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1、第四章 传热,1学习目的：通过本章学习，掌握传热的基本原理、传热的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程的有关问题。,2本章知识点的重点：（1）热传导速率方程及其应用。（2）对流传热系数及其影响因素。（3）总传热速率方程及其应用(换热器的能量衡算，总传热系数，平均温度差),（1）传热的基本方式。（2）导热及导热过程的计算。（3）对流传热及对流传热系数计算。（4）传热过程的计算（Q、K、S、tm)。（5）换热器的结构型式（列管和套管换热器）和强化途径。,3、本章应掌握的内容：,传热的三种基本方式,质点发生相对位移,静止物质,导热概念：导热系数 公式：1、傅立叶定律 2、一维稳态导热,p2
2、,应用:3.平壁、圆筒壁的计算,链接,链接,单层平壁的定态热传导,多层平壁的稳定热传导的计算：,Q,p2,通过单层圆筒壁的定态热传导,热传导,p2,Q=常数，但 q常数,多层圆筒壁定态热传导,p2,对流传热概念：对流传热?公式：牛顿冷却定律:,关键是求,对流传热:是指流体质点发生相对位移而引起的热量传递过程，其特点是伴随着流体的运动而进行。,对流传热通常是指流体与固体壁面之间的传热过程。,对流传热系数关联式(经验式),强制对流,自然对流,管内,管外,层流,水平圆管外管束外,湍流,在使用由实验得到的各种的经验公式时，须注意以下几点:应用范围 经验式中Re、Pr等的数值范围；特性尺寸 传热面特性尺
3、寸l应如何确定；定性温度 各准数中流体的物性应按什么温 度确定。,特征尺寸（定性尺寸）l：定性温度t：,对流动或传热过程产生直接影响的尺寸。如管径、当量直径、管板高度等。,确定物理性质参数的温度。如：流体进出口平均温度；壁面平均温度；平均膜温（流体温度与壁面温度平均）。,无相变管内强制湍流时,思考：与u、d有何比例关系？,数量级,空气中,水中,总之：,p2,注意:使用条件、定性温度、定性尺寸的确定,对流传热速率：(牛顿冷却定律),对流传热系数的经验公式(管内强制湍流)：,对流传热小结：,冷、热流体通过间壁式换热器进行热量传递,传热过程可分为三步：热流体将热量传给固体壁面热量从壁的热侧传到冷侧热
4、量从壁的冷侧面传给冷流体,Q,(对流传热),(对流传热),(热传导),总传热速率方程,传热过程的计算,总传热速率方程,三个串联传热环节：热流体侧的对流传热 间壁的导热 冷流体侧的对流传热,Q,K-总传热系数，单位w/m2,总传热速率方程,S-传热面积，单位m2,工艺要求:,考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热阻，则上式变为：,平壁或薄园筒壁：S=So=Sm=Si,污垢热阻可忽略时,结论：K的值总是接近热阻大的一侧的值(即 值小的一方）。,金属壁的热阻可略,园筒壁：SoSmSi 一般取S=So,污垢和 壁热阻可忽略时,传热基本方程可分别表示为：,式中：Ki、Ko、Km分别为管内表面积、外表面积和内
5、外侧的平均表面积的传热系数，w/m2K Si、So、Sm换热器管内表面积、外表面积和内外侧的平均面积，m2。注：工程上大多以外表面积为计算基准，Ko不再加下标“o”,返回,（逆、并流）,（其他流动情况）,传热平均温度差:,t1、t2 为换热器两端的传热温度差。,p2,传热过程的计算小结：,污垢和管壁 热阻可忽略时,p2,换热器*列管式换热器的结构;热补偿方法;流程选择原则；设计内容和步骤；强化传热措施。,p2,导热系数、对流传热系数、总传热系数K的区别,对流传热系数与导热系数不同，它不是流体的物理性质，而是受诸多因素影响的一个系数，反映对流传热热阻的大小。,总传热系数K（简称传热系数）是评价换
6、热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。K的数值取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等，因而K值变化范围很大。,导热系数物性参数，表示物质导热性能好坏的/反映导热热阻的大小。,p2,例4-1.如图所示,有一稳定导热的平壁炉墙,墙厚240mm,导热系数=0.2W/m,若炉墙外壁温度t3=45,为测得炉墙内壁温度t1,在墙深 100mm处插入温度计,测得该处温度t2=100,试求炉墙内壁温度t1。,240mm,t3,t1,t2,Q,解:,例4-2 一燃烧炉的平壁由耐火砖、保温砖和普通砖构成。已测得内、外表面的温度分别为950和40。其它数据如下：耐火砖 b1=200m
7、m，1=1.4Wm-1-1；保温砖 b2=180mm，2=0.15Wm-1-1；普通砖 b3=220mm，3=0.8Wm-1-1。求：单位面积的热损失、各层接触面的温度和各层热阻之比。,解：求单位面积的热损失,求各层接触面温度,t2=t1-t1=950-80.4=869.6(耐火砖与保温砖接触面温度),t3=t2-t2=869.6-675=194.6(保温砖与普通砖接触面温度),t3=t3-t4=194.6-40=154.6,此外，从计算结果可得:各层的温度差(t)耐火砖：保温砖：普通砖=80.4：675：154.6各层的热阻(R)耐火砖：保温砖：普通砖=0.143：1.2：0.275说明哪层
8、热阻大，哪层的温差就大。,例4-3 为了安全工作和减少热损失，在一内径为162mm、外径为180mm的蒸气管道外包一层厚为48mm的石棉保温层。蒸气管壁的导热系数为16.3 W/（mK),石棉层的导热系数为0.24W/（mK）。蒸气管内壁温度为180，保温层外表面温度为50。试求每米管长的热损失;蒸气管与石棉保温层接触面上的温度（设接触良好）。,解：求每米管长的热损失 t1=180,t3=50,r1=81mm,r2=90mm,r3=138mm,t1,t2,t3,求蒸气管与石棉保温层接触面上的温度t2对石棉保温层的导热速率：,t2=179.5,从本例结果可见，温度降集中在保温层内，这是因为保温层
9、的热阻远远大于蒸气管壁的热阻。,例4-4.有一套管换热器，内管尺寸为252.5mm，管长为2m，蒸汽走管间，冷却水走管内，水的流速为1m/s。进、出口温度分别为20和60。求管内水的对流传热系数。,已知：在定性温度下水的物性数据为：=992.2Kg/m3,=0.6338w/m,=6.5610-4Pa.s，Pr=4.31。,=5023.7w/m2,流体被加热 n=0.4,解：,10000,（0.6 120）,例4-5.常压下空气以120m3/h的流量流过长6m，管径763.5mm的钢管，温度从200冷却到80。试求空气的对流传热系数。若空气的流量增加一倍，而进出口温度保持不变，则对流传热系数又为
10、多少？,解：定性温度t=(200+80)/2=140查得空气的物性为：=0.854kg/m3，=2.3710-5Pas，cp=1.013kj/kg，=0.0349W/m，,链接,空气被冷却 n=0.3,当空气的流量增加一倍时，其流态肯定为湍流，则u0.8,/=(u/u)0.8=20.8=1.741=1.74131.2=54.3W/m,例4-6 已知冷、热流体进出口温度分别为20和60、90和70。求逆流和并流时的平均温度差。,在相同进、出口温度情况下，逆流的传热温度差大于并流的传热温度差。,1)逆流时：,2)并流时：,4-7.有一列管换热器,用-15的液氨蒸发来冷却空气。空气在换热器的簿壁列管
11、内作湍流流动,由40冷却到-5,液氨侧的对流传热系数为1880W/m2.K,空气侧的对流传热系数为46.5W/m2.K。忽略管壁和污垢热阻。求1)平均温度差;2)总传热系数;3)若空气流量增加20%,其他条件不变,总传热系数将变为多少?忽略管壁和污垢热阻。,解：1）,解：2）,平壁或薄园筒壁：S=So=Sm=Si,污垢热阻可忽略时,金属壁的热阻可略,K接近于 的值,3）空气流量增加20%,管内湍流:,4-8.温度为20比热为2.1KJ/kg的溶剂以5000Kg/h 的流率流过套管换热器内管,被加热至64,环隙内为170 饱和水蒸汽冷凝。换热器内管直径10810mm,总长12m。求：1）传热量；
12、2）传热的平均推动力；3）总传热系数和管内对流传热系数。污垢和壁的热阻可忽略，管外饱和蒸汽冷凝给热系数为。,解：1）,2）,污垢和壁的热阻可忽略,3）,4-9.有一列管式换热器,装有252.5mm 钢管300 根,管长为2m。要求将质量流量为8000Kg/h的常压空气于管程由20加热到85,选用108 饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热系数为1104W/m2.K,管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计,而且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为Cp=1kJ/kg.K,=2.8510-2W/m.K,=1.9810-5Pa.S,Pr=0.7。试求:,1)空气在管内的对流传热系数;2)求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准);3)通过计算说明该换器能否满足需要?,2),解：1),Pr=0.7,3）,满足要求,
