第八章 复合换热与传热2

知识点：复合换热和总换热系数
周围空气温度为tf，周围冷表面温度为tw2、表面黑度为ε 2。 热表面与空气的对流换热系数为α d，热、冷表面面积分别为 F1、F2，则对流换热量
d d (t w1 t f ) F1
辐射换热量
Tw1 4 Tw2 f C1, 2 F 1 100 100
实际工程中，当两种换热同时存在且以对流换热为主时 复合换热量常用对流换热公式计算，将辐射换热量折合成相 应对流换热量，用加大换热系数表示。这种同时考虑对流换 热和辐射换热的换热系数，称复合换热总换热系数。
知识点：复合换热和总换热系数
复合换热量
d f
(t w1 t f ) F1
W/m2
（1）
Tw41 Tw42 8 d C1, 2 10 W/m2.℃ （2） t w1 t f
式中α 称复合换热总换热系数，若F2＞＞F1，C1,2=ε给 定的换热系数均指复合换热总换热系数。
知识点：复合换热和总换热系数
对流换热和辐射换热综合作用的热量传递过程称复合换 热过程，简称复合换热。 如图1车间内辐射采暖 板的散热过程为复合换热 复合换热量Φ =Φ d+Φ f 过程。辐射采暖板的散热 对流换热量Φ d 量为辐射采暖板和室内空 tw2 气间的对流换热与辐射采 辐射换热量Φ f 暖板和周围壁面的辐射换 t w1 tf 热量之和，称辐射采暖板 的复合换热量。 设某固体热表面的温 图1 复合换热示意图 度为tw1、表面黑度为ε 1

传热公式：
圆筒壁内侧对流换热热阻
圆筒壁热面与冷面导热热阻
圆筒壁外侧对流换热热阻
因此，圆筒壁的传热热阻为：
圆筒壁传热系数为：
圆筒壁传热热流量为：
圆筒壁内外表面温度为：
注意传热系数的基准面积：通常总是取圆管壁的外表面A2为基准
传热的强化
传热的强化
思考：
强化原则
强化主要办法
1.增大换热面积
对管内流动，在金属耗量不变，采用小管径
当增加保温层厚度时，即d2增加，上式第一、二项不变，但第三项导热热阻Rλ2增加，第
四项对流换热热阻Rc2减小当时热阻Rk最小
满足上式的直径称为临界直径，用dc表示。由上式可得：
当管外经大于临界直径时，增加保温层，会增加传热热阻。但当管外经小于临界直径时，增加保温层厚度反而可能减少传热热阻。
例题
例题
例题：
由式①、②及③消去Tw1及Tw2，得到：
对比传热过程的热流量表达式：
得到平壁传热的传热系数为：
或写为：
由式①、②及③可得热、冷壁面温度Tw1及Tw2
根据传热热阻等于诸分热阻之总和的结论，可写出多层平壁构成的传热热阻：
n为多层平壁的层数。
传热热流量为：
（二）通过圆筒壁的传热(讨论)
例子：管道散热锅炉对流管束
增加扩展面积（肋片，发动机叶片内扰流柱）
2.提高传热系数（主要提高对流换热系数）
加大流速；
减小管子的当量直径：
采用弯管或螺旋管
采用短管
人工扰动，破坏边界层
管束的布置方式
冲刷方式
相变换热的强化
异型表面
热管
传热的削弱
传热的削弱
绝热方法：
☆加绝热材料

hitaiqing@
航空航天热物理研究所
临界绝缘直径
v在平壁上加厚保温
层，热阻 ↑ ， k ↓ ，
Q↓
do
v在圆管壁上包保温 层是否也一样呢？
绝缘材料
11
2 传热过程的分析与计算

hitaiqing@
航空航天热物理研究所
间壁式换热器 冷热流体被壁面隔开热传递过程包括热流体与壁面间 对流换热、壁中的导热、壁面与冷流体间的对流换 热；有时还包括辐射换热
暖风机、燃气加热器、冷凝器、蒸发器等
间壁式换热器的分类 管壳式换热器、板式换热器、肋片管式换热器、 板翅式换热器、螺旋板式换热器
紧凑式换热器、微尺度换热器
21

航空航天热物理研究所
（3）交叉流换热器
33
3 换热器的类型

hitaiqing@
（4）板式换热器
航空航天热物理研究所
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。
34

3 换热器的类型
§
若λ
= 20 W •
m
−1
•
K −1
，ho =
10 W •
m −2 •
K −1
则 dcr = 4m 。
§
若λ
=
0.2
W
•
m
−1
•
K
−1
，ho= 10 W • m−2• K −1
则 dcr = 0.04m 。
17
2 传热过程的分析与计算

hitaiqing@
23
3 换热器的类型

hitaiqing@
航空航天热物理研究所
（又 称管壳式换热器。

第8章复合换热与传热 航空航天热物理研究所shuaiyong@ 主讲：帅永htt //i t hit d h i @hit d shuaiyong@ 航空航天热物理研究所导热、对流、辐射同地点、同时共同起作用时的换热。

耦合计算（导热、对流、辐射三个过程相互影响）例：对流与导热换热对流换热的机理是热对辐射与对流，高温烟气对对流排管换热热与辐射流与导热，两者相互影响、相互耦合。

对流换热的热量不能用导热热量加热对流热导热与辐射，玻璃内、纤维材料气动热辐射是高超声速高温气体动力量来计算辐射与相变换热学、气动热物理研究的重要内容，特别是高超声速气体动力学与红外辐射的耦合传输htt//i t hit d h i @hit d shuaiyong@ 航空航天热物理研究所 解耦计算（叠加法），在一定范围内误差不大。

例如：炉膛内的高温烟气对对流排管换热=44c rQ Q Q h A t t T T εσ+=−+−()()c f w s f w 如果辐射占的份额不多时，用对流换热系数的形式表示。

shuaiyong@航空航天热物理研究所htt//i t hit d h i@hit d shuaiyong@航空航天热物理研究所htt//i t hit d h i@hit d shuaiyong@航空航天热物理研究所htt//i t hit d h i@hit d shuaiyong@航空航天热物理研究所htt//i t hit d h i@hit d通过圆管的传热由于圆管内外侧的表面积不相等，所以对内侧而言，与对外侧而言的传热系数在数值上是不同的。

稳态条件下，无限长，只有径向传热，不考虑热损失。

通过圆管的传热htt //i t hit d h i @hit d shuaiyong@ 航空航天热物理研究所三个传热环节f i ，f o 表示管内外侧流体w i ，w o 表示管内外侧壁面Qfi wi i i t t h d lπ−=ln owi wo dQ t t −=2il d Qπλt t −= shuaiyong@航空航天热物理研究所htt//i t hit d h i@hit d shuaiyong@航空航天热物理研究所htt//i t hit d h i@hit d shuaiyong@航空航天热物理研究所htt//i t hit d h i@hit d shuaiyong@航空航天热物理研究所htt//i t hit d h i@hit d shuaiyong@航空航天热物理研究所htt//i t hit d h i@hit dhtt //i t hit d h i @hit d shuaiyong@ 航空航天热物理研究所临界绝缘直径当时，加大使，散热R ↓∑o d o cr d d <Q ↑Q ↓当时，加大使，散热R ↑∑o d o cr d d ≥ shuaiyong@航空航天热物理研究所htt//i t hit d h i@hit d shuaiyong@航空航天热物理研究所htt//i t hit d h i@hit dhtt//i t hit d h i @hit d shuaiyong@ 航空航天热物理研究所由临界绝缘直径表达式：用导热系数越大的材料保温，就大cr d λ 若，1120W m K λ••−−⎡⎤=⎣⎦2110o h W m K ••−−⎡⎤=⎣⎦则。