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传热过程计算公式传热啊，就像是一场热的接力赛。
你知道传热过程计算公式吗？那可真是个神奇的东西。
想象一下，热量就像一群调皮的小恶魔，总是到处乱窜。
热传导就像是小恶魔们在固体里一个传一个地挤着走。
傅立叶定律这个计算公式呢，就像是给小恶魔们规定了行走路线的魔法规则。
如果把热量比作水流，那热传导就像是在细细的管道里慢慢流淌的涓涓细流，而这个公式就是控制水流速度和方向的阀门。
再说说对流传热吧。
这就好比是热小恶魔们搭上了风的便车或者水流的小船。
牛顿冷却定律这个计算公式，就像是给小恶魔们的乘车规则。
就像你在大风天里，热量从你身上被风快速带走，那速度就像小偷在夜色中溜走一样快。
对流传热里的热量传递速度，按照这个公式计算起来，有时候就像火箭发射一样迅速，一下子就把热从一个地方带到另一个地方。
辐射传热更是神奇，就像是热小恶魔们变身成了看不见的小超人，直接发射自己的热量能量。
斯蒂芬 - 玻尔兹曼定律这个计算公式，那就是小超人的超能力使用手册。
热辐射的热量传递，感觉就像是来自外太空的神秘力量，在黑暗中默默地传递着能量，而且速度之快，就像闪电在天空中划过一样让人惊叹。
要是把这三种传热方式放到一起，就像一场热的大杂烩派对。
计算总的传热过程的公式就像是派对的组织者，要把每个小恶魔在不同活动（热传导、对流传热、辐射传热）中的表现综合起来。
这个综合的公式看起来复杂，其实就是把热的小恶魔们在各种不同路径传递热量的情况都算个清楚明白。
有时候看着这些传热过程计算公式，就像在看一场魔术表演。
你以为热量的传递是无章可循的，但是这些公式就像魔术师的魔法棒，一挥之下，所有的奥秘都展现在眼前。
它们就像是打开热传递这个神秘大门的钥匙，让我们能够精确地知道热到底是怎么在不同的物体和环境中跑来跑去的。
要是没有这些公式，我们就像是在黑暗中摸索热传递的盲人。
有了它们，我们就能像超级侦探一样，追踪热量的每一个踪迹，不管它是偷偷摸摸地传导，还是大张旗鼓地辐射，都逃不过我们的计算大法。
第四章传热【热传导】【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解根据已知做图热传导的热量.28140392Q I V W =⋅=⨯=()12AQ t t bλ=-.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==--()./218W m =⋅℃【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1)根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
(2)若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。
解(1)确定绝热层的厚度2b 温度分布如习题4-4附图所示。
通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。
()1121q t t b λ=-.()/.W m =-=21051000940274 023绝热砖层厚度2b 的计算()2232q t t b λ=-.().b m =-=201519401300446 274每块绝热砖的厚度为023m ．，取两块绝热砖的厚度为.20232046b m =⨯=．。
(2)计算普通砖层的外侧壁温4t 先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度3t (2)32227404694010530151qb t t λ⨯=-=-=℃习题4-3附图习题4-4附图3t 小于130℃，符合要求。
物质的热传递与传热方程热传递是指物体之间传递热量的过程。
在自然界中，热量会自动从高温物体传递到低温物体，以达到热平衡。
了解物质的热传递规律对于工程、科学研究以及日常生活都具有重要意义。
本文将探讨物质的热传递原理以及传热方程。
一、热传递方式物质的热传递可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
1. 传导传导是指物体内部的热量传递。
当物体的一部分受热时，其分子会增加热运动并与周围分子碰撞，从而将热量传递给周围物体的分子。
常见的传导材料有金属、一些固体和液体。
传导热量的大小取决于材料的热导率和温度梯度。
2. 对流对流是指通过流体的运动来传递热量。
当流体受热并膨胀时，其密度减小，从而形成向上的浮力，推动冷流体下沉。
这种上升和下降的流体运动形成了对流传热。
对流传热可以是自然对流或强制对流，取决于流体运动的形式。
3. 辐射辐射是指通过电磁波的传播传递热量。
所有物体都会向外发射热辐射，其强度与物体的温度有关。
热辐射可以在真空中传递，因此，在没有其他传热方式的情况下，辐射是物体热量传递的唯一方式。
二、传热方程传热方程是用来描述热传递过程的数学模型。
根据不同的传热方式，我们有不同的传热方程。
1. 传导传热方程传导传热方程是用来描述物体内部热量传递的方程。
其一维形式可以表示为：q = -kA(dT/dx)其中，q是热流量，单位为瓦特(W)；k是材料的热导率，单位为瓦特/(米·开尔文)，A是传热截面积，单位为平方米；dT/dx是温度梯度，单位是开尔文/米。
通过该方程，我们可以计算出传热速率和材料的热导率之间的关系，从而预测热传递的行为。
2. 对流传热方程对流传热方程用来描述通过流体的传热过程。
其一维形式可以表示为：q = hA(Ts - T)其中，q是热流量，单位为瓦特(W)；h是对流换热系数，单位为瓦特/(平方米·开尔文)；A是传热面积，单位为平方米；Ts是表面温度，单位为开尔文；T是流体温度，单位为开尔文。
实验4 传热实验 (Ⅰ) 换热系数K 的测定一、实验目的1. 测定单壳程单管程列管式换热器的总传热系数K ；2. 学会传热过程的调节方法。
二、基本原理1.传热速率方程式工业上大量存在的传热过程（指间壁式传热过程）都是由固体内部的导热及各种流体与固体表面间的给热组合而成。
传热过程的基本数学描述是传热速率方程式和热量衡算式。
热流密度q 是反映具体传热过程速率大小的特征量。
对q 的计算，需要引入壁面温度，而在实际计算时，壁温往往是未知的。
为实用方便，希望能避开壁温，直接根据冷﹑热流体的温度进行传热速率的计算。
在间壁式换热器中，热量习惯地由热流体传给壁面左侧﹑再由壁面左侧传导至壁面右侧﹑最后由壁面右侧传给冷流体。
在定态条件下，并忽略壁面内外的差异，则各环节的热流密度相等，即c w w w hw t t t T T T AQ q αλδα11-=-=-==（4-1）由（4-1）式可以得到阻力推动力=++-=cht T q αλδα11(4-2)由上式，串联过程的推动力和阻力具有加和性。
在工程上，上式通常写成：)(t T KA Q -= (4-3)式中c hK αλδα111++=(4-4)式（4-4）为传热过程总热阻的倒数，称为传热系数。
比较（4-1）和式（4-2）两式可知，给热系数A 同流体与壁面的温差相联系，而传热系数K 则同冷﹑热流体的温差相联系。
由于冷流体的温度差沿加热面是连续变化的，且此温度差与冷﹑热流体的温度成线性关系，故将（4-3）式中（T-t ）的推动力用换热器两端温差的对数平均温差来表示，即m t KA Q ∆= (4-5)2.热量衡算方程式)()(2112T T C q t t C q Q ph m h pc m c -=-= (4-6)3. 传热过程的调节在换热器中，若热流体的流量q mh 或进口温度T 1发生变化，而要求出口温度T 2保持原来数值不变，可通过调节冷却介质流量来达到目的。
知识点4－4 传热过程计算【学习指导】1．学习目的通过本知识点的学习，掌握换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算。
在传热计算的两种方法中，重点掌握平均温度差法，了解传热单元数法及应用场合。
2．本知识点的重点换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算，用平均温度差法进行传热计算。
3．本知识点的难点传热单元数法。
4．应完成的习题4-4 在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。
换热管为φ25×2.5 mm的钢管，其导热系数为45 W/(m·℃)。
冷却水在管程流动，其对流传热系数为2600 W/(m2·℃)，热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m2·℃)。
试求基于管外表面积的总传热系数以及各分热阻占总热阻的百分数。
设污垢热阻可忽略。
4-5 在一传热面积为40m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。
冷却水的流量为30000kg/h，其温度由22℃升高到36℃。
溶液温度由115℃降至55℃。
若换热器清洗后，在冷、热流体量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。
假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，αi、αo分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。
4-6 在套管换热器中用水冷却油，油和水呈并流流动。
已知油的进、出口温度分别为140℃和90℃，冷却水的进、出口温度分别为20℃和32℃。
现因工艺条件变动，要求油的出口温度降至70℃，而油和水的流量、进口的温度均不变。
若原换热器的管长为1m，试求将此换热器管长增至若干米后才能满足要求。
设换热器的热损失可忽略，在本题所涉及的温度范围内油和水的比热容为常数。
4-7 冷、热流体在一管壳式换热器中呈并流流动，其初温分别为32℃和130℃，终温分别为48℃和65℃。
若维持冷、热流体的初温和流量不变，而将流动改为逆流，试求此时平均温度差及冷、热流体的终温。
设换热器的热损失可忽略，在本题所涉及的温度范围内冷、热流体的比热容为常数。
4-8 在一管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。
已知苯蒸汽的体积流量为1600 m3/h，常压下苯的沸点为80.1℃，气化潜热为394kJ/kg。
冷却水的入口温度为20℃，流量为35000kg/h，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。
总传热系数为450 W/(m2·℃)。
设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。
4-9 在一传热面积为25m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机物。
冷却水的流量为28000kg/h，其温度由25℃升至38℃，平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。
有机物的温度由110℃降至65℃，平均比热容为1.72 kJ/(kg·℃)。
两流体在换热器中呈逆流流动。
设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机物的处理量。
4-10 某生产过程中需用冷却水将油从105℃冷却至70℃。
已知油的流量为6000kg/h，水的初温为22℃，流量为2000kg/h。
现有一传热面积为10 m2的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求：（1）两流体呈逆流流动；（2）两流体呈并流流动。
设换热器的总传热系数在两种情况下相同，为300 W/(m2·℃)；油的平均比热容为1.9kJ/(kg·℃)，水的平均比热容为4.17kJ/(kg·℃)。
热损失可忽略。
换热器的传热计算包括两类：一类是设计型计算，即根据工艺提出的条件，确定换热器传热面积；另一类是校核型计算，即对已知换热面积的换热器，核算其传热量、流体的流量或温度。
但是，无论那种类型的计算，都是以热量衡算和总传热速率方程为基础的。
一、能量衡算对于间壁式换热器做能量衡算，以小时为基准，因系统中无外功加入，且一般位能和动能项均可忽略，故实质上为焓衡算。
假设换热器绝热良好，热损失可以忽略时，则在单位时间内换热器中热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量，即对于微元面积，其热量衡算式为(4-30)式中──流体的质量流量，kg/h 或 kg/s；──流体的焓，kJ/ kg。
对于整个换热器，其热量衡算式为(4-30a) 式中──换热器的热负荷，kJ/h 或 kW。
下标h和c分别表示热流体和冷流体。
下标1和2分别表示换热器的进口和出口。
若换热器中两流体均无相变，且流体的比热容不随温度变化或可取流体平均温度下的比热容时，式4-30、式4-30a可分别表示为(4-31)(4-31a) 式中──流体的定压比热容，kJ/(kg·℃) ；──冷流体的温度，℃；──热流体的温度，℃。
若换热器中流体有相变，例如饱和蒸汽冷凝时，则式4-31a可表示为(4-32)式中──饱和蒸汽的冷凝速率，kg/h或kg/s；──饱和蒸汽的汽化热，kJ/kg。
式4-32的应用条件是冷凝液在饱和温度下离开换热器，若冷凝液的温度低于饱和温度时，则式4-32变为(4-33) 式中──冷凝液的定压比热容，kJ/(kg·℃)──冷凝液的饱和温度，℃。
二、总传热速率微分方程和总传热系数原则上，据导热速率方程和对流传热速率方程可进行换热器的传热计算。
但是，采用上述方程计算冷、热流体间的传热速率时，必须知道壁温，而实际上壁温往往是未知的。
为便于计算，需避开壁温，而直接用已知的冷、热流体的温度进行计算。
为此，需要建立以冷、热流体温度差为传热推动力的传热速率方程，该方程即为总传热速率方程。
（一）总传热速率方程的微分形式冷、热流体通过任取一微元面积的间壁传热过程的传热速率方程，可以仿照牛顿冷却定律写出，即(4-34) 式中──局部总传热系数，W/(m2·℃) ；──换热器的任一截面上热流体的平均温度，℃；──换热器的任一截面上冷流体的平均温度，℃。
式4-34为总传热速率微分方程，该方程又称传热基本方程，它是换热器传热计算的基本关系式。
由该式可得出局部总传热系数表示单位传热面积，单位传热温差下的传热速率，它反应了传热过程的强度。
应予指出，当冷、热流体通过管式换热器进行传热时，沿传热方向传热面积是变化的，此时总传热系数必须和所选择的传热面积相对应，选择的传热面积不同，总传热系数的数值也不同。
因此，式4-34可表示为(4-35)式中──基于管内表面积、外表面积、平均表面积的总传热系数，W/(m2·℃)；、、──管内表面积、外表面积、平均表面积，m2。
由式4-35可知，在传热计算中，选择何种面积作为计算基准，结果完全相同。
但工程上大多以外表面积作为基准，故后面讨论中，除特别说明外，都是基于外表面积的总传热系数。
比较式4-35可得（4-36）（4-36a）式中、、──管内径、外径、平均直径，m。
（二）总传热系数总传热系数K（简称传热系数）是评价换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。
某些情况下，列管换热器的总传热系数K的经验值列于表4-6，可供参考。
表4-6 列管式换热器中的总传热系数K的经验值冷流体热流体总传热系数K，W/(m2.℃)水水850～1700水气体17～280水有机溶剂280～850水轻油340～910水重油60～280有机溶剂有机溶剂115～340水水蒸气冷凝1420～4250气体水蒸气冷凝30～300水低沸点烃类冷凝455～1140水沸腾水蒸气冷凝2000～4250轻油沸腾水蒸气冷凝455～1020 K的来源主要有以下几个方面。
1．总传热系数的计算（1）总传热系数计算公式总传热系数计算公式可利用串联热阻叠加的原理导出。
当冷、热流体通过间壁换热时，其传热机理如下：①热流体以对流方式将热量传给高温壁面；②热量由高温壁面以导热方式通过间壁传给低温壁面；③热量由低温壁面以对流方式传给冷流体。
由此可见，冷、热流体通过间壁换热是一个"对流-传导-对流"的串联过程。
对稳态传热过程，各串联环节速率必然相等，即(4-37)或(4-37a)式中──间壁内侧、外侧流体的对流传热系数，W/(m2·℃) ；── 间壁与热流体接触一侧的壁面温度，℃；── 间壁与冷流体接触一侧的壁面温度，℃；λ── 间壁的导热系数，W/(m·℃)；── 间壁的厚度，m。
根据串联热阻叠加原理，可得上式两边均除以dSo，可得（4-38）比较式4-35和4-38，得（4-39）同理可得(4-39a)(4-39b)式4-39、式4-39a、式4-39b即为总传热系数的计算式。
总传热系数也可以表示为热阻的形式。
由式4-39得(4-40)（2）污垢热阻换热器在实际操作中，传热表面上常有污垢积存，对传热产生附加热阻，该热阻称为污垢热阻。
通常污垢热阻比传热壁的热阻大得多，因而设计中应考虑污垢热阻的影响。
影响污垢热阻因素很多，如物料的性质，传热壁面的材料，操作条件、设备结构、清洗周期等。
由于污垢层的厚度及其导热系数难以准确地估计，因此通常选用一些经验值，某些常见流体的污垢热阻的经验值列于附录中。
设管壁内、外侧表面上的污垢热阻分别为及，根据串联热阻叠加原理，式4-40可表示为(4-41)式4-41表明，间壁两侧流体间传热总热阻等于两侧流体的对流传热热阻、污垢热阻及管壁导热热阻之和。
（3）提高总传热系数途径的分析若传热面为平壁或薄管壁时，、、相等或近于相等，则式4-41可简化为（4-42）当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时，上式可简化为若αi>>αo，则1/K≈1/αo，称为管壁外侧对流传热控制，此时欲提高值，关键在于提高管壁外侧的对流传热系数；若αo>>αi，则1/K≈1/αi，称为管壁内侧对流传热控制，此时欲提高K值，关键在于提高内侧的对流传热系数。
由此可见，K值总是接近于α小的流体的对流传热系数值，且永远小于α的值。
若αo=αi，则称为管内、外侧对流传热控制，此时必须同时提高两侧的对流传热系数，才能提高K值。
同样，若管壁两侧对流传热系数很大，即两侧的对流传热热阻很小，而污垢热阻很大，则称为污垢热阻控制，此时欲提高K值，必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。
2．总传热系数的测定对于已有的换热器，可以通过测定有关数据，如设备的尺寸、流体的流量和温度等，然后由传热基本方程式计算K值。
显然，这样得到的总传热系数K值最为可靠，但是其使用范围受到限制，只有用于与所测情况相一致的场合（包括设备类型、尺寸、物料性质、流动状况等）才准确。
