第四章传热

第四章传热 主讲人:吕利霞

第一节概述 一、传热在生产中的应用强化传热 1、传热的应用削弱传热设计传热设备 2、传热计算问题的应用计算传热量减少热损失

二、传热的基本方式 1、热传导传热机理：通过分子的热振动传递热量；特点：分子不发生宏观的位移； 2、热对流传热机理：通过流体质点的相对位移传递热量；特点：流体质点互相混合、碰撞；

自然对流：由于温度不同导致密度差异而引方式 起的移动；强制对流：由于外力引起的移动；对流传热：流体与固体壁面间的热量传递过程。 3、热辐射传热机理：通过发射电磁波的形式向外辐射能量；特点：传热过程不需要介质；注：实际传热过程中三种方式结合进行。

三、生产中的换热方式 1、混合式：冷热两种流体直接混合；特点：传热速度快；适用于：废热回收； 2、间壁式：冷热流体通过间壁传递热量；特点：两种流体不直接混合，保持原状态； 3、蓄热式

四、间壁式换热器传热过程简述 1、过程：（1）热流体对流间壁；（2）间壁一侧传导间壁另一侧；（3）间壁另一侧对流冷流体； 2、概念：（1）传热速率（热流量）：Q 单位时间内通过传热面的热量，单位为：W 。

（2）热通量q 单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位为W/m2。（3）定常传热：传热系统中各点的温度、传热速率、热通量仅随位置改变，不随时间而变的传热过程。特点：同一传热方向上，传热速率是一常量。

第二节热传导 一、热传导的基本定律 1、傅立叶定律其中：λ称为热导率，w/(m．℃); 2、热导率 w/(m．℃); 是表示物质导热能力大小的指标，是物质的物性。

（1）固体的导热系数λ金属固体>λ非金属固体 金属：T升高，导热系数下降；非金属： T升高，导热系数增加；（2）液体的导热系数 λ固>λ液 T升高，液体的导热系数略有减小；（3）气体的导热系数 λ液> λ气 T升高，气体的导热系数增加。

二、通过平壁的定常热传导 1、单层平壁其中：热阻（与导热系数成反比）热通量： w/m2; 例题：见P129。

2、多层平壁 (1)公式推导化简后: (2)温差与热阻成正比,热阻大,则温差也大。例题：P130页。

三、圆筒壁的定常热传导 1、单层（1）特点：传热面积随半径而变化。（2）公式推导：分变量积分并整理：

变形： 其中：说明：Q不随半径而变，但热通量q随r的增大而减小。

2、多层 以三层圆筒壁为例：同样的方法可推导出：同样，各层热阻越大，温差就越大。例题：P132页。

第三节对流传热 一、对流传热基本方程和对流传热系数 1、对流传热分析：（1）在流动截面上存在温度分布；（2）温度差主要集中在层流底层中。

2、对流传热基本方程 牛顿冷却定律对热流体：对冷流体：其中：反映对流传热程度的大小。 δt：代表层流内层的厚度，mm；

二、影响对流传热系数的因素 1、流体的物性：如导热系数λ、密度ρ、粘度μ和比热容cp； 2、流体的相态变化； 3、流动型态； 4、自然对流的影响； 5、传热面的形状特征与相对位置；

三、量纲分析法在对流传热中的应用 1、无相变化时，对流传热系数的特征关联式 2、通过量纲分析的无量纲数为：努塞尔准数雷诺数普兰特准数格拉斯霍夫准数

四、流体无相变化时的对流传热系数 1、圆形直管内强制对流其中：当流体被加热时，n=0.4; 当流体被冷却时，n=0.3; 注：经验公式在使用时注意应用范围、应用条件等问题。

2、管外强制对流 五、流体有相变化时的对流传热系数膜状冷凝 1、蒸汽冷凝滴状冷凝自然沸腾 2、液体沸腾核状沸腾膜状沸腾

第四节传热计算 一、热量衡算 1、焓差法热流体：冷流体： 2、显热法：热流体：冷流体：

3、潜热法 二、传热速率方程其中：K ：传热系数，w/(m2.℃) A：传热面积， m2； A=nπdl 传热面积可以是Ai、Am、A0。例题：P148页。

1 1 1 2 2 2 1 2 2 三、传热平均温度差流体的流动方向：并流逆流错流折流恒温传热：冷热流体在换热过程温度不变。变温传热：冷热流体只要有一种流体的温度发生变化。

T1 T T t2 t1 t1 t T2 T T t2 t 1、恒温传热 2、变温传热：（1）一类： Δt1=T-t1Δt2=T-t2 （2）二类：考虑流动方向并流： Δt1=T1-t1Δt2=T2-t2

T1 T2 t2 t1 逆流 Δt1=T2-t1Δt2=T1-t2 错流、折流：校正系数可根据R、P值查图：

思考题：对于同样的进出口温度，选择什么 样的流型更好？结论：逆流好。原因： 1、传质推动力大； 2、所需传热介质少；

四、传热系数的计算 1、基本公式（1）热流体的对流传热：（2）管壁的热传导：（3）冷流体的对流传热：

化简、整理后得： 又因为：所以：其中：A可以取A0、Am、Ai。

常取：基于外表面积下的传热系数K0。 考虑污垢热阻：管外壁污垢热阻管内壁污垢热阻

2、几点说明 （1）当传热面为平壁时：（2）当忽略管壁热阻和污垢热阻时：（3）提高K的方法：设法减小起决定性作用的热阻。（4）K值也可以选取经验数据或进行实验测定。

五、传热计算举例（P157） 1、设计型计算：根据已定的生产要求，确定所需换热面积。 2、操作型计算：判断已有换热器的面积能否完成指定的生产任务。 3、壁温的估算壁温接近于热阻较小的一侧流体的温度。

六、工业热源与冷源 1、热源：电热、饱和水蒸汽、热水、烟道气等。 2、冷源：冷水、空气、冷却剂（低温盐水、液氨、液氮）

第五节热辐射 一、热辐射的基本概念 1、热辐射:以电磁场波的形式传递能量的方式。波长范围：0.76~20μm。 2、辐射能：Q；吸收能：QA；吸收率：反射能：QR；反射率：透过能：QD；透过率：

A+R+D=1 注：不同的物体A、R、D的值不同。 固体和液体：D≈0；单原子和由双原子气体：D ≈1； 3、黑体的辐射能力—斯蒂芬-波尔兹曼定律 (1)黑体：A=1； (2)黑体的辐射能力：E0； W/m2; σ0-辐射常数， σ0=5.67×10-8 W/(m2.K4)。

也可写成： C0：黑体辐射系数，为5.67 W/(m2.K4)。 3、实际物体的辐射能力 (1)黑度：ε (2)实际物体的辐射能力：常用工业材料的黑度值见P164。

4、灰体的辐射能力和吸收能力---克希荷夫定律4、灰体的辐射能力和吸收能力---克希荷夫定律 (1)灰体：对各种波长具有相同吸收率的理想化物体。 A=ε (2)辐射能：二、两固体间的热辐射总辐射系数，W/(m2.K4) 角系数（见P165表4-11）

三、辐射对流联合传热 1、对流传热：辐射传热：统一形式：壁面散失的总热量为：

2、辐射对流联合传热系数 （1）空气自然对流，TW<423K，在平壁保温层外：在管道及圆筒壁外：（2）空气沿粗糙表面强制对流空气速度≤5m/s时：空气速度> 5m/s时：

第六节换热器 直接接触式换热器间壁式蓄热式一、间壁式换热器的类型 1、夹套式 2、沉浸式蛇管式 3、喷淋式蛇管式

4、套管式换热器 5、列管式换热器（1）结构：筒体、管板、列管、封头、折流挡板。（2）概念：管程和壳程折流挡板（3）种类：固定管板式、浮头式和U形管式。

6、其他高效换热器 （1）螺旋板式（2）平板式（3）板翅式（4）翅片管式（5）热管 07514

二、列管式换热器的设计（略） 三、传热过程的强化 1、增大传热面积 2、增大传热系数 3、增大传热温度差

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