15第四章-辐射传热
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化工原理-第四章-传热
d12
d1
4 d2 d1
入口效应修正 在管进口段，流动尚未充分发展，传热边界层较
薄，给热系数较大，对于l d1 60 的换热管，应考虑进口段对给 热系数的增加效应。故将所得α乘以修正系数：
l
1 d l
0.7
弯管修正 流体流过弯曲管道或螺旋管时，会引起二次环流而强
化传热，给热系数应乘以一个大于1的修正系数：
水和甘油：T ↗ ↗ 一般液体： T ↗ ↘ 纯液体＞溶液
气体的导热系数：
T ↗ ↗ P ↗ 变化小 极高P ↗ ↗
气体导热系数小，保温材料之所以保温一般是材料中空 隙充有气体。
18
三、平壁的稳态热传导
1.单层平壁的热传导
t1 t2
b
t Q t1
t2
0 bx
b：平均壁厚，m； t：温度差，oC；
4
❖ 一、传热过程的应用
物料的加热与冷却 热量与冷量的回收利用 设备与管路的保温
❖ 二、热传递的三种基本方式
热传导 热对流 热辐射
5
1. 热传导（又称导热）
热量从高温物体传向低温物体或从物体内部高温部 分向低温部分传递。
特点：物体各部分不发生相对位移，仅借分子、原 子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量 传递。
8
3. 热辐射
因热的原因而产生的电磁波在空间的传递， 称为热辐射。
热辐射的特点：
①不需要任何介质，可以在真空中传播；
②不仅有能量的传递，而且还有能量形式 的转移；
③任何物体只要在热力学温度零度以上， 都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高时， 热辐射才能成为主要的传热方式。
9
二、间壁传热与速率方程
41
传热学试题库含参考答案
传热学试题库含参考答案《传热学》试题库第一章概论一、名词解释1．热流量：单位时间内所传递的热量2．热流密度：单位传热面上的热流量3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。
4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。
5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。
同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。
这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。
6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。
7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。
对流传热系数表示对流传热能力的大小。
8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。
辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。
9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。
复合传热系数表示复合传热能力的大小。
10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。
数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。
四、简答题1．试述三种热量传递基本方式的差别，并各举1～2个实际例子说明。
（提示：从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式）2．请说明在传热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响?如何防止?（提示：从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况）3.试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么?（提示：写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/(m·K)，W/(m2·K)，W/(m2·K)）4．在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义?（提示：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作用。
化工原理答案--第四章--传热
第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为0.16W/(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃231212t t t t b b λλ--= (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ=0.043 W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=， 则单位表面积的冷量损失为()()../.q t t W m bλ=-=-=-2120043328358 003【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·℃)。
第四章 传热分析
10
（三）傅立叶定律
t dQ dA n
式中 dQ ── 热传导速率，W或J/s；
dA ── 导热面积，m2；
t/n ── 温度梯度，℃/m或K/m；
── 导热系数，W/(m· ℃)或W/(m· K)。
负号表示传热方向与温度梯度方向相反
2018/10/11 11
二、热导率
dQ / dA q t / n t / n
2l (t1 t n 1 ) t1 t n 1 t1 t n 1 n ＝ n n层圆筒壁： Q＝ n 1 ri 1 bi ln Ri ri i 1 i i 1 i Ami i 1
多层圆筒壁改变每一层的位置，对传热有没有影响？（如何确 定层位置）
2018/10/11 26
三、两流体通过间壁换热过程 （一）间壁式换热器
热流体T1
t2
冷流体t1
T2
夹套式换热器
2018/10/11
4
（二）传热速率与热流密度 传热速率Q（热流量）：单位时间内通过换热器的
整个传热面传递的热量，单位 J/s或W。
热流密度q （热通量） ：单位时间内通过单位传
热面积传递的热量，单位 J/(s. m2)或W/m2。
Q q A
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（三）稳态与非稳态传热 非稳态传热 Q , q, t f x , y , z , 稳态传热
Q , q, t f x , y , z
t 0
2018/10/11
6
（四）两流体通过间壁的传热过程
T1 t2
(1)热 流 体 管 壁 内 侧
L u
反映流体的流动状态 对对流传热的影响
传热学知识点总结(填空)
1．热量传递的三种基本方式为热传导、热对流、热辐射。
2．热流量是指单位时间内所传递的热量，单位是W。
热流密度是指单位传热面上的热流量，单位W/m2。
3．总传热过程是指热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，它的强烈程度用总传热系数来衡量。
4．总传热系数是指传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量，单位是W ／(m2·K)。
（传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量，W／(m2·K)）5．导热系数的单位是W／(m·K)；对流传热系数的单位是W／(m2·K)；传热系数的单位是W／(m2·K)6．复合传热是指对流传热与辐射传热之和，复合传热系数等于对流传热系数与辐射传热系数之和，单位是W／(m2·K)。
7．单位面积热阻r t的单位是m2·K/W；总面积热阻R t的单位是K/W。
8．单位面积导热热阻的表达式为δ/λ9．单位面积对流传热热阻的表达式为1/h。
10．总传热系数K与单位面积传热热阻r t的关系为r t=1/K。
11．总传热系数K与总面积A的传热热阻R t的关系为R t=1/KA。
12．稳态传热过程是指物体中各点温度不随时间而改变的热量传递过程。
13．非稳态传热过程是指物体中各点温度随时间而改变的热量传递过程。
14．某燃煤电站过热器中，烟气向管壁传热的辐射传热系数为30W/(m2.K)，对流传热系数为70W/(m2.K),其复合传热系数为100 W/(m2.K)15．由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是热辐射。
16．由烟气向空气预热器传热的主要方式是热对流。
17．已知一传热过程的热阻为0.035K/W，温压为70℃，则其热流量为2kW。
18．一大平壁传热过程的传热系数为100W/(m2.K)，热流体侧的传热系数为200W/(m2.K)，冷流体侧的传热系数为250W／(m2.K)，平壁的厚度为5mm，则该平壁的导热系数为5 W/(m.K)，导热热阻为0.001(m2.K)/W。
化工原理习题及答案
第四章传热一、名词解释1、导热若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。
2、对流传热热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。
热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。
3、辐射传热任何物体, 只要其绝对温度不为零度 (0K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。
这种传热方式称为热辐射。
4、传热速率单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）5、等温面温度场中将温度相同的点连起来，形成等温面。
等温面不相交。
二、单选择题1、判断下面的说法哪一种是错误的（）。
BA 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；B 在同一温度下，物体吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A与ε的物理意义相同；C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。
2、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为_______ 。
CA 传导和对流B 传导和辐射C 对流和辐射3、沸腾传热的壁面与沸腾流体温度增大，其给热系数_________。
CA 增大B 减小C 只在某范围变大D 沸腾传热系数与过热度无关4、在温度T时，已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力，耐火砖的黑度是下列三数值之一，其黑度为_______。
AA 0.85B 0.03C 15、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度______耐火砖的黑度。
DA 大于B 等于C 不能确定是否大于D 小于6、多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻_____。
AA 成正比B 成反比C 没关系7、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否正确： A甲、传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；乙、换热器总传热系数K将接近空气侧的对流给热系数。
辐射传热(Radiation)
Eb
对任何物体，辐射能力与吸收率的比值为常数Eb； 黑体的辐射能力最大； 对于其它物体，吸收率愈大，辐射能力也愈大。
9
1.2 物体的辐射能力
任意两灰体间的辐射传热：
Q12
C12
A[( T1 )4 100
( T2 )4 ] 100
值与C12的计算式见表 3 8和图3 23
例3-18
10
1.3 对流和辐射的联合传热
二、黑体、镜体、透热体和灰体
Q QA QR QD
或：QA QR QD 1 QQQ
A+R+D=1
A — 吸收率 R — 反射率 D — 透射率
4
1.1 热辐射的基本概念
黑体（绝对黑体）：A=1 镜体（绝对白体）：R=1 透热体：D=1 灰体：能以相同的吸收率吸收所有波长范围辐射能
的物体。 特点：（1）A不随波长而变
设备热损失应等于对流传热和辐射传热之和
1. 由于对流传热而损失的热量为：
Qc Aw (tw t)
2. 由于辐射传热而损失的热量为：
QR
C12Aw[(1T0w0)4
( T )4] 100
或：QR R Aw[tw t]
其中： R
C12[
( Tw 100
)
Байду номын сангаас
4
( T )4 100
]
tw t
11
1.3 对流和辐射的联合传热
Eb
C0
( T )4 100
Co — 黑体的辐射系数，5.67W / m2 K 4
6
1.2 物体的辐射能力
二、灰体的辐射能力
Eb
C( T )4 100
同一温度下灰体的辐射能力与黑体的辐射能力之
对任何物体，辐射能力与吸收率的比值为常数Eb； 黑体的辐射能力最大； 对于其它物体，吸收率愈大，辐射能力也愈大。
9
1.2 物体的辐射能力
任意两灰体间的辐射传热：
Q12
C12
A[( T1 )4 100
( T2 )4 ] 100
值与C12的计算式见表 3 8和图3 23
例3-18
10
1.3 对流和辐射的联合传热
二、黑体、镜体、透热体和灰体
Q QA QR QD
或：QA QR QD 1 QQQ
A+R+D=1
A — 吸收率 R — 反射率 D — 透射率
4
1.1 热辐射的基本概念
黑体（绝对黑体）：A=1 镜体（绝对白体）：R=1 透热体：D=1 灰体：能以相同的吸收率吸收所有波长范围辐射能
的物体。 特点：（1）A不随波长而变
设备热损失应等于对流传热和辐射传热之和
1. 由于对流传热而损失的热量为：
Qc Aw (tw t)
2. 由于辐射传热而损失的热量为：
QR
C12Aw[(1T0w0)4
( T )4] 100
或：QR R Aw[tw t]
其中： R
C12[
( Tw 100
)
Байду номын сангаас
4
( T )4 100
]
tw t
11
1.3 对流和辐射的联合传热
Eb
C0
( T )4 100
Co — 黑体的辐射系数，5.67W / m2 K 4
6
1.2 物体的辐射能力
二、灰体的辐射能力
Eb
C( T )4 100
同一温度下灰体的辐射能力与黑体的辐射能力之
传热学 总结
第一章绪论1．热流量：单位时间内所传递的热量。
2．热流密度：单位传热面上的热流量。
3．导热：物体粒子微观的热运动而产生的热量传递现象。
4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程。
热对流：流体个部分之间发生宏观相对位移级领热流体的相互掺混。
5．辐射传热：由于热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象。
6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。
10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。
数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。
11.稳态传热过程：物体中各点温度不随时间而改变的热量传递过程。
第二章热传导1．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。
2．等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。
3．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。
4．导热系数：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1 K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。
导热系数是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。
5．导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。
材料的导热能力与吸热能力之比导温系数不但与材料的导热系数有关，还与材料的热容量(或储热能力)也有关；从物理意义看，导热系数表征材料导热能力的强弱，导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小，两者都是物性参数。
6.傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。
7.保温(隔热)材料：λ≤0.12 W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)的材料。
8.接触热阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。
使两个导热壁面之间出现温差。
接触热阻主要与表面粗糙度、表面所受压力、材料硬度、温度及周围介质的物性等有关，因此可以从这些方面考虑减少接触热阻的方法，此外，也可在固体接触面之间衬以导热系数大的铜箔或铝箔等以减少接触热阻。
第四章 传热
i
i
注：对于圆筒壁的稳定热传导，通过各层的热传导 速率都是相同的，但是热通量不相等。
例 在一 60×3.5mm 的钢管外层包有两层绝热材料，里层为 40mm的氧化镁粉，平均导热系数是0.07W/m·℃，外层为20mm 的石棉层，其平均导热系数是0.15W/m·℃。现用热电偶测得管 内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁的导热系数是 45W/m·℃。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。
1. 温度场和温度梯度 温度场(temperature field)：任一瞬间物体间或系统内各点
的温度分布，称为温度场。
物体的温度分布是空间位置和时间的函数，即
t = f (x，y，z，)
(4-1)
式中：t —— 温度 x, y, z —— 空间坐标
τ—— 时间
不定态温度场：温度场内如果各点温度随时间而改变。 定态温度场：若温度不随时间而改变。
一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。
t = f (x，)
(4-1a)
等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组成的面。
等温面的特点：
（1）等温面不相交； （2）沿等温面无热量传递。
注意：沿等温面无热量传递，而沿和等温面相交的任何方
向，都有热量的传递。温度随距离的变化程度以沿与等温面 的垂直方向为最大。
r1 r 2
dr
t1 t2
L
假 设：
圆筒壁很长，沿轴向散热可忽 略，则通过圆筒壁的热传导可视为 一维稳态热传导；
圆筒的内外半径分别为r1 、r2 ， 长度为L；
圆筒内、外壁面温度分别为t1 、 t2，且t1>t2。
根据傅立叶定律，对此薄圆筒层可写出传导的热量为
(完整版)传热学试题库含参考答案
《传热学》试题库第一早一、名词解释1热流量：单位时间内所传递的热量 2. 热流密度：单位传热面上的热流量3•导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒 (分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。
4. 对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流 传热。
5•辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。
同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。
这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。
6•总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。
数表示复合传热能力的大小。
数值上表示传热温差为 1K 时，单位传热面积在单位时间内的传热量。
二、填空题1. _________________________________ 热量传递的三种基本方式为 _、 、 。
(热传导、热对流、热辐射)2. ________________________ 热流量是指 _______________ ，单位是 ____________________ 。
热流密度是指 _______ ，单位是 ____________________________ 。
2(单位时间内所传递的热量， W ，单位传热面上的热流量， W/m )3. ____________________________ 总传热过程是指 ________________，它的强烈程度用 来衡量。
(热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数 )4. ____________________________ 总传热系数是指 ___ ，单位是 。
2(传热温差为1K 时，单位传热面积在单位时间内的传热量， W / (m K))5. _______________________________ 导热系数的单位是 ___________________ ;对流传热系数的单位是 ______________ ;传热系数的单位是 _________________________2 2(W / (m K), W / (m K), W / (m K))6. __________________________ 复合传热是指 _________________________ ，复合传热系数等于 _________ 之和，单位是 。
传热学复习资料
传热学复习资料第一章概论一、名词解释热流量是单位时间内传递的热量，热流密度是单位传热面上的热流量。
导热是指物体内部温度差或不同温度物体接触时，物质微粒的热运动传递热量的现象。
对流传热是流体通过固体壁的热传递过程，包括表面对流传热和导热。
辐射传热是物体向周围空间发出和接收热辐射能的过程。
总传热过程是指热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程。
对流传热系数、辐射传热系数和复合传热系数分别表示对流传热能力、辐射传热能力和复合传热能力的大小。
总传热系数表示总传热过程中热量传递能力的大小。
二、填空题1.热量传递的三种基本方式为热传导、热对流、热辐射。
2.热流量是指单位时间内传递的热量，单位为W；热流密度是指单位传热面上的热流量，单位为W/m2.3.总传热过程是指热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数表示它的强烈程度。
4.总传热系数是指传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量，单位为W/(m2·K)。
5.导热系数的单位是W/(m·K)，对流传热系数的单位是W/(m2·K)，传热系数的单位是W/(m2·K)。
6.复合传热是指复合传热系数等于对流传热系数和辐射传热系数之和，单位为W/(m2·K)。
7.单位面积热阻rt的单位是K/W，总面积热阻Rt的单位是m2·K/W。
8.单位面积的导热热阻可以表示为m2·K/W或K/W。
9.单位面积的对流传热热阻可以表示为1/h。
10.总传热系数K与单位面积传热热阻rt的关系为rt=1/K。
11.总传热系数K与总面积A的传热热阻Rt的关系为Rt=1/KA。
12.稳态传热过程是指物体中各点温度不随时间而改变的热量传递过程。
13.非稳态传热过程是指物体中各点温度随时间而改变的热量传递过程。
14.某燃煤电站过热器中，烟气向管壁传热的辐射传热系数为30W/(m2·K)，对流传热系数为270W/(m·K)，其复合传热系数为100 W/(m2·K)。
环境工程原理第四章 热量传递
3、辐射传热
以电磁波形式发出辐射能的过程。 特点：辐射传热不仅是能量的传递，还伴随着能量的
转化。不需要任何介质作媒介，可以在真空中
传播。
传热过程的基本问题 ⑴ 载热体用量的确定； ⑵ 设计新的换热器； ⑶核算现有换热器的传热性能； ⑷ 强化或削弱传热的方法。 热量恒算
解决这些问 题需要两个 基本关系式
纯液体的导热系数比溶液的导热系数大。
4、气体的导热系数
气体导热系数很小，不利于导热，但利于保温。
气体导热系数随温度升高而加大 。 在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强变 化极小。
注意：传热过程中，物质内不同位置的温度可能
不同，因而导热系数也不同，工程计算中常取导热系 数的算术平均值。
r1q1 r2q2 r3q3
【例题4.2.3】外径为426mm的蒸汽管道外包装厚度为 426mm 的 保 温 材 料 ， 保 温 材 料 的 导 热 系 数 为 0.615 W/(m· K)。若蒸汽管道外表面温度为177℃，保温层的 外表面温度为38℃，试求每米管长的热损失和保温层 中的温度分布。
r
b
(T1 T2 ) T Q R R
导热热阻，K/W
Q T q A r
温差为传 热推动力
单位传热面积的导热热阻，m2· K/W
传导距离越大，传热壁面和导热好，相接触两表面温度相同，T1>T2>T3>T4 稳态热传导中，通过各层的热流量相等，故有：
成正比。
傅立叶定律的表达式
t dQ dA n
t dQ dA n
dQ ──传热速率，W或J/s； dA ── 导热面积，m2； t/ n ── 温度梯度，℃/m或K/m；热量传递的推动力 ── 导热系数，W/(m· ℃)或W/(m· K)。 负号表示热流方向与温度梯度方向相反(即热量向温度降低 方向传递)。
化工原理--传热
第四章传热本章介绍了三种基本传热方式，即导热、对流传热、辐射传热的基本概念和定律；详细分析了对流传热过程机理，建立了对流传热速率方程以及表面传热系数的经验关联式；由总传热速率方程出发，对传热过程进行设计计算和操作分析、诊断；介绍了换热设备的类型和列管式换热器的设计和选用。
本章重点要求掌握：①对流传热过程的基本概念、定律、传热速率方程；②管内强制湍流流动时表面传热系数的经验关联及影响因素；③总传热速率方程以及传热过程的计算。
4.1 概述4.1.1 传热在化工生产中的应用传热，即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。
由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递，故在科学技术、工业生产以及日常生活中都涉及许多的传热过程。
化工生产过程与传热关系十分密切。
这是因为化工生产中的很多过程都需要进行加热和冷却。
例如，为保证化学反应在一定的温度下进行，就需要向反应器输入或移出热量；化工生产设备的保温或保冷；生产过程中的热量的合理使用以及废热的回收利用，换热器网络的综合利用；蒸发、精馏、吸收、萃取、干燥等单元操作都与传热过程有关。
化工生产过程中需要解决的传热问题大致分为两类：(1)传热过程的计算，包括设计型计算和操作型计算；(2)传热过程的改进与强化。
这两类问题的解决，都需要从总的传热速率方程出发，即：（4.1.1）式中：Q—冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；K—传热系数，W/(m2·℃)；A—传热面积，m2；Δtm—平均传热温差，℃。
4.1.2 传热的基本方式根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即热传导、对流和辐射。
热传导：热传导又称导热。
是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。
对流传热：对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。
在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触时的热量传递。
《第四章传热》PPT课件
gradt dt dx
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
15第四章 辐射传热
石油的特性就是粘度很大，且埋藏很深，开采时需注射高温高压蒸汽使石油稀释，在将蒸汽输送的过程中，要减少散热损失。因此在制造超级隔热油管时采用类似低温保温容器的多层隔热板并抽真空的方式制造。
小结：1、辐射传热强化与削弱的概念；
2、控制表面热阻与空间热阻的途径；
3、遮热板削弱辐射传热的原理及应用。
作业：9-30
第页
保持良好的绿地景观。
（2）遮热板应用于储存液态气体的低温容器
储存液氮、液氧的容器需要良好的保温效果，采用多层遮热板并抽真空就可以达到这样的目的。遮热板身用塑料薄膜制成，上面涂以反射比很大的金属箔层。箔层间以质轻且导热系数小的材料作为分隔层，绝热层中抽成高真空，可制成超级绝热材料。
（3）遮热板用于超级隔热油管
同时由
可得
结合电学中的欧姆定律可见：换热量Φ相应于电流强度；Eb-J或J1-J2相当于电动势差；
分别称为辐射传热的表面热阻及空间辐射热阻。
第页
4.7.1控制物体表面间辐射传热的方法
1、控制表面热阻
由表面热阻的定义，通过改变表面积A或改变发射率来实现。表面积一般不好改变，最有效的方法是改变表面发射率。对于两个不同表面，具有两个不同的发射率，首先应当改变对换热量影响最大的那个表面发射率。
再举一例：如附图所示的人工黑体空腔，温度为T2，内表面积为A2，发射率为ε2。小孔的表面积等于A1。试推导小孔表观发射率的计算式。表观发射率的定义为：小孔在空腔表面温度下的辐射能与相同面积、相同温度下的黑体辐射能之比。
解：空腔为漫灰表面且温度均匀，但小孔不是漫灰表面，无法应用公式，怎么办？
可作小孔外的假想包壳面3的漫灰表面，并设定它的温度为T3，内表面积为A2，发射率为ε2。这样就可以应用公式了。
小结：1、辐射传热强化与削弱的概念；
2、控制表面热阻与空间热阻的途径；
3、遮热板削弱辐射传热的原理及应用。
作业：9-30
第页
保持良好的绿地景观。
（2）遮热板应用于储存液态气体的低温容器
储存液氮、液氧的容器需要良好的保温效果，采用多层遮热板并抽真空就可以达到这样的目的。遮热板身用塑料薄膜制成，上面涂以反射比很大的金属箔层。箔层间以质轻且导热系数小的材料作为分隔层，绝热层中抽成高真空，可制成超级绝热材料。
（3）遮热板用于超级隔热油管
同时由
可得
结合电学中的欧姆定律可见：换热量Φ相应于电流强度；Eb-J或J1-J2相当于电动势差；
分别称为辐射传热的表面热阻及空间辐射热阻。
第页
4.7.1控制物体表面间辐射传热的方法
1、控制表面热阻
由表面热阻的定义，通过改变表面积A或改变发射率来实现。表面积一般不好改变，最有效的方法是改变表面发射率。对于两个不同表面，具有两个不同的发射率，首先应当改变对换热量影响最大的那个表面发射率。
再举一例：如附图所示的人工黑体空腔，温度为T2，内表面积为A2，发射率为ε2。小孔的表面积等于A1。试推导小孔表观发射率的计算式。表观发射率的定义为：小孔在空腔表面温度下的辐射能与相同面积、相同温度下的黑体辐射能之比。
解：空腔为漫灰表面且温度均匀，但小孔不是漫灰表面，无法应用公式，怎么办？
可作小孔外的假想包壳面3的漫灰表面，并设定它的温度为T3，内表面积为A2，发射率为ε2。这样就可以应用公式了。
辐射传热
代入：
q12
1
C0 1
[( T1 )4 ( T2 )4 ] 1 100 100
1 2
令：C12
C0 11
1
1
1 1
1
1 2
C1 C2 C0
——总发射系数
Q12
C12
A[( T1 )4 100
( T2 )4 ] 100
两平面的面积有限时：
Q12
12C12
A[( T1 ) 100
4
( T2 )4 ] 100
式中 A——平面的传热面积；
1-2——角系数(物体1发射辐射能被2拦截分率)。
三、影响辐射传热的因素
1. 温度的影响
Ｑ T4 ， 低温时可忽略，高温时可能成为主要方式
2. 几何位置的影响 3. 表面黑度的影响
Ｑ ，可通过改变黑度的大小强化或减小辐射传热。
式中 QA A ——吸收率；
Q
QA QD
QR R ——反射率；
Q
QD Q
D
——透过率。
ARD 1
A,R,D = f (物体性质、温度、表面、辐射波长）
固体、液体： D=0 R+A=1
气体：
R=0 A+D=1
黑体： A 1
白体（镜体）： R 1
透热体： D 1
灰体：指能以相同的吸收率吸收所有波长 的辐射能的物体。
几种假想物体
假想物体
定义
A R D 较接近的实物
黑体
能全部吸收辐射能 的物体
1
00
表面粗糙红砖
白/镜体
能全部反射辐射能 的物体
0
10
环境工程原理 第四章 热量传递
有利于提高管程流体的流速和对流传热系数，但能量损失增加，传热
温度差小，程数以2、4、6程多见。 管外流体每通过一次壳体成为一个壳程。在管外装有折流板（或挡 板）可以提高壳程流体的流速，以保持较高的传热系数，折流板形式 常用的有弓形和盘环形两种。折流板同时起中间支架作用。
换热器
*列管式换热器
优点：
固体壁面的形状、尺度、方位、粗糙度、是否处于管 道进口段以及是弯管还是直管等。 a c p
（3）流动特征
对流传热
一、影响对流传热的因素
（3）流动特征 流动起因（自然对流、强制对流） 流动状态（层流、湍流） 有无相变化（液体沸腾、蒸汽冷凝） 流体对流方式（并流、逆流、错流）
第四节 辐射传热
浮头补偿 补偿圈补偿 U形管补偿
换热器
选择的原则：
⑴ 不清洁易结垢的物料应选管；
⑵ 需要通过增大流速以提高给热系数的流体应选管； ⑶ 腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀； ⑷ 压力高的流体宜选管程，以防止壳体受压； ⑸ 蒸汽走壳程，冷凝液易于排出；
⑹ 被冷却的流体一般走壳程，便于散热；
⑺ 粘度大流量小流体选壳程，壳程Re>100即可达到湍流。
折流挡板
按一定数目与管束垂直设置；防止短路、增加流速；可 强制流体按规定路径、多次错流经过管束，增加湍动程 度。
t1
t1 T1 T2
T1 T2 t2
t2
热流体 T1
t2
冷流体 t1
T2
换热器
*列管式换热器
冷、热流体两种流体在进行换热时，一种流体通过管内，其行程称
为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。 换热器内通过管内的流体每通过一次管束称为一个管程；管程数多
加热炉辐射室传热计算
4-4 蒙特卡罗法(统计模拟法)
蒙特卡罗法 核心 用分区把炉膛中从整体来看是不均匀的 物理量和性质视为局部均匀 用能束来模拟发射、吸收、反射等实际过程， 统计每区能束的得失从而计算辐射热交换。 能束从发射开始直到最后被表面或气体吸收的全
部历程是由一系列随机数来决定的。这些随机数决定
其发射位置、方向、光谱区间、行程长度以及反射和 吸收。对能束进行跟踪，记录它自发射到被吸收的历 程，并为吸收区记分，最后可以统计出系统中各区发 射和吸收能束数的多少，作为温度分布、热通量的计 算基础。
4 4 T T QR g w 40(Tg Tw ) 5.67 A cpF 100 100
仅是烟气温度Tg及炉管表面温度TW的函数，可 以作成如图 4-6 图 4-6 的曲线。
Q R / A cp
热平衡方程式的处理:
传热速率 方程式: 热平衡 方程式:
Hs
Tp
4 T 4 T p w h Rc A Rt (Tp Tw ) Q R Q Rr Q Rc Cs H s 100 100
BQl T B(mi ci )Tp (Tp T0 ) Q R
冷平面面积 A c p
当量冷平面
总辐射交换因素
F
4 4
引用了霍特尔推导的结果：
Q 5.67AF(T g Tw )
管心距/管外径
F
1 1 1 1 ε t ε F
1 AR ε ε 1 F g ε 1 A g 1 1 ε g R C
长/高＜4（一般宽/高=0.5～0.6）
小 结 任 务 传热计算 确定辐射室热负荷 烟气出辐射室的温度 由传热速率方程和热平衡方程计算 结构尺寸的确定
15第4章 辐射传热
4.7.2 遮热板的原理及其应用 1. 遮热板削弱辐射传热的原理 所谓遮热板是指插入两个辐射传热表面之间用 以削弱辐射传热的薄板。 特征：遮热板在整个辐射传热系统中并不放出 或带走任何热量，只是在热流通路中另外添加了阻 力，使得整个传热过程受到阻碍，即阻隔辐射传 热。
下面来分析在两平行板之间插入一块金属薄板 所引起的辐射传热的变化。辐射表面和金属般的温 度、吸收比如图所示，假设平板和金属薄板都是灰 体，并且α1=α2=α3=ε。于是得到下列两式：
2. 遮热板的应用 （1）遮热板在绿地上的应用 绿地中草坪由于受其下方埋设的热力管道或周围 的热力井的影响，夏季出现枯黄甚至死亡现象。与周 围草坪形成鲜明的对比，严重影响绿地底色的效果。 人们利用隔热板的保温绝热性能，将其包裹在热力井 周边或覆盖在热力管道上，用来阻止热力管道或热力 井散发的热能向周围土壤传递，达到抑制土壤温度过 高的目的，促使草坪等植物正常生长，以保持良好的 绿地景观。
4.7.1 控制物体表面间辐射传热的方法 1、控制表面热阻 1 由表面热阻的定义 A ，通过改变表面积A
或改变发射率来实现。表面积一般不好改变，最 有效的方法是改变表面发射率。对于两个不同表 面，具有两个不同的发射率，首先应当改变对换 热量影响最大的那个表面发射率。 比如有两无限长同心圆柱表面所组成的封闭
再举一例：如附图所示的人工黑体空腔，温度为 T2，内表面积为A2，发射率为ε2。小孔的表面积等 于A1 。试推导小孔表观发射率的计算式。表观发 射率的定义为：小孔在空腔表面温度下的辐射能 与相同面积、相同温度下的黑体辐射能之比。
解：空腔为漫灰表面且温度均匀，但小孔不是漫灰 表面，无法应用公式，怎么办？ 可作小孔外的假想包壳面3的漫灰表面，并设 定它的温度为T3，内表面积为A3，发射率为ε3。这 样就可以应用公式了。
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第4章辐射传热
9-2 该题要注意以下几个问题：
①求单位面积容器壁的散热量就是指求热流密度q。
②题目中给定的是摄氏温度，要注意化成热力学温度，否则计算结果肯定是错误的。
③抽低真空是保持夹层保温效果的有效途径。
④使用的求热流密度的表达公式要切记！！
9-3 该题要注意面积的求解，有四个壁面，钢管前后是空的，不能计算面积。
再举一例：如附图所示的人工黑体空腔，温度为T
2
，内表面积为A
2
，发射率为ε
2。
小孔的
表面积等于A
1。
试推导小孔表观发射率的计算式。
表观发射率的定义为：小孔在空腔表面温度下的辐射能与相同面积、相同温度下的黑体辐射能之比。
解：空腔为漫灰表面且温度均匀，但小孔不是漫灰表面，无法应用公式，怎么办？
可作小孔外的假想包壳面3的漫灰表面，并设定它的温度为T3，内表面积为A2，发射率为ε2。
这样就可以应用公式了。
空腔内表面与外部环境间的辐射热交换可以表示为：
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23
2,3
3
2
2222,333
1
11
b b
E E
A A X A
ε
ε
εε
-
Φ=
-
-
++
2,31,3
Φ=Φ
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