shù)影響很大，合金的導(dǎo)熱系數(shù)比純金屬要低。非金屬的建筑材料或絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度、組成及結(jié)構(gòu)的緊密程度有關(guān)，一般λ值隨密度增加而增大，亦隨溫度升高而增大。2023/11/20162.液體熱導(dǎo)率金屬液體

較高，非金屬液體低；非金屬液體水的

最大；水和甘油：t

，

其它液體：t

，

0.09～0.6W/(m·K)2023/11/2017液體的導(dǎo)熱系數(shù)由于液體分子間相互作用的復(fù)雜性，液體導(dǎo)熱系數(shù)的理論推導(dǎo)比較困難，目前主要依靠實驗方法測定。液體可分為金屬液體（液態(tài)金屬）和非金屬液體。大多數(shù)金屬液體的導(dǎo)熱系數(shù)均隨溫度的升高而降低。在非金屬液體中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大。除水和甘油外，大多數(shù)非金屬液體的導(dǎo)熱系數(shù)亦隨溫度的升高而降低。液體的導(dǎo)熱系數(shù)基本上與壓力無關(guān)。2023/11/20183.氣體熱導(dǎo)率

t

，

一般情況下，隨p的變化可忽略；

氣體不利于導(dǎo)熱，有利于保溫或隔熱。0.006～0.4W/(m·K)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與液體和固體相比，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)最小，對熱傳導(dǎo)不利，但卻有利于保溫、絕熱。工業(yè)上所使用的保溫材料，如玻璃棉等，就是因為其空隙中有氣體，所以其導(dǎo)熱系數(shù)較小，適用于保溫隔熱。2023/11/2019t1t2btxdxQ三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)（一）單層平壁熱傳導(dǎo)假設(shè)：材料均勻，為常數(shù)；一維溫度場，t沿x變化；

A/b很大，忽略端損失。2023/11/2020積分：2023/11/2021（二）多層平壁熱傳導(dǎo)假設(shè)：各層接觸良好，接觸面兩側(cè)溫度相同。t1t2b1txb2b3t2t4t32023/11/2022各層的溫差2023/11/2023結(jié)論：多層平壁熱傳導(dǎo)，總推動力為各層推動力之和，總熱阻為各層熱阻之和；各層溫差與熱阻成正比。推廣至n層：

2023/11/2024四、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)

（一）單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)

特點：傳熱面積隨半徑變化，

A=2

rl(2)一維溫度場，t沿r變化。2023/11/2025在半徑r處取dr同心薄層圓筒積分2023/11/2026討論：——對數(shù)平均面積熱阻令——對數(shù)平均半徑2023/11/2027一般時，2023/11/2028（二）多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)2023/11/2029三層：n層圓筒壁：

2023/11/2030對流傳熱：對流傳熱是由內(nèi)部各部分質(zhì)點發(fā)生宏觀運動和混合而引起的熱量傳遞過程。對流只能發(fā)生在流體內(nèi)部，由于流體分子同時在進行著不規(guī)則的熱運動，因此對流必須伴隨著熱傳導(dǎo)。對流分為強制對流和自然對流。第三節(jié)對流傳熱2023/11/2031強制對流：因泵（或風(fēng)機）或攪拌等外力所導(dǎo)致的對流稱為強制對流。流動的原因不同，對流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中有可能同時發(fā)生自然對流和強制對流。自然對流：由于流體各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產(chǎn)生相對位移，這種對流稱為自然對流。2023/11/2032一、對流傳熱過程dAqm2，

t2qm1，T1qm2，t1

qm1，T22023/11/2033湍流主體對流傳熱溫度分布均勻?qū)恿鞯讓訉?dǎo)熱溫度梯度大壁面導(dǎo)熱(導(dǎo)熱系數(shù)較流體大)有溫度梯度不同區(qū)域的傳熱特性：傳熱邊界層（thermalboundarylayer）：溫度邊界層。有溫度梯度較大的區(qū)域。傳熱的熱阻即主要幾種在此層中。溫度距離TTwtwt熱流體冷流體傳熱壁面湍流主體湍流主體傳熱壁面層流底層層流底層傳熱方向?qū)α鱾鳠崾疽鈭D2023/11/2034式中 Q──對流傳熱速率，W；

1

、

2

──熱、冷流體的對流傳熱系數(shù)，

W/(m2·K)；

T、TW、t、tW──熱、冷流體的平均溫度及

平均壁溫，℃。

冷流體：熱流體：牛頓冷卻定律2023/11/2035（一）影響因素2.引起流動的原因自然對流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動。強制對流：由于外力和壓差而引起的流動。

強制

>自然

二、對流傳熱系數(shù)的影響因素1.流動狀態(tài)

湍流

>層流

2023/11/2036自然對流的產(chǎn)生：設(shè)熱處：t2，

2；冷處：t1，

1

——體積膨脹系數(shù)，1/C.或而得：或2023/11/2037由溫度差而產(chǎn)生的單位體積的升力：加熱板冷卻板2023/11/20385.是否發(fā)生相變

相變

>無相變4.傳熱面的形狀，大小和位置形狀——管、板、管束等；大小——管徑、管長、板厚等；位置——管子的排列方式，垂直或水平放置。3.流體的物性

，

，

，cp

2023/11/2039三、對流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式變量數(shù)8個基本因次4個：長度L，時間T，質(zhì)量M，溫度

無量綱特征數(shù)（8-4）=4無相變時2023/11/20401.

努塞爾特（Nusselt

）數(shù)表示對流傳熱系數(shù)的特征數(shù)2.

雷諾（Reynolds）數(shù)反映流體的流動狀態(tài)對對流傳熱的影響2023/11/20413.

普蘭特（Prandtl）數(shù)反映流體的物性對對流傳熱的影響4.

格拉斯霍夫（Grashof）準數(shù)表示自然對流對對流傳熱的影響一般形式：Nu=f(Re,Pr,Gr)簡化：強制對流Nu=f(Re,Pr)

自然對流Nu=f(Pr,Gr)2023/11/2042使用準數(shù)關(guān)聯(lián)式時注意：1.應(yīng)用范圍2.特征尺寸3.

定性溫度強制對流自然對流無相變有相變蒸汽冷凝液體沸騰2023/11/2043四、無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式（一）流體在管內(nèi)作強制對流1.

圓形直管內(nèi)的強制湍流流體被加熱n=0.4流體被冷卻n=0.3（1）應(yīng)用范圍：Re>104,Pr=0.7~160,L/d>60,

氣體或低粘度的液體（

<2

水）（2）定性溫度：流體進出口的算術(shù)平均值（3）特征尺寸：管內(nèi)徑2023/11/2044討論：（1）加熱與冷卻的差別：液體氣體2023/11/2045物性一定時：（2）影響因素：2023/11/2046公式修正：（1）當L/d<60，乘校正系數(shù)；（2）高粘度液體（

>2

水）工程處理：加熱：冷卻：2023/11/2047（3）彎管（4）非圓形管道用當量直徑計算。2023/11/20482.圓形直管內(nèi)流體處于過渡區(qū)時的對流傳熱系數(shù)2300<Re<1042023/11/20493.圓形直管內(nèi)強制層流（1）隨熱流方向不同，速度分布情況不同；（2）自然對流造成了徑向流動，強化了對流傳熱過程。對于液體2023/11/2050自然對流可以忽略：Gr<25000自然對流不能忽略：Gr>25000乘校正因子：適用范圍：定性溫度：特征尺寸：管內(nèi)徑2023/11/2051傳熱計算主要有兩種類型：設(shè)計型計算根據(jù)生產(chǎn)要求的熱負荷確定換熱器的傳熱面積。校核型計算計算給定換熱器的傳熱量、流體的溫度或流量。

第四節(jié)傳熱過程計算2023/11/2052總傳熱速率方程式中Q──傳熱速率，W；

tm──兩流體的平均溫度差，℃；

A──傳熱面積，m2；

K──總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)。2023/11/2053（一）恒溫傳熱一、傳熱平均溫度差兩種流體進行熱交換時，在沿傳熱壁面的不同位置上，在任何時間兩種流體的溫度皆不變化，這種傳熱稱為穩(wěn)定的恒溫傳熱。如蒸發(fā)器中，飽和蒸汽和沸騰液體間的傳熱。式中T——熱流體的溫度℃；

t——冷流體的溫度℃。2023/11/2054（二）變溫傳熱

tm與流體流向有關(guān)逆流并流錯流折流在傳熱過程中，間壁一側(cè)或兩側(cè)的流體沿著傳熱壁面，在不同位置時溫度不同，但各點的溫度皆不隨時間而變化，即為穩(wěn)定的變溫傳熱過程。(1)間壁一側(cè)流體恒溫另一側(cè)流體變溫。(2)間壁兩側(cè)流體皆發(fā)生溫度變化，這時參與換熱的兩種流體沿著傳熱兩側(cè)流動,平均溫度差與兩種流體的流向有關(guān)。2023/11/20551.逆流與并流t2t1T1T2t1t2T1T2

t2tAt1T2T1逆流

t2tAt1T2T1并流2023/11/2056以逆流為例推導(dǎo)

tm假設(shè)：（1）穩(wěn)態(tài)流動，質(zhì)量流量qm1、qm2為常數(shù)；（2）cp1、cp2為常數(shù)；（3）K沿管長不變化；（4）熱損失忽略不計。AT2t1t2T1dTdtdA

t2

t1

t=T-t對于微元：2023/11/2057T1T2t2t1Q而2023/11/2058逆流、并流均適用；當t2/t1<2，則可用算術(shù)平均值?！獙?shù)平均溫度差2023/11/2059例

現(xiàn)用一列管式換熱器加熱原油，原油在管外流動，進口溫度為100℃,出口溫度為160℃；某反應(yīng)物在管內(nèi)流動，進口溫度為250℃，出口溫度為180℃。試分別計算并流與逆流時的平均溫度差。解：并流逆流℃

℃

2023/11/2060逆流操作時，因Δt2/Δt1<2，則可用算術(shù)平均值℃由上例可知：當流體進、出口溫度已經(jīng)確定時，逆流操作的平均溫度差比并流時大。在換熱器的傳熱量Q及總傳熱系數(shù)K值相同的條件下，采用逆流操作，可以節(jié)省傳熱面積，而且可以節(jié)省加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的用量。在生產(chǎn)中的換熱器多采用逆流操作，只是對流體的溫度有限制時才采用并流操作。

注：流體流動方向的選擇2023/11/20612.錯流與折流查圖

<1tm<tm逆——

>0.9若

<0.8，溫差損失大，傳熱不穩(wěn)定；應(yīng)改變流型

:溫度差校正系數(shù)根據(jù)冷、熱流體進、出口的溫度，依上式求出R和P值后，校正系數(shù)?Δt值可根據(jù)R和P兩參數(shù)從相應(yīng)的圖中查得。2023/11/2062（三）流向的選擇1.所需傳熱面積

逆流優(yōu)于并流。2023/11/20632.載熱體消耗量t1t2T1T1T2并T2逆加熱任務(wù)：t1t2（T2并）min=t2（T2逆）min=t1

逆流優(yōu)于并流。2023/11/20643.溫度差分布逆流時的溫度差分布更均勻。T2并流T1t1t2t1t2T1T2逆流4.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合。2023/11/2065二、總傳熱系數(shù)K——總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)twTw管內(nèi)對流管外對流導(dǎo)熱冷流體熱流體tTdQdQ1dQ3dQ2（一）總傳熱系數(shù)計算對于管式換熱器，假定管內(nèi)作為加熱側(cè)，管外為冷卻側(cè)，則通過任一微元面積dA的傳熱由三步過程構(gòu)成。2023/11/2066管內(nèi)對流管外對流管壁熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)傳熱

2023/11/2067（1）平壁dA=dA1=dA2=dAm討論：（2）以外表面為基準(dA=dA1)2023/11/2068K1——以外表面為基準的總傳熱系數(shù)，W/(m2.K)dm——對數(shù)平均直徑，m以內(nèi)表面為基準：d1/d2<2可用算術(shù)平均值2023/11/2069（二）污垢熱阻

Rd1、Rd2——傳熱面兩側(cè)的污垢熱阻，(m2·K)/W（三）提高K值的討論

設(shè)法減小控制熱阻。（1）減小污垢熱阻——防結(jié)垢、及時清洗。2023/11/2070（2）若污垢熱阻與壁阻可忽略時，有或若則當

1、

2相差較大時：若則或應(yīng)提高較小，進而提高K。當

1、2相差不大時，二者應(yīng)同時提高?？倐鳠嵯禂?shù)計算的簡化（P151）2023/11/2071總熱阻是由熱阻大的那一側(cè)的對流傳熱所控制，即當兩個對流傳熱系數(shù)相差不大時，欲提高K值，關(guān)鍵在于提高對流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的

。若兩側(cè)的

相差不大時，則必須同時提高兩側(cè)的

，才能提高K值。若污垢熱阻為控制因素，則必須設(shè)法減慢污垢形成速率或及時清除污垢。小結(jié)2023/11/2072例:

一列管式換熱器，由?25×2.5mm的鋼管組成。管內(nèi)為CO2，流量為6000kg/h，由55℃冷卻到30℃。管外為冷卻水，流量為2700kg/h，進口溫度為20℃。CO2與冷卻水呈逆流流動。已知水側(cè)的對流傳熱系數(shù)為3000W/m2·K，CO2

側(cè)的對流傳熱系數(shù)為40W/m2·K。試求總傳熱系數(shù)K，分別用內(nèi)表面積A1，外表面積A2表示。解：查鋼的導(dǎo)熱系數(shù)λ=45W/m·K

取CO2側(cè)污垢熱阻Ra1=0.53×10-3m2·K/W

取水側(cè)污垢熱阻Ra2=0.21×10-3m2·K/W2023/11/2073以內(nèi)、外表面計時，內(nèi)、外表面分別用下標1、2表示。

總傳熱系數(shù)的計算（例4-16）2023/11/2074三、壁溫的計算對于穩(wěn)態(tài)傳熱：

twTw管內(nèi)對流管外對流導(dǎo)熱冷流體熱流體tTdQdQ1dQ3dQ22023/11/2075則有：TW接近于T，即

大(熱阻小)側(cè)流體的溫度

（3）兩側(cè)有污垢（2）當tW=TW

時，（1）

大，b/

Am?。ū谧栊。﹖W

TW如果：2023/11/2076例在一由?25×2.5mm鋼管構(gòu)成的廢熱鍋爐中，管內(nèi)通入高溫氣體，進口500℃,出口400℃。管外為p=1MPa壓力（絕壓）的水沸騰。已知高溫氣體對流傳熱系數(shù)α1=250W/m2·℃，水沸騰的對流傳熱系數(shù)α2=10000W/m2·℃。忽略污垢熱阻。試求管內(nèi)壁平均溫度Tw及管外壁平均tw。鋼管導(dǎo)熱系數(shù)45W/m·℃。解：(a)總傳熱系數(shù)以管子內(nèi)表面積A1為基準2023/11/2077(c)計算單位面積傳熱量

℃(d)管壁溫度

Q/A1=K1Δtm=242×271=65580W/m2

T----熱流體的平均溫度，取進、出口溫度的平均值

T=(500+400)/2=450℃管內(nèi)壁溫度

(b)平均溫度差在p=1MPa

，水的飽和溫度為179℃℃2023/11/2078管外壁溫度

℃

由此題計算結(jié)果可知：由于水沸騰對流傳熱系數(shù)很大，熱阻很小，則壁溫接近于水的溫度，即壁溫總是接近對流傳熱系數(shù)較大一側(cè)流體的溫度。又因管壁熱阻很小，所以管壁兩側(cè)的溫度比較接近。2023/11/2079四、傳熱計算小結(jié)總傳熱速率方程熱量衡算式

(熱負荷)無相變

有相變

應(yīng)用條件：定態(tài)流動，qm為常數(shù)；

cP為常數(shù)；

K為常數(shù)；忽略熱損失。2023/11/20801.設(shè)計型計算已知：qm1、T1、T2（生產(chǎn)任務(wù)），t1、qm2等求：傳熱面積A或校核換熱器是否合適步驟

:（1）計算熱負荷；（2）計算

tm；（3）計算1、2及K；

（4）計算A若A實

>A計

或Q換>Q需要，換熱器合適。傳熱面積的計算（例4-18、19）2023/11/2081二、操作型計算（1）已知：換熱器A，qm1、T1，qm2

、t1

求：出口T2、t2（2）已知：換熱器A，qm1、T1，T2

、t1

求：qm2、

t2注意：列管式換熱器中流通面積傳熱面積例4-20,4-212023/11/2082一、基本概念1.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外發(fā)射能量的過程。特點：第五節(jié)熱輻射所有物體都能將熱以電磁波的形式發(fā)射出去，而不需要任何介質(zhì)?？稍谕耆婵盏臈l件下進行熱輻射。

任何物體只要在絕對零度以上都能發(fā)射輻射能，但是只有在物體溫度較高的時候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。2023/11/2083Q

Q

Q

NQ能量守恒定律：

——吸收率

——反射率

——穿透率

3.物體對熱輻射的作用總能量Q；被物體吸收Q

；被反射Q

；穿過物體Q

2023/11/2084

黑體：白體(鏡體)：透熱體：灰體：以相同的吸收率吸收所有波長輻射能的物體固體、液體：

=0

+

=1

氣體：

=0

+

=12023/11/2085二、物體的輻射能力物體在一定溫度下，單位表面積、單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部輻射能(波長從0到

),E表示,W/m2

──黑體輻射常數(shù),5.67×10-8W/(m2.K4)（一）黑體斯蒂芬-波爾茲曼定律四次方定律表明，熱輻射對溫度特別敏感Cb──黑體輻射系數(shù),5.67W/(m2.K4)2023/11/2086（二）實際物體黑度：

<1

=f(物體的種類、表面溫度、表面狀況)C——灰體的輻射系數(shù)，C=

Cb

是物體輻射能力接近黑體輻射能力的程度

——實驗測定2023/11/2087（三）克?；舴蚨蓪殷w:q=E-αEb熱交換達到平衡時T=Tb,q=0任意物體:T>TbE1Eb（1-

）Eb

Eb

Ⅰ

Ⅱ克?；舴蚨苫殷w黑體TE-αEb=02023/11/2088結(jié)論：（1）物體的輻射能力越強，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（3）

＜１，E＜Eb在任何溫度下、各種物體中以黑體的輻射能力為最大2023/11/2089（一）輻射傳熱速率四、兩固體間的相互輻射①兩面積無限大的平行平板②兩平面有限大的平行平板2023/11/2090③一物體被另一物體包圍若外圍為黑體，

1=1

或A2》A1，則C1-2=C1=Cb

12023/11/2091

1.溫度的影響

Ｑ

T4；低溫可忽略，高溫可能成為主要方式

2.幾何位置的影響

3.表面黑度的影響

Ｑ

，可通過改變

大小強化或減小輻射傳熱

4.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（

小熱屏）（二）影響輻射傳熱的主要因素2023/11/2092一、換熱器的分類按用途分類加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器按冷、熱流體熱量交換方式分類混合式、蓄熱式、間壁式第六節(jié)換熱器2023/11/2093二、間壁式換熱器的類型（一）夾套換熱器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單缺點：

A小釜內(nèi)

小強化措施：釜內(nèi)加攪拌釜內(nèi)加蛇管外循環(huán)2023/11/2094（二）蛇管換熱器1.沉浸式強化措施：容器內(nèi)加攪拌器，提高K優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單管內(nèi)能耐高壓缺點：

管外

小2023/11/20952.噴淋式優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單管內(nèi)能耐高壓管外

比沉浸式大缺點：噴淋不易均勻占地面積大2023/11/2096（三）套管換熱器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單能耐高壓

(K)或

tm大缺點：結(jié)構(gòu)不緊湊A/V小接頭多，易漏2023/11/2097（四）列管換熱器管板、管束、封頭、殼體2023/11/20981.固定管板式特點：結(jié)構(gòu)簡單；但殼程檢修和清洗困難。——加熱補償圈（膨脹節(jié)）當管內(nèi)外流體溫差Δt>

50℃

時，需考慮溫度熱補償。根據(jù)熱補償方式不同，列管式換熱器分為：2023/11/2099隔板擋板管束殼體2023/11/20100結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板（又稱花板）、封頭（端蓋）等。

冷、熱流體兩種流體在列管式換熱器內(nèi)進行換熱時，一種流體通過管內(nèi)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。

換熱器內(nèi)通過管內(nèi)的流體每通過一次管束稱為一個管程；管程數(shù)多有利于提高管程流體的流速和對流傳熱系數(shù)，但能量損失增加，傳熱溫度差小，程數(shù)以2、4、6程多見。

管外流體每通過一次殼體成為一個殼程。在管外裝有折流板（或擋板）可以提高殼程流體的流速，以保持較高的傳熱系數(shù)，折流板形式常用的有弓形和盤環(huán)形兩種。折流板同時起中間支架作用。2023/11/201012.浮頭式特點：可完全消除熱應(yīng)力,便于清洗和檢修,結(jié)構(gòu)復(fù)雜2023/11/201023.U型管式特點：結(jié)構(gòu)較浮頭簡單；但管程不易清洗。2023/11/20103(1)流體流程選擇管程：不清潔或易結(jié)垢、腐蝕性、壓力高的流體殼程：飽和蒸汽、需要冷卻、粘度大或流量小的流體原則：傳熱效果好，結(jié)構(gòu)簡單，清洗方便(2)流體流速的選擇u選擇是經(jīng)濟權(quán)衡，要避免層流流動

u

K

，在同Q、tm下A

，節(jié)省設(shè)備費u

Hf

，操作費用增加三、列管換熱器的選用2023/11/20104(3)換熱器中管子的規(guī)格和排列方式管子的規(guī)格：19×2mm和25×2.5mm管長：1.5m、2.0m、3.0m、6.0m排列方式：正三角形正方形直列正方形錯列2023/11/20105圓缺形圓盤形多管程：管內(nèi)流體u

加擋板：增大殼程流體的湍動

殼程

(4)折流擋板折流擋板是目的是為了加大殼流體的速度和流徑，是湍動程度加劇。

擋板間距過小，不便于制造和檢修，阻力較大，如間距過大，對流傳熱系數(shù)下降。2023/11/20106四、傳熱過程的強化途徑1.增大

tm加熱劑T1

或冷卻劑t1

兩側(cè)變溫，盡量采用逆流強化傳熱，可

tm

、A/V

、K

2.增大A/V直接接觸傳熱，可增大A

和湍動程度2023/11/201073.增大K減小壁、污垢及兩側(cè)流體熱阻中的主要熱阻提高

較小一側(cè)有效提高

的方法(無相變)：增大流速——多管程加擾流元件——殼程加擋板改變傳熱面形狀和增加粗糙度2023/11/20108五、列管換熱器的選用與計算1.根據(jù)工藝任務(wù)，計算熱負荷2.計算

tm3.依據(jù)經(jīng)驗選取K，估算A4.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算，如果

<0.8，應(yīng)增加殼程數(shù)；由u和qm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，再由系列標準選適當型號的換熱器。2023/11/201095.核算K分別計算管程和殼程的

，確定垢阻，求出K，并與估算的K進行比較。如果相差較多，應(yīng)重新估算。6.計算A根據(jù)計算的K和

tm，計算A，并與選定的換熱器A相比，應(yīng)有10%~25%的裕量。2023/11/20110習(xí)題1蒸汽管道的外徑為壁面220mm,其上覆蓋一層厚為200mm的保溫層。蒸汽管外表面溫度為177℃，保溫層外表面溫度為40

℃，保溫材料λ=0.52+9×10-4t(w/m·℃)。求每米管長的熱損失。解：分離變量積分2023/11/20111習(xí)題2（傳熱綜合問題）在1m長的套管換熱器中用熱水將管內(nèi)的果汁從t1=10

℃加熱至t2=50

℃，熱水從進口溫度T1=98

℃降至T2=68

℃，兩流體并流流動，求（1）欲將果汁加熱至t?2=60℃，管長需增加多少米？（2）若改用逆流操作后管長增加多少米？（上述各工況下熱水、果汁的流量，入口溫度，所有的物性參數(shù)均不變且忽略熱損失）2023/11/20112解：換熱器中兩流體無相變化，則有Q=qmhcph(T1-T2)=qmccpc(t2-