当前位置：文档之家 › 第6章-传热过程的分析和计算

第6章-传热过程的分析和计算

  • 格式：ppt
  • 大小：13.68 MB
  • 文档页数：91

下载文档原格式

  / 91

合集下载

化工原理课件第6章：传热

化工原理课件第6章：传热
6.2.3 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 多层壁的定态导热
例 6-2
Q n
t1 tn1 1 l n ri1
i1 2Li ri
化工原理——传热
化工原理——传热
接触热阻
1
c A
c ：接触系数，W/(m2 ℃）
化工原理——传热
6.3 对流给热
6.3.1 概说 1 对流给热过程的分类
（1）T1、T2、t1、t2均确定时，△tm逆＞△tm并
（2）若Q相同，依 Q KAtm ，A逆＜A并 （3）Q一定时，依 Q qm1cp1(T1 T2 ) qm2cp2(t2 t1)
若T1、T2确定，则（t2－t1）逆＞ （t2－t1）并
∴
qm2逆＜qm2并
化工原理——传热
逆流
并流
化工原理——传热
（3）蒸汽过热的影响 r' r cp(TV Ts )
（4）蒸汽流速及流向的影响 强化思路 → 减少液膜厚度
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
另一表达式： 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。
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 12 21 1
化工原理——传热

传热学第六章对流换热

传热学第六章对流换热

6个未知量:：速度 u、v、w；温度 t；压力 p；对流 换热系数h
6个方程:换热微分方程式、能量微分方程、x、y、z 三个方向动量微分方程、连续性微分方程
1 能量微分方程 微元体的能量守恒： ——描述流体温度场 假设：（1）流体的热物性均为常量，流体不做功 （2）无化学反应等内热源 由导热进入微元体的热量Q1 +由对流进入微元 体的热量Q2 = 微元体中流体的焓增H
2t 2t 2t 微元体导热热量：Q1 x 2 y 2 z 2 dxdydzd
微元体对流换热收支情况：
在d时间内， 由 x处的截面热对流进入微元体的热量为
' Qx c tudydzd
在d时间内， 由 x dx处的截面热对流流出微元体的热量为
由连续性方程知此项为0
t t t Q2 c u v w dxdydzd x y z
在d时间内， 微元体中流体 温度改变了（t / ） d , 其焓增为
t H c dxdydzd
能量微分方程
t t t t 2t 2t 2t u v w 2＋ 2 2 x y z c x y z
boundary layer）
由于粘性作用，流体流速在靠近壁面 处随离壁面的距离的减小而逐渐降低； 在贴壁处被滞止，处于无滑移状态。
流场可以划分为两个区：边界层区与主流区 边界层区：流体的粘性作用起主导作用
主流区：速度梯度为0，τ=0；可视为无粘性理想流体

u , 牛顿粘性定律 y
2）热边界层（Thermal boundary layer） 热边界层：当壁面与流体间有温差时，会产生温度梯度很大的 温度边界层 热边界层厚度t （温度边 界层）：过余温度（t -tw ） 为来流过余温度（tf - tw ） 的99％处定义为t的外边 界

传热学第六章凝结与沸腾换热

传热学第六章凝结与沸腾换热
实验查明，几乎所有的常用蒸气，在洁净 的材料表面上都形成膜状凝结。
珠状凝结：凝结液体不能很好地润湿壁面，凝结 液体在壁面上形成一个个小液珠。珠状凝结时， 所形成的液珠不断长大，在非水平的壁面上，因 受重力作用，液珠长大到一定尺寸后就沿壁面滚 下。在滚下的过程中，一方面会合相遇的液珠， 合并成更大的液滴，另一方面也扫清了沿途的液 珠，更利于蒸汽的凝结。凝结液只是局部隔断了 蒸汽与壁面间的换热，因此其热阻要远小于膜状 凝结。
层的导热热阻是主要热阻这一特点，忽略次要因 素，是分析求解换热问题的一个典范。 Nusselt膜状理论：凝结换热系数h只决定于膜的 厚度。
合理简化假设： 1）常物性； 2）蒸汽静止，汽液界面上无对液膜的粘滞应力； 3）液膜的惯性力可以忽略；
4）汽液界面无温差，界面上液膜温度等于饱和温度，tδ=ts；
7.凝结表面的几何形状
纯净水蒸气凝结表面传热系数很大，凝结侧热阻不是主要部 分。若实际运行中有空气漏入，则表面传热系数明显下降。
对制冷剂凝结，主要热阻在凝结一侧，必须对凝结换热进行 强化。方法：
(1)用各种带有尖锋的表面，使在其上凝结的液膜减薄； (2)使已凝结的液体尽快从换热表面排泄掉。 (3)对水平管外凝结，可采用各种类型锯齿管或低肋管冷凝
亦适用。实验表明：当膜层Re<1600时为层流。
2.湍流膜状凝结换热实验关联式
Nu = Ga1/(
Prw Prs
)
1 4
(Re
3 4
−
253)
+
9200
式中：Ga — 伽里略数，Ga = gl 3 .
ν2
Prw — 以tw为定性温度的 Pr Ga、Re 、Prs — 以ts为定性温度
4.液膜过冷度及温度分布的非线性

传热学第六章凝结与沸腾换热

传热学第六章凝结与沸腾换热

第六章 凝结与沸腾换热
17
7. 凝结表面的几何形状
❖ 强化凝结换热的原则是 尽量减薄粘滞在换热表 面上的液膜的厚度。
❖ 可用各种带有尖峰 的表面使在其上冷 凝的液膜拉薄，或 者使已凝结的液体 尽快从换热表面上 排泄掉。
第六章 凝结与沸腾换热
18
§6-4 沸腾换热现象
1 生活中的例子 • 蒸汽锅炉
l g
l
2u y 2
0
al
2t y 2
0
第六章 凝结与沸腾换热
7
边界条件：
y 0 时， u 0, t tw
y 时， du 0,
dy
t ts
求解上面方程可得：
(1) 液膜厚度
4l
l (
g
ts
l2 r
tw
)x 1/ 4
定性温度：
tm
ts
tw 2
注意：r 按 ts 确定
第六章 凝结与沸腾换热
10
横管与竖管的对流换热系数之比：
hHg hVg
0.77
l d
1
4
3 边界层内的流态
凝结液体流动也分层流和湍流，并 且其判断依据仍然时Re，
Re de ul
式中：
ul 为 x = l 处液膜层的平均流速；
de 为该截面处液膜层的当量直径。
第六章 凝结与沸腾换热
无波动层流
6
考虑（3）液膜的惯性力忽略
l
(u
u x
v
u y
)
0
考虑（7）忽 略蒸汽密度
dp dx
0
u
x
v y
0
l
(u
u x
v

传热学-第6章-单相对流传热的实验关联式

传热学-第6章-单相对流传热的实验关联式
4 6
0.25
0.14
10 Ref 1.75 10 ; 0.6 Prf 700; 适用参数范围：
定性温度：进出口截面流体平均温度的算术平均值 tf
L d
50
特征长度：管内径d
说明： (1) 非圆形截面的槽道，采用当量直径de 作为特征尺度; (2) 入口段效应则采用修正系数乘以各关联式; (3) 螺旋管中的二次环流的影响，也采用修正系数乘以 各关联式。 （4）短管修正
入口段长度
层流 紊流
l 0.05 RePr d
l 60 平均表面传热系数不需考虑入口效应 d
（3）热边界条件——均匀壁温和均匀热流两种 湍流：除液态金属外，两种条件的差别可不计 层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。
（4）特征速度——取截面的平均流速，并通过流量获得
二、 影响管内对流换热的几个因素
二、管内强迫对流传热特征数关联式
换热计算时,先计算Re判断流态，再选用公式 1. 紊流——迪图斯-贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：
Nuf 0.023Re Pr
0.8 f
n f
0.4 n 0.3
(tw tf ) (tw tf )
适用的参数范围： 104 Ref 1.2 105 ; 0.7 Prf 120;
y 0
t h t y tw

y 0
根据物理量场相似的定义
t h t y y0 tw
Ch Cl t h t y C tw
ChCl 1 C
二、 相似原理
相似原理主要包含以下内容：
物理现象相似的定义； 物理现象相似的性质； 相似特征数之间的关系； 物理现象相似的条件 。 （1）物理现象相似的定义 物理现象的相似以几何相似为前提。两个同类图形对应 尺度成同一比例,则这两个同类图形几何相似。几何相似的两 个图形中对应的空间点之间的距离必然成同一比例。 物理现象相似——同类物理现象之间所有同名物理量场都相 似，即同名的物理量在所有对应时间、对应地点的数值成比例。

传热学第六章

传热学第六章

流动全部为紊流
局部传热系数关联式 Nuxm 0.0296Rex4m/5Prm1/3
平均传热系数关联式 Num 0.037Rem4/5Prm1/3
Rex=0≥108 0.6 Prm 60
混合边界层
h

1 l

xc
0
hcx
dx
1
l
xc
hcx
2 dx
Rem

u d o
层流 Rem 1.4 105
层流、紊流的转变
特征速度 来流速度 u∞ 特征尺寸 管外径 d0
Rem＞1.4 105
定性温度 热边界层的平均温度 tm=1/2(t∞+tw)
1.流动的特征
圆柱前半部，沿流动方向流体处于加速减压状态，沿流向压 力逐渐减小。圆柱后半部，沿流向压力逐渐增加。最大粘滞 摩擦力处于圆柱表面处，因而圆柱表面附近的流体受到的阻 力最大。
小结：利用关联式获取表面换热系数的关键步骤
1，熟悉对象：如流过平板、圆柱、球或管束； 2，确定特征温度，查表获取特征温度下流体的热物理参数； 3，确定特征长度，计算Re数； 4，确定要获取局部、还是平均表面换热系数； 5，选择合适的关联式计算无量纲表面换热系数，即Nu数； 6，计算换热系数。
2017/10/23
第六章 单相对流换热的实验关联式
Convection Heat Transfer
§6-1 管内强制对流传热
6.1.1管内强制对流流动和换热的特征
入口段 充分发展段
1. 层流和湍流判别
层流： Re 2300 过渡区： 2300 Re 10000 旺盛湍流： Re 10000
Nu f

6章 传热及气体射流基本知识

6章 传热及气体射流基本知识

射流与周围介质的湍流动量交换， 射流与周围介质的湍流动量交换， 周围空气不断地被入， 周围空气不断地被卷入， 射流断面不断扩大， 射流断面不断扩大， 因而射流速度场向边界、 因而射流速度场向边界、沿射程不断衰减 流量沿程增加，射流直径加大， 流量沿程增加，射流直径加大， 但各断面的总动量保持不变。 但各断面的总动量保持不变。 将射流轴心速度保持不变的一段长度称为起始段， 将射流轴心速度保持不变的一段长度称为起始段， 起始段 其后称为主体段 空调工程中常用的射流段为主体段。 主体段， 其后称为主体段，空调工程中常用的射流段为主体段。
T 2 T 2 q = C 1 − 2 12 100 100
W 2 /m
是相当辐射系数。一般在0 5.67之间。 是相当辐射系数。一般在0-5.67之间。 之间
C 12
§6.2 传热过程 工程中，当辐射换热不是主要因素时，一般都 工程中，当辐射换热不是主要因素时， 把辐射换热量折算成对流换热量， 把辐射换热量折算成对流换热量，相应地加大 换热系数来考虑辐射的因素。称为总换热系数。 换热系数来考虑辐射的因素。称为总换热系数。 传热量： 传热量：
固体和液体可以认为: 固体和液体可以认为:
τ = 0, α + ρ = 1
能全部吸收辐射能的物体称为黑体。 能全部吸收辐射能的物体称为黑体。 黑体表面的辐射能力为： 黑体表面的辐射能力为：
E0 =C T4 0 C =5.67×108 W 2 ⋅ K4 /m 0
上式称为斯蒂芬-波尔兹曼定律，又称四次方定律。 上式称为斯蒂芬-波尔兹曼定律，又称四次方定律。 一般物体表面的辐射能力： 一般物体表面的辐射能力：
T E =C 100
4
T E =εC =εE0 0 100

热值交换第6章分析解析

热值交换第6章分析解析
2018/10/20 71-29
四、对数平均温差法与效能-传热单元法的比较 效能-传热单元数法，假设的出口温度对传热量Q的影 响不是直接的，而是通过定性温度，影响总传热系数， 从而影响NTU，并最终影响 Q值。而平均温差法的假 设温度直接用于计算Q 值，显然-NTU法对假设温度 没有平均温差法敏感，这是该方法的优势。 对数平均温差法，可根据温差修正系数判断选择的流 动形式与逆流的差距。而-NTU法不能。 对数平均温差法反复进行对数计算，较-NTU法麻烦
71-4
增加管程
TA,out TA,in (tube side)
TB,in (shell side)
TB,out
单壳程、双管程
2018/10/20 71-5
进一步增加管程和壳程
TB,in (shell side)
TA,out
2-4型
TB,out
TA,in (tube side)
双壳程、四管程
3-6型
2018/10/20 71-6
交叉流换热器： 其主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热 器又分管束式、管翅式和板翅式三种。
2018/10/20
71-7
2018/10/20
71-8
(c) 板翅式交叉流换热器
2018/10/20
71-9
板式换热器：
由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，冷热 流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清洗方 便，故适用于含有易结垢物的流体。
2018/10/20
71-20
顺流和逆流的区别在于： 顺流： t2 ; t t1 t2 t t1
逆流：
t2 ; t t1
t2 t t1

传热学讲义对流换热——第六章

传热学讲义对流换热——第六章

第六章 单相流体对流换热及准则关联式第一节 管内受迫对流换热本章重点：准确掌握准则方程式的适用条件和定性温度、定型尺寸的确定。

1-1 一般分析),,,,,,,,(l c t t u f h p f w μαρλ=流体受迫在管内对流换热时，还应考虑以下因素的影响：① 进口段与充分发展段，② 平均流速与平均温度，③ 物性场的不均匀性，④ 管子的几何特征。

一、进口段与充分发展段1．流体在管内流动的主要特征是，流动存在着两个明显的流动区段，即流动进口（或发展）段和流动充分发展段，如图所示。

（1）从管子进口到边界层汇合处的这段管长内的流动称为管内流动进口段。

（2）进入定型流动的区域称为流动充分发展段。

在流动充分发展段，流体的径向速度分量v 为零，且轴向速度u 不再沿轴向变化，即：0=∂∂xu， 0=v 2．管内的流态（1）如果边界层在管中心处汇合时流体流动仍然保持层流，那么进入充分发展区后也就继续保持层流流动状态，从而构成流体管内层流流动过程。

2300Re <用νdu m =Re 判断流态, 式中 m u 为管内流体的截面平均流速， d 为管子的内直径，ν为流体的运动黏度。

（2）如果边界层在管中心处汇合时流体已经从层流流动完全转变为紊流流动，那么进入充分发展区后就会维持紊流流动状态，从而构成流体管内紊流流动过程。

410Re >（3）如果边界层汇合时正处于流动从层流向紊流过渡的区域，那么其后的流动就会是过渡性的不稳定的流动，称为流体管内过渡流动过程。

410Re 2300<<3．热进口段和热充分发展段当流体温度和管壁温度不同时，在管子的进口区域同时也有热边界层在发展，随着流体向管内深入，热边界层最后也会在管中心汇合，从而进入热充分发展的流动换热区域，在热边界层汇合之前也就必然存在热进口区段。

随着流动从层流变为紊流， 热边界层亦有层流和紊流热边界层之分。

热充分发展段的特征对常物性流体，在常热流和常壁温边界条件下，热充分发展段的特征是：)(1x f t f =及)(2x f t w =与管内任意点的温度),(r x f t =组成的无量纲温度⎪⎪⎭⎫⎝⎛--x f x w w t t t t ,,x ,随管长保持不变，即： 0,,x ,=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--∂∂x f x w w t t t t x 式中，t —管内任意点的温度，),(r x f t = ⇒xf x w w t t tt ,,x ,--仅是r 的函数。

第六章 传热-第六节-传热过程的计算

第六章 传热-第六节-传热过程的计算
W1 , T1 W2 , t 2
t W1 , T2
热流体
T
t 1， W 冷流体
2
W 1 C p 1 (T − T 2 ) = W 2 C p 2 ( t − t 1 ) T = W 2C p 2 W 1C p 1 ⎛ W 2C p 2 ⎞ t1 ⎟ t + ⎜ T2 − ⎜ W 1C p 1 ⎟ ⎝ ⎠
这就是传热计算的指导思想，以下的工作就是要解决
K和Δபைடு நூலகம் m !
西北大学化工原理课件 W2, t1 1、热量衡算的微分表达式 h1, cp2 右图为一定态逆流操 t+dt t W1,T1 作的套管换热器，以微元 H ,c T+dT T 1 p1 T2,H2 体内内管空间为控制体作 dA t2,h2 热量衡算，并假定：
T − Tw Tw − t w t w − t = = q= 1 1 δ
t T
α1
T − Tw = q ⋅ 1
三 式 相 加
λ
α2
α 2 tw α1 Tw
α1 δ Tw − t w = q ⋅ λ
tw − t = q ⋅ 1
⎛ 1 δ 1 ⎞ T − t = q⎜ ⎜α + λ + α ⎟ ⎟ 2 ⎠ ⎝ 1
金属壁两边温差很小，Tw ≈ tw，于是： 1 T − Tw α1 = 1 Tw − t （6 − 119）
α2
如果金属壁热阻不能忽略时， 从（6-119）式可看出：传 热面两侧温差之比等于两侧热阻之比、壁温Tw必接近于热阻 较小或给热系数较大一侧流体的温度。
西北大学化工原理课件
二、传热平均温差和传热基本方程式
西北大学化工原理课件
4、传热基本方程式
T1 − T 2 将 式 dT = （ d T − t） 和 （ T − t） − T − t） 1 （ 2 t 2 − t1 （ dt = d T − t） 带 入 式 A = （ T − t） − T − t） （ 1 2

第六章热量传热微分方程.docx

第六章热量传热微分方程.docx

第六章热量传热微分方程一、单相对流传热的一般数学模型对流传热是一种与流体运动及流体内部导热规律均有关的一种传热现象。

所以，对此过程的描述，需要同时采用描述流体流动和传热两方面的基本方程，即传热微分方程、导热微分方程、运动微分方程、连续性方程以及相应的单值条件。

下面分别介绍。

1.传热微分方程当流体流过固体壁面时，总存在一层很薄的流体粘附在表面上，这层流体总是处于静止状态(u=0),则热量只能依靠导热在该表而层传递。

因此，在此流体层任一微元面积dA的传热量dq,可以根据付立叶定律计算：d q = -lrf— dA—— (1)和So紧结固体壁面处(11=0)的流体层屮温度梯度,kf——流体的导热系数。

另外，根据对流传热基木方程，壁面与流体之间的传热量dg乂可写为:dq = h[t s -t f^dA = hAtdA (2)式中：M = t s-t f——固体壁面与流体间的温差。

h——对流传热系数。

由⑴,(2)两式相等得：(3)h亠並丽n=0此式即为传热微分方程。

欲求出对流传热膜系数h,则应先得出在该流体中的温度分布。

其温度分布可由导热微分方程描述。

2.导热微分方程：流体内导热微分方程在前面已有推导，在无内热源时为:上式常称为能量方程。

对于稳态的温度场，里=0。

oO因此式包括有未知量代，仏，冬，因此，欲求解上式，必须知道流体内的速度分布，这就需求解流体的运动微分方程。

3•运动微分方程：粘性流体的运动微分方程，即是奈斯方程:上述三个方程中有4个未知量：u x ,u y ,u :及P,所以述应引入一个方程，才能求解。

该方程就是连续性方程。

4.连续性方程：一般流体的连续性方程在前而已经导出，即:讪 | °（刊J |。

（刊J | 讥以J 二°— （6）dxdydz对于不可压缩性流体lp =常数），稳态流动（叟=0 ）时，有:30通过对上述四种方程求解，便可得出对流传热系数h 的一般解。

再加上单值 条件，便可求得具体问题的解。

传热学课件第六章--单相流体对流换热

传热学课件第六章--单相流体对流换热

第一节 管内受迫对流换热
一、定性分析（基本概念）
1.进口段与充分发展段 2>.对于换热状态 将上述无因次温度对r求导后且令r=R时有： t t t r r R w t t t t r w f w f
由于无因次温度不随x发生变化，仅是r的函数，故对无因次 温度求导后再令r=R，则上式显然应等于一常数。又据傅里叶 定律：q=-（t/r）r=R及牛顿冷却公式：q=h（tw-tf），上 t 式变为： t t r r R h Const w tw t f r tw t f


另外，不同断面具有不同的tf值，即tf随x变化，变化规律 与边界条件有关。
第一节 管内受迫对流换热
一、定性分析（基本概念）
2.定性参数 2>.管内流体平均温度 ①常热流通量边界条件： t tw// tw/
tf /
进口段 充分发展段
tf// x
如图，此时：tw>tf 经分析：充分发展段后： tf呈线性规律变化 tw也呈线性规律变化 此时，管内流体的平均温度为： t f t f tf 2
第三节
自 然 对 流 换 热
一、无限空间自由流动换热（大空间自然对流）
指热（冷）表面的四周没有其它阻得自由对流的物体存在。 一般准则方程式可整理成： Nu=f（Gr· Pr） 一般Gr· Pr>109时为紊流，否则为层流。 对于常壁温的自由流动换热，其准则方程式常可整理成： Num=C（Gr· Pr）mn C、n可参见表6=5，注意使用范围、定型尺寸、定性温度。 令：Ra=Gr· Pr Ra为瑞利准则数。 既适用常壁温也适用常热流边界的实验准则方程式，常见的 为邱吉尔（Churchill）和朱（Chu）总结的式6-19，20。

第6章 热交换过程及换热器

第6章 热交换过程及换热器
制冷与低温技术原理
( 六)
多媒体教学课件 李文科 制作
第六章 热交换过程及换热器
第一节 制冷机中热交换设备的传热
过程及传热计算方法
第二节 蒸 发 器 第三节 冷 凝 器
第四节 蒸发器供液量的自动调节
第五节 制冷系统的传热强化与削弱
第一节 制冷机中热交换设备的 传热过程及传热计算方法
内 容 提 要
ห้องสมุดไป่ตู้
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
图6－1 圆管壁的传热过程
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
以圆管外壁面面积为基准计算，传热系数ko为 1 ko (6－8) do 1 do do 1 ln d i hi 2 d i ho 工程计算中，当圆管的内、外径之比 do/di≤2时，式(6 －8) 1 可简化为 ko do 1 do 1 (6－9) d i hi d m ho 1 ko 或 d o 1 Ao 1 (6－10) d i hi Am ho 式中：δ—圆管壁厚，m；λ—圆管热导率，W/(m· K)； dm—圆管内、外直径的算术平均值，m； Am—圆管内、外表面面积的算术平均值，m2。
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
平均温差Δtm与介质的流动形式有关。如图6－3所示，冷、
热流体的流动形式主要有 4 种：两者平行且同向流动时称 为顺流；两者平行而反向流动时称为逆流；彼此垂直的流 动称为交叉流；图6－3d所示的情形称为混合流，对应于蛇 形管换热器中的流动情形。 在顺流和逆流情况下，冷、热流体的温度变化如图6－ 4所示。可以证明，当冷、热流体的热容量 (质量流量与比 热容的乘积)在整个换热面上均为常量、传热系数k在整个 换热面上不变、换热器无散热损失、沿换热面轴向的导热 量可以忽略不计，以及换热器中任何一种流体都不能既有 相变又有单相对流换热时，换热器内的平均传热温差取两 端温差的对数平均值温差，计算式如下：

传热过程分析与换热器的热计算

传热过程分析与换热器的热计算

第四页，共42页。
每米管长的传热量：
q l1t1 f1 ltn d f2 21 k l(tf1 tf2) h 1d 1 2 d 1 h 2d 2
kl h11d1211 lnd d1 2h21d2
对于多层圆管
1
kl 1 n
1ln di 1 1
1d 1
2 i 1
i
di
d 2 n 1
第五页，共42页。
传热过程分析与换热器的热计算
第一页，共42页。
本章要点：1. 着重掌握传热过程的分析和计算（肋壁的传热）
2. 着重掌握临界热绝缘直径的概念和分析计算
3. 着重掌握顺流及逆流的对数平均温差的分析计算 4. 掌握换热器的型式和分类以及换热器的热设计 5. 了解传热的强化和隔热保温技术及有关问题分析 本章难点：临界热绝缘直径、对数平均温差的概念和分析计算
本章主要内容：
第一节 传热过程的分析和计算
第二节 换热器的类型 第三节 换热器中传热过程平均温差的计算 第四节 间壁式换热器的热设计 第五节 热量传递过程的控制(强化与削弱)
第二页，共42页。
传热过程：一侧的热流体通过固体壁面把热量传给另一侧冷流体的过程。 传热过程分析求解的基本关系为传热方程式，即
第十五页，共42页。
一、换热器的分类 1.换热器：把热量从热流体传递给冷流体的热力设备。
2.按换热器操作过程分为：间壁式、混合式及蓄热式(或称回 热式)三大类。
1）间壁式：冷、热流体被间壁隔开，通过间壁换热。 2）混合式：冷、热流体通过直接接触换热。
3）回热式：冷、热流体周期性地流过固体壁面换热。
h 1 h 2 205 00 10
q1 /q = 4347.6/570.3 = 7.623

传热学-第6章 热辐射及辐射传热

传热学-第6章 热辐射及辐射传热

Φ
Eb J
1
A
1
A
为表面辐射热阻
表面辐射热阻 网络单元
对于黑体表面，=1，表面辐射热阻
为零。
三、空间辐射热阻
离开表面1并落到表面2的辐射能为 12 J1 A1 X 1,2 离开表面2并落到表面1的辐射能为 21 J 2 A2 X 2,1
A2, T2, J2
两个表面的净辐射传热量为 Φ1,2 J1 A1 X1,2 J2 A2 X 2,1
三、维恩位移定律(1893年)
maxT 2.8976 10 2 2.9 10 2 m K
黑体辐射曲线
用它可测定太空星体表面温度，也可用来选择对特定地物的监测波段，如火灾检测。 解释现象：一铁块放入高温炉中加热，从辐射的角度分析铁块的颜色变化过程。
T 5800K,
m
2898 5800
0.5m
根据角系数的完整性和互换性，有
X1,2 X1,3 1 X 2,1 X 2,3 1 X 3,1 X 3,2 1 A1 X1,2 A2 X 2,1 A1 X1,3 A3 X 3,1
A2 X 2,3 A3 X 3,2
三个无限长非凹表面组成的封闭系统
通过求解这个封闭的方程组，可得所有角系数，
第6章 热辐射及辐射传热 Radiation Heat Transfer
6.1 热辐射的基本概念 6.2 黑体辐射基本定律 6.3 实际物体的辐射特性 6.4 角系数 6.5 灰体表面间的辐射传热 6.6 遮热板及其应用 6.7 辐射传热系数
6.1 热辐射的基本概念
6.1.1 热辐射 辐射: 辐射是物体通过电磁波的传递能量的现象。 可见光 0.38～0.76μm
对于表面 2 q E Eb 当热平衡时, q 0, 则 E Eb

第6章传热及气体射流基本知识

第6章传热及气体射流基本知识

1 2 1 2 1 Q 1 F (1 2 ) 1 1 /(1 F) R ,1 2 3 2 3 1 Q 2 F ( 2 3 ) 2 2 /(2 F) R ,2 3 4 3 4 4 1 Q 3 F ( 3 4 ) 3 3 /(4 F) R ,3



灰体：对投射来各种波长的射线均同程度吸收的物 体，也即是其表面吸收率与波长无关的物体。 大多数实际固、流体表面很接近灰体性质，因而人 们把实际物体当作灰体处理 。其辐射力为： T 4 E C( ) 100
式中C：为灰体实际物体的辐射系数。 引入辐射率，上式改写成： T4 （6-9） E C ( ) E 0 0
（6-4b）
1 4
i 1 , i
把式（6-4b）各等式前后相加并整理可得：
Q 3 R R R , 1 ,2 ,3
3
1 4
R , i ：为三层平壁总热阻。 式中 i 1 对于n层平壁导热，则可直接写出：
பைடு நூலகம்
R
( W )
（6-4c）
Q
1 n1
Q T A ( J / s 或 W )

三、热辐射及辐射换热 辐射能投射到物体上的能量，一般说来，部分 可能被吸收，部分可能被反射，另部分可能穿 透过物体。三者的百分比如以 、、 表 示，则 =1 、 和 分别称为物体的吸收率、反 射率和透射率。 绝对黑体：对于投射于其上的波长的能量，能 全部吸收的理想物体，称为绝对黑体，简称黑 体。
l 2 1n
1
d2
式中 L——管长（m）； d1、d2——管内径和外径（mm）。

传热学五版第六章

传热学五版第六章

2u 2u u u u p u v X 2 2 x x y x y
稳态流动：
u 0
体积力仅为重力：
X g
2u 根据量纲分析： 0 2 x u u p 2u v g 2 X方向动量方程简化为： u y x y x p 将： u 0 代入上式，得： x g f g y x
定型尺寸：管内径
迪图斯－贝尔特公式：
定性温度：全管长流体平均温度tf
迪图斯－贝尔特公式适用范围：流体和壁面温度差不很大，
l 10, Re f 10 4 , Pr f 0.7 ~ 160 d
西得和塔特公式：Nu f 0.023 Re 0f.8 Pr1 3 ( f w )0.14 f
二、外掠管束 优点：换热强 缺点：阻力大
叉排
两种管束 布置方式
顺排
优点：阻力小 缺点：换热差
Pr f n m 外掠圆管束准则关联式：Nu C Re f Pr f Pr w
定性温度：流体在管束中的平均温度 定性速度：管束中的最大流速
S1 ——相对管间距 S2
0.25
u u 2u u x v y g t t f y 2
自然对流层流边界层微分方程组：
t hx t x y w, x u v 0 x y u u 2u u g t t f v x y y 2 t t 2t u v a x y y 2
常热流边界时的定性温度： t f t w


8 27
2

67间壁式换热器的传热过程计算

67间壁式换热器的传热过程计算

§6.7间壁式换热器的传热过程计算
§6.7.3 K的计算
T2
t1
T T w tw
（1）查经验数据：（2）实验测定 （3）分析计算
t
T 1
t2
以 冷 、 热 流 体 均 为 等 温 变 化 为 例 。T
t
T Q
Tw
Tw
tw
tw
t
1
b
1
1 A1
Am
2 A2
T t
1
b
1
1 A1 Am 2 A2
T T w tw
t
T
t
K 1A 11A1A bm21A2 T
T w tw
考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热
阻，则上式变为：
t
11
b
1
K A1A 1R1 aA mR2 a2A 2
§6.7.4 tm的计算
一．恒温差传热
T
t
tm Tt
t
QKAtm
二．变温差传热
T t
t1 0
T1
t1 0
并流 t
0 T1 t2
当热流体的热容密度去qmhcph最小
时：
h
T1 T2 T1 t1
热流体实际放 最大可能传
T1
出率热 量 t2 热速率
速
t
T2 t1
当冷流体的热容密度qmccpc最小时
0
A
：
c
t2 T1
t1 t1
冷流体实际吸收率 热量速 最大可能传热速率
传热单元和传热单元数的物理意义：
什么是传热单元？
传热单元
d Q T 1 d 1 T w 1A T w d b m tw A tw 2d 1 t2A 1d 11A T d b m tA 2d 12A 总 总推 热 K T x 1 d 动 t阻 A

第6章传热机理与热流速率方程

第6章传热机理与热流速率方程

3
传热原理在传统工业领 域中的应用举例：
正在吊装的电站锅炉的 尾部换热管束
4
浙江华能玉环电厂 我国自制 的首台超超临界 1 000 MW 发电机组
5
在冶金工业中
炼钢与轧钢
焦炉出焦
6
传热原理在高 新技术领域中 的应用举例：
7
长征火箭 矗立在发射台架上
神州号隔热瓦细部
8
航天飞机腹部的隔热瓦
9
Φ hA t w tf
称为牛顿冷却公式. 其中：A是对流换热的表面积；h 是对流换 热的 表面传热系数 (以前称为对流换热系数) ，W/(m2K) 。
23
6.4 热辐射
热辐射指物质内部因微观粒子的热运动而激发出来的电磁 波（或光量子）能量 。 热辐射的波长范围一般在0.1 ～100 m。 黑体的理想化模型 4
h 称为复合换热表面传热系数，hr 则称为 辐射换热的表面传 热系数。
4 4 hr Tw Tsur / Tw Tf


下一章
25
18
dx
A
dx
Baron Jean Baptiste Joseph Fourier （1768 —1830）
19
6.2.2 导热系数和热扩散率
材料的热物性分 成两大类：一类 是热力学性质， 指系统所处的平 衡状态参数，如 密度、比热容等； 另一类是输运性 质，像导热系数 以及动量扩散率 等。在传热学中 这两类性质均会 用到，后者尤其 显得重要。
abs AG
24
辐射热交换 辐射热平衡 物体表面与其环境之间的辐射热 交换 4 4
q Tw Tsur
复合换热 或称 综合换热
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

( A1
f
Ao
A2 )
定义肋化系数： Ao Ai
则以内表面为基准的肋壁传热系数为
K
1
1
1
hi hoo
所以，只要 o 就 1可以起到强化换热的效果。
石油工程传热学
四、临界热绝缘半径
对于平壁，加保温层后，一定能降低散热量 （削弱传热）；对于圆筒壁，叫保温层后呢？
为了减少管道的散热损失，采用在管道外侧覆 盖热绝缘层或称隔热保温层的办法。热流体通过管 道壁和绝缘层传热给冷流体传热过程的热阻为
Rt R
Rh ro
石油工程传热学
根据 d 0，可解得
dro
roc
h
当ro>roc，Φ↓; 当r2<ro<roc，Φ↑
电线：加绝缘层，不仅能绝缘，且能提高散热 量，这是我们希望的，因电流流过电线后发热， 若热量不及时排出，电阻变大，阻碍电流。
一般的动力管道：外径均大于临界绝缘半径， 起到降低散热的效果。
可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平
均温差为： tm
1 A
A 0
t xdAx
1 A
A 0
texp(kAx )dAx
石油工程传热学
tm
1 A
A 0
texp( kAx )dAx
t exp( kA) -1
(1)
k A
ln
tx t
k Ax
Ax A
ln t kA
t
(2)
t exp(kA)
石油工程传热学
❖ 混合式换热器：冷热流体直接接触，彼此混合进
行换热，在热交换同时存在质交换，如空调工程 中喷淋冷却塔、蒸汽喷射泵、电厂冷水塔等；
石油工程传热学
❖ 回热式换热器：换热器由蓄热材料构成，并分成
两半，冷热流体轮换通过它的一半通道，从而交 替式地吸收和放出热量，即热流体流过换热器时， 蓄热材料吸收并储蓄热量，温度升高，经过一段 时间后切换为冷流体，蓄热材料放出热量加热冷 流体。一般用于气体，如锅炉中间转式空气预热 器，全热回收式空气调节器等。
石油工程传热学
二、间壁式换热器的主要形式
（1）按结构来分
1、套管式
适用于传热量不大或流体流量不大的情形。
石油工程传热学
二、间壁式换热器的主要形式
（1）按结构来分
1、套管式 2、管壳式
管程、壳程、折流挡板
石油工程传热学
二、间壁式换热器的主要形式
（2）按结构来分
1、套管式 2、管壳式
是间壁式换热器的一种主要形式，又称间壁式换 热器。
石油工程传热学
hi Ai t fi twi
Ai twi
two
ho A1 two t fo ho f A2 two t fo
hoo Ao two t fo
式中， o为肋面总效率。
t fi t fo
1 1
hi Ai Ai hoo Ao
石油工程传热学
o
Rl
1
2hi r1
1
21
ln
r2 r1
1
2
ln
ro r2
1
2ho ro
石油工程传热学
为了计算方便，忽略内侧的对流热阻和管壁的 导热热阻，实际上也是可行的。此时的总热阻为：
Rl
1
2
ln
ro r2
1
2ho ro
管道的散热量为
tw1 t f
1 ln ro 1
2l r2 2ho rol
石油工程传热学
ho
1 ln( do )
2 di
外部对流： ho dol(tw2 t f 2 )
石油工程传热学
由上面三式得
l t f 1 t f 2
1 1 ln do 1
hidi 2 di hodo
以外表面面积为基准的传热系数为：（工程用）
Ko
1 Rt Ao
do
1 do ln do 1
hidi 2 di ho
二、间壁式换热器的主要形式
4、板式换热器 板式换热
器拆卸清洗方 便，故适合于 含有易污染物 的流体的换热。
石油工程传热学
石油工程传热学
二、间壁式换热器的主要形式
5、螺旋板式换热器
换热器换热效果较好，缺点是换热器的密封比较困难。
石油工程传热学
二、间壁式换热器的主要形式
6、热管换热器
石油工程传热学
A
1A
0
ktxdAx
1A
kA
A
0
txdAx
kAtm
tm A 0 txdAx
石油工程传热学
四、换热器的对数平均温差
对任何形式的换热器，传热方程式中的平均传热 温差Δt均是冷热流体的平均温差。但是，流动形式 不同，冷热流体温差沿换热面的变化规律也不同。 传热温差也不同。
传热方程式：
kAtm
(3)
t
(1)、(2)、(3)相加
对数平均温差
tm
t ln t
t t
-1
t ln
t t
t ln
t t
t
t
t
石油工程传热学
不论顺流还是逆流，对数平均温差可统一用以下
计算式表示，Δtmax、 Δtmin指的是同一端的温度差：
tm
tmax tmin ln tmax
t m in
平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均
k
1
1 1
h1 h2
由于平壁的两侧的面 积是相等的，因此传热系 数的数值不论对哪一侧来 说都是一样的。
tf1
tw1
tw2
tf2
1
1
h1
h2
热阻图
石油工程传热学
二、通过圆筒壁的传热
在稳态条件下，通过各环节的热流量是不变的。
内部对流： hi dil(t f 1 tw1)
hi
圆柱面导热： l(tw1 tw2 )
温差，当Δtmax/Δtmax≤2时使用，即
tm,算术
tmax 2
tmin
石油工程传热学
复杂流时换热器平均传热温差
❖ 套管式换热器及螺旋板式换热器的平均温差可 以方便的按逆流或顺流布置的公式来计算。但 对于壳管式换热器及交叉流式换热器的平均温 差一般采用以下公式来计算：
tm
tm
ctf
石油工程传热学
以内表面面积为基准的传热系数为：
1
1
Ki Rt Ai 1 di ln do di
hi 2 di doho
基准面不同时，传热系数不同，但K与A的乘积相等，
传热热流量相同。
石油工程传热学
三、通过肋壁的传热
在表面传热系数较小的 一侧采用肋壁是强化传 热的一种行之有效的方 法。下面以平壁的一侧 为肋壁的较简单的情况， 作为分析肋壁传热的对 象。
石油工程传热学
石油工程传热学
石油工程传热学
石油工程传热学
石油工程传热学
石油工程传热学
石油工程传热学
石油工程传热学
石油工程传热学
圆缺折流板 圆环折流板
圆缺折流板
石油工程传热学
二、间壁式换热器的主要形式
3、交叉流换热器（分管束式、管翅式及板翅式）
石油工程传热学
石油工程传热学
石油工程传热学
室内（无风）热力管道 h 9.40 0.052 tw t f 室内平壁 h 9.80 0.070 tw t f
室外 h 11.6 7
石油工程传热学
在实际计算中是否必须考虑辐射传热，应视具体 情况而定。若固体壁面与液体发生对流传热，通 常认为液体对红外辐射是不透明的。故hr=0。若 气体与固体壁面进行强迫对流传热时，并且温差 不大，此时可忽略辐射，并认为h=hc。若气体和 壁面进行自然对流传热，或传热温差较大时，则 必须考虑辐射传热。
石油工程传热学
§6-2 传热过程的分析和计算
❖ 传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传 到另一侧流体中去的过程称传热过程。
• 传热过程分析求解的基本关系为传热方程式
kA t f 1 t f 2
式中 k为传热系数（在容易与对流换热表面传热
系数想混淆时，称总传热系数）。
石油工程传热学
一、通过平壁的传热
d
qm2c2dt 2
dt2
1 qm2c2
d
石油工程传热学
dt
dt1
dt2
1 qm1c1
d kdA t
1 qm2c2
d d 1 1
qm1c1 qm2c2
dt d kdAt
dt kdA
t
tx dt k Ax dA
t t
0
ln
tx t
k Ax
tx texp( kAx )
石油工程传热学
顺流和逆流的区别：
❖ 平均传热温差：
顺流时：t2 t1 逆流式：t2 t1 或 t2 t1 ❖ 在相同的进出口温度条件下，
tmc tmp
Ac Ap
❖ 逆流也有缺点，即热流体和冷流体的最高温度
集中在换热器的同一端
石油工程传热学
以顺流情况为例，作如下假设： （1）冷热流体的质量流量qm2、 qm1以及比热容C2,C1是常数； （2）传热系数是常数； （3）换热器无散热损失； （4）换热面沿流动方向的导热 量可以忽略不计。
石油工程传热学
在前面假设的基础上，并已知冷热流体的 进出口温度，现在来看图9-13中微元换热面 dA一段的传热。温差为：
t th tc dt dth dtc
在固体微元面dA内，两种流体的换热量为:
d kdA t
石油工程传热学
对于热流体:
d
qm1c1dt1