1、 化工原理传热6.2.3 6.2.3 单层圆筒壁的定态导热单层圆筒壁的定态导热 化工原理传热 化工原理传热6.2.4 6.2.4 多层壁的定态导热多层壁的定态导热例例 6-2 niiiinrrLttQ111121ln 化工原理传热 化工原理传热接触热阻接触热阻Ac1）：接触系数，2W/(m c 化工原理传热6.3 6.3 对流给热对流给热6.3.1 6.3.1 概说概说（1）流体无相变 强制对流传热自然对流传热（2）流体有相变 蒸汽冷凝液体沸腾1 1 对流给热过程的分类对流给热过程的分类 化工原理传热2 2 对流传热过程的分析对流传热过程的分析 化工原理传热3 3 两种对流形式两种对流形式 化
2、工原理传热（加热）（冷却）6.3.2 6.3.2 对流给热速率对流给热速率 化工原理传热3 3、各无因次数群的物理意义、各无因次数群的物理意义粘粘滞滞力力惯惯性性力力 duudu/Re 2 ReRe 表示流动状态影响的准数表示流动状态影响的准数 NuNu 表示对流传热系数的准数表示对流传热系数的准数 GrGr 表示自然对流影响的准数表示自然对流影响的准数 PrPr 表示物性影响的准数表示物性影响的准数传热面的特征尺寸，可以是管内传热面的特征尺寸，可以是管内径或外径，或平板高度等，径或外径，或平板高度等，m m 化工原理传热4 4、定性温度、定性温度 取流体的平均温度（进、出口平均温度）取壁面的
3、平均温度 tW 取流体和壁面的平均温度（膜温）tm（tWt）/2使用时按公式规定 化工原理传热6.3.3 6.3.3 无相变流体的无相变流体的经验关联式经验关联式 化工原理传热适用于Re104，Pr0.5100的各种液体（液态金属除外）化工原理传热b.L/d3040的短管(1.02 1.07)c.d.化工原理传热f.环隙套管变量分析问题：e.化工原理传热条件：RePr10dl 化工原理传热3.管外强制对流的 化工原理传热 化工原理传热 化工原理传热6.4 6.4 沸腾给热与冷凝给热沸腾给热与冷凝给热1.分类：大容积沸腾 管内沸腾过冷沸腾饱和沸腾 液体与高温壁面接触被加热汽化，并产生气泡的过程称
4、为液体沸腾。大应用：蒸发器、再沸器、蒸汽锅炉等。6.4.1 6.4.1 沸腾给热沸腾给热按沸腾所处的空间：按沸腾液体所处的温度：化工原理传热 沸腾的条件：过热度和汽化核心（1）过热度：（2）汽化核心：凹缝侧壁对气泡有依托作用，表面功小 微量气体，成为气泡的胚胎ps Ts PV TV p T2.沸腾传热机理WstTt 化工原理传热3.大容积饱和沸腾曲线临界点临界点Tc,qc,c 化工原理传热4.沸腾给热过程的影响因素（1）液体和蒸汽的性质：、Cp、，；，（2）加热表面的粗糙情况和表面物理性质 新的或清洁的面，大；油垢，小；粗糙度适中（3）t（4）P PTs，、，有利于气泡的形成和脱离，stBtA
5、52.5.沸腾过程的强化 表面粗糙化 加入添加剂 化工原理传热6.4.2 蒸汽冷凝给热蒸汽冷凝给热 汽相没有温度梯度，热阻集中在冷凝液膜内 饱和蒸汽加热的优点：温度恒定，大TsTwL 化工原理传热2.垂直管外层流（平均）冷凝给热系数L 化工原理传热注注：膜温下凝液的物性，：膜温下凝液的物性，ts下的下的r假定：假定：液膜呈层流流动，液膜内的传热方式为纯导热液膜呈层流流动，液膜内的传热方式为纯导热 蒸汽静止或流速很小，对液膜无摩擦阻力蒸汽静止或流速很小，对液膜无摩擦阻力 化工原理传热rtL4Lsin（垂直管）化工原理传热odn32/化工原理传热4、垂直管湍流时的冷凝给热系数垂直管层流 化工原理传
6、热5.影响冷凝给热的因素及强化措施 （1）流体的物性和t ，；则 q 一定时W，层流时，t ，（2）不凝气体的影响定期排放不凝气 （3）蒸汽过热的影响 （4）蒸汽流速及流向的影响 强化思路 减少液膜厚度)(sVpTTcrr 化工原理传热 化工原理传热 a、r、d 的大小取决于物体的性质、表面状况、温度和投射辐射的波长，一般固体、液体：a+r=1 气体：a+d=1 化工原理传热物体的辐射能力：指物体在一定温度下，单位时间、单位表面积上所发出的全部波长的总能量。（E）W/m2 化工原理传热 化工原理传热灰体在一定温度下的辐射能力和吸收率的比值，恒等于同温度下黑体的辐射能力，即只和物体的绝对温度有关
7、。另一表达式：化工原理传热相距很近的平行黑体平板，面积相等且足够大，则12112 化工原理传热 化工原理传热 化工原理传热6.5 6.5 传热过程的计算传热过程的计算6.5.1 6.5.1 数学描述数学描述dL假设：cp 沿传热面不变，稳态 流体无相变，Q损 0 控制体两端面热传导忽略dtcqqdAdQdTcqqdAdQpmpm2211 化工原理传热1.1.传热速率和传热系数传热速率和传热系数 tTKdAdQ 化工原理传热omoioidddd 11 若以内壁为基准：oiomiiiddddK 111 化工原理传热若以平均壁面为基准：omoimimddddK 111 若不考虑内外壁面积的差异：oi
8、K 111 则传热速率方程式可写为：)()()(tTdAKtTdAKtTdAKdQmmiiooK的物理意义：在数值上等于单位传热面积、单位传热温差下的传热速率，反映了传热过程的强度。化工原理传热2.污垢热阻 管壁内侧：Rsi 外侧：Rso，考虑污垢热阻，则K的计算：osomoiosiioioRddddRddK 111 R与流体的性质、流速、温度、设备结构、运行时间等有关。若指定以管内表面积为基准，则：oiooisomisiiiddddRddRK 111 化工原理传热4 4、提高K值的讨论 若 ，则K ，称为管壁外侧对流传热控制 oio若 ，则K ，称为管壁内侧对流传热控制 ioiosomoio
9、siioioRddddRddK 111 例6-9 化工原理传热5、K值的来源 （1）生产实际的经验数据 （2）实验测定 （3）分析计算 化工原理传热6、壁温的计算 金属壁的热阻可忽略，即Tw=twTw=tw 结论：壁温接近于较大一侧流体的温度 化工原理传热6.5.2 6.5.2 传热速率基本方程式传热速率基本方程式mtKAQ 化工原理传热mtKAQ 注：注：1）公式中）公式中K与与A要对应：要对应：2）ooiiAKAK 122112121212()()lnlnmTtTttttTttTtt 1.1.总传热速率基本方程式：总传热速率基本方程式：化工原理传热对数平均推动力算术平均推动力；对数平均推动
10、力算术平均推动力；可以用算术平均值代替；可以用算术平均值代替；是逆流与并流的通式。是逆流与并流的通式。221TT 2.2.tm的计算：的计算：逆流的优越性：（1）T1、T2、t1、t2均确定时，均确定时，tm逆逆tm并并（2）若）若Q相同，依相同，依 ，A逆逆A并并 （3）Q一定时，依一定时，依 若若T1、T2确定，则（确定，则（t2t1）逆逆（t2t1）并并 mtKAQ )()(12222111ttcqTTcqQpmpm 并并逆逆22mmqq 化工原理传热逆流逆流并流并流 化工原理传热若用饱和蒸汽冷凝加热另一侧冷流体，tm逆逆tm并并2112lntTtTtttssm 折流：折流：化工原理传热
11、3.Q的计算：（1）Q损损0，QhQc，若冷热流体均无相变化，则：，若冷热流体均无相变化，则：tcqTcqQpmpm 2211（2）Q损损0，QhQc，若一侧流体有相变化，如饱和蒸汽冷凝：，若一侧流体有相变化，如饱和蒸汽冷凝：tcqTTcrqQpmspm 22211)(一般，一般，T2Ts，tcqrqQpmm 221（3）Q损损0，QhQc，若两侧均有相变化，则：，若两侧均有相变化，则：2211rqrqQmm 化工原理传热4.A的计算：和和K对应，一般以外表面积对应，一般以外表面积（1）套管换热器，）套管换热器，ldAo （2）列管换热器，）列管换热器，n:总管数总管数ldnAo 若为饱和蒸汽
12、冷凝（管外）加热空气（或其它气体），当管壁若为饱和蒸汽冷凝（管外）加热空气（或其它气体），当管壁与污垢热阻可忽略时与污垢热阻可忽略时miimooiimtldntldnddtKAQ 外基准外基准miimtldntKAQ 内基准内基准可见结果相同可见结果相同 化工原理传热6.6.1 6.6.1 换热器的设计型计算换热器的设计型计算 化工原理传热热量衡算计算Q作适当的选择并计算tm计算i、o及K由 计算 A 或 LmtKAQ 化工原理传热1.一套管换热器中，用冷却水将1kg/s的苯由65冷却至15，冷却水在 252.5mm的内管中逆流流动，其进出口温度为10和45。已知苯和水的对流传热系数分别为82
13、0W/(m2K）和1700 W/(m2K），在定性温度下水和苯的比热容分别为4.18103 J/(kgK)和1.88 103 J/(kgK)，管壁为45W/(mK)，两侧的污垢热阻忽略。求：（1）冷却水消耗量 （2）所需的管长 化工原理传热2、将流量为2200kg/h的空气在列管式预热器从20加热到80。空气在管内湍流流动，116的饱和蒸汽在管外冷凝。现将空气流量增加20，而空气的进、出口温度不变。问采用什么方法能够完成新的生产任务？作定量计算（管壁及污垢热阻忽略）（可以重新设计一新换热器，也可在原预热器中操作）化工原理传热 化工原理传热 化工原理传热Kqtm 212）由由（设设设设校校验验计
14、计22tt或：或：化工原理传热3、某厂在单壳程双管程列管换热器中，用130的饱和水蒸气将乙醇水溶液从25加热到80，列管换热器有90根25mm2.5mm，长3m的钢管构成。乙醇水溶液处理量为36000kg/h，并在管内流动。已知管壁为45W/(m)，乙醇水溶液在定性温度下的密度为880kg/m3,粘度为0.8mPas，比热容为4.02kJ/(kg），导热系数为0.42W/(m），水蒸气的冷凝对流传热系数为104W/(m2），污垢热阻及热损失不计。问：（1）此换热器能否完成生产任务？（2）当乙醇水溶液处理量增加20，溶液进口温度即饱和蒸汽温度不变，仍在原换热器中操作，则溶液出口温度为多少？蒸汽冷
15、凝量增加多少？化工原理传热4.某化工生产中，需要将流量为6000m6000m3 3/h/h（标准状态）的常压空气用饱和蒸汽由2020加热到9090，饱和蒸汽的温度为120120，工厂仓库有一单管程单壳程换热器，其主要尺寸为：管直径为38383mm3mm，管数140140 根，管长4m4m，如果用此换热器，使空气在管内流动，蒸汽在管外冷凝。(1)验算该换热器是否够用？(2)若把该换热器改为双管程，问空气出口温度为多少？不计温度变化对空气物性的影响，忽略热损失、污垢热阻、管壁及管外热阻。已知定性温度下空气的物性参数：Cp1.005kJ/(kgK)，1.07kg/m3，0.02mPas，0.0287
16、W/(mK)化工原理传热6.7 6.7 热辐射热辐射6.7.1 6.7.1 基本概念基本概念固体、液体与气体的热辐射不同固体、液体与气体的热辐射不同 化工原理传热 a、r、d 的大小取决于物体的性质、表面状况、温度和投射辐射的波长，一般：固体、液体：气体：01dar01rad 化工原理传热黑体1a 白体（镜体）1r 透热体1d 化工原理传热辐射能力（Emissive Power）：物体在一定温度下，单位表面积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，称为该物体在该温度下的辐射能力。（E），），W/m2 6.7.2 6.7.2 固体辐射固体辐射1.黑体的辐射能力（Eb）斯蒂芬波尔茨曼定律斯蒂芬波尔茨
17、曼定律 化工原理传热2.实际物体的辐射能力（Eb）黑度（黑度（Blackness）：）：1 化工原理传热 化工原理传热 化工原理传热 化工原理传热E1Eb(1a1)Eba1Eb 1 2壁壁1：bEaEq11 热平衡，即：热平衡，即：时，有：时，有：021 qTT,bbEaEEaE 1111 或或)(TfEaEaEaEb 22113.3.物体的辐射能力和吸收能力物体的辐射能力和吸收能力 克希霍夫定律克希霍夫定律 化工原理传热 克希霍夫定律克希霍夫定律 化工原理传热6.7.3 6.7.3 黑体之间的辐射传热黑体之间的辐射传热 化工原理传热 化工原理传热 化工原理传热6.7.4 6.7.4 物体间的
18、辐射传热物体间的辐射传热E效效E入入E E入入(1a）E入入a1121212122112122112()1111111111bbSAEEQ 两物体组成的封闭系统：化工原理传热6.7.4 6.7.4 物体间的辐射传热物体间的辐射传热 化工原理传热例例 6-76.7.5 6.7.5 影响辐射的主要因素影响辐射的主要因素 化工原理传热把把 代入上式，得：代入上式，得：6.7.6 6.7.6 辐射传热系数辐射传热系数 化工原理传热6.8.1 6.8.1 间壁式换热器的类型间壁式换热器的类型 2.2.蛇管换热器蛇管换热器 化工原理传热(1(1）固定管板式）固定管板式（2 2）浮头式）浮头式（3 3）U U形管式形管式 化工原理传热6.8.2 6.8.2 新型高效换热器新型高效换热器3.3.板翅式换热器板翅式换热器 化工原理传热 化工原理传热6.8.2 6.8.2 新型高效换热器新型高效换热器5.5.热管式换热器热管式换热器 化工原理传热（1）流动通道的选择）流动通道的选择6.8.3 6.8.3 列管式换热器的设计和选用列管式换热器的设计和选用 1.1.设计应考虑的问题设计应考虑的问题 化工原理传热（2）管径、管长、管子排列）管径、管长、管子排列 化工原理传热（1）管程）管程（2）壳程）壳程 化工原理传热（1）管程压降）管程压降Pt（2）壳程压降）壳程压降Ps
