第一节概述

第五章传热 第一节概述一.传热在化工中的应用 • 加热或冷却 • 回收热量 • 保温 • 强化传热过程 • 削弱传热过程

二传热的三种基本方式 （一）热传导热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导。特点：没有物质的宏观位移 • 气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 • 固体导电体：自由电子在晶格间的运动 • 非导电体：通过晶格结构的振动实现 • 液体机理复杂

（二）对流 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。 • 自然对流：由于流体内温度不同造成的浮升力 • 引起的流动。 • 强制对流：流体受外力作用而引起的流动。 • 简称给热：流体与固体壁面之间的传热过程。（三）热辐射物体以电磁波形式传递能量的过程称为热辐射。 • 能量转移、能量形式的转化 • 不需要任何物质作媒介，大于0K 的物体都可。

三. 传热过程的速率 热流量Q：单位时间通过全部传热面积传递的热量。J/S 热通量（热流密度） ──传热速率方程 K─传热系数，W/(m2.℃)，1/K为传热过程阻力，m2.℃/W 内含对流、导热、对流过程各因素的影响

第二节. 热传导 一. Fourier定律与导热系数 (一) 温度场和等温面温度场：在某时刻，物体（空间）各点的温度分布。不稳定温度场稳定温度场等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。

热传导速率： (二） Fourier定律的表达式导热过程可以用Fourier定律（实验定律）描述：二热导率（导热系数） 金属固体> 非金属固体> 液体> 气体

t λ q t1 t2 x dx b 三. 平壁的稳定热传导 (一) 单层平壁稳定热传导 Fourier实验定律可写为：稳态：q=const，λ为常数积分上式，x从0→b，t 从 t1→t2

（二）多层平壁的稳定热传导 假设：各层接触良好，接触面两侧温度相同，各λ为常数。对于三层：推广至n层：

Q t 1 2 3 t1 t2 t3 t4 x 各层的温差推动力与热阻成正比 ① 典型的串联传递过程，推动力与阻力具有加和性。 ② 热阻大的层，温差也大。

t λ Q t1 r1 t2 r2 x dr r （三）单层圆筒壁稳定热传导 Fourier定律可写为：在稳态下，热流量Q是常数，而q是变量。积分上式，r从r1 → r2，t从t1→t2

或： ──对数平均导热面积，如r2/r1<2，则 Am=(A1+A2)/2 （四）多层圆筒壁稳定热传导以三层为例,可以推知： Ami──第i层的平均导热面积

冷流体 T dQ1 dQ2 dQ3 dQ Tw tw 热流体 t 导热管外对流管内对流套管换热器A-A截面第三节两流体间的热量传递 • 两流体通过间壁传热的分析二. 总传热系数和总传热速率方程１. 总传热系数 K——总传热系数，W/(m2·K)

管外对流 • 管壁热传导 • 管内对流定态传热

（1）平壁 dA=dA1=dA2=dAm 讨论：（2）以外表面为基准 (dA=dA1)

以内表面为基准： K1——以外表面为基准的总传热系数，W/(m2.K) dm——对数平均直径，m d1/d2<2 可用算术平均值以壁表面为基准：

２. 污垢热阻 Rs1、Rs2——传热面两侧的污垢热阻，(m2·K)/W 消除垢阻——定期清洗换热器

——总传热速率方程 ３. 总传热速率方程积分 K——平均的总传热系数 tm——平均温度差（1）计算K （2）实际经验值K （3）实验测定值K

无相变时 三. 热量衡算和传热速率方程间的关系相变时 • 热负荷——对设备换热能力的要求 • 传热速率——设备在一定条件下的换热能力传热计算的出发点和核心：

四 . 传热平均温度差 1. 恒温传热 2. 变温传热 tm与流体流向有关逆、并流时的tm 以逆流为例推导tm, 可得: ——对数平均温差

查图错、折流时的tm  < 1  tm< tm逆 ——  > 0.9 若 < 0.8 ，温差损失大，传热不稳定；应改变流型

3. 流向的选择 （1）传热推动力tm——逆流最佳（2）采用并流，易于控制出口温度（3）采用其他流型的目的——提高 （4）仅单侧变温——tm与流型无关

五. 换热器的设计型和操作型计算 1. 设计型计算设计条件：1、T1、T2 设计目的：A 2. 操作型计算 1). 判断现有换热器是否适用 2). 工况变化时对传热过程的影响六. 传热效率---传热单元数（NTU）法

膜模型： T TW tW t t 热阻全部在此第四节给热系数一.对流传热过程分析 t──总有效膜厚 e──湍流区和过渡区虚拟膜厚  ──层流底层膜厚  ── 对流传热系数，W/(m2·℃)

二. 影响对流传热系数的因素 1. 引起流动的原因自然对流 强> 自强制对流 ——u 2. 流体的物性，，，cp 3. 流动型态 湍> 层 4. 传热面的形状、大小和位置 相变>无相变 5. 是否相变

三. 对流传热系数关联式的建立 1. 因次分析 ＝f(u，l，，，cp，，gt) 2. 实验安排及结果整理强制湍流：Nu＝CReaPrk

定性温度 四. 无相变时的对流传热系数关联式 (一) 流体在管内的强制对流 1．圆形直管内的湍流适用范围： Re>10000，0.7<Pr<160，<2mPa·s，l/d>60 特性尺寸：di 流体被加热时，k＝0.4；被冷却时，k＝0.3

定性温度： 2. 圆形管内强制层流适用范围：特性尺寸：di (二) 管外强制对流的 1. 流体在管束外垂直流过

2．流体在列管换热器壳程的流动 圆缺形： (三) 大空间的自然对流传热 C、n——由实验测定定性温度：膜温特性尺寸：垂直的管或板为H；水平管为do 五. 有相变时的对流传热系数关联式 (一)、蒸汽冷凝 (二)、液体沸腾

N Q QR ——吸收率 ——反射率 ——穿透率 QA QD 第五节辐射传热一. 基本概念辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。特点：能量形式的转换, 不需要任何介质

二. 物体的辐射能力 物体在一定温度下，单位表面积、单位时间内所发射的全部辐射能(波长从0到), E表示, W/m2 1、黑体 0──黑体辐射常数, 5.669× 10-8W/(m2·K4) C0──黑体辐射系数, 5.669W/(m2·K4)

黑度： 2.实际物体 <1 是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度 =f(物体的种类、表面温度、表面状况) —实验测定 3.灰体 C——灰体的辐射系数，C= C0

E1 E0 （1-A1）E0 A1E0 Ⅱ 黑体 Ⅰ 灰体任意物体: T1 > T2 克希霍夫定律 A1A2=1 三. 克希霍夫定律对灰体: 热交换达到平衡时 T1=T2, q=0

四. 两固体间的相互辐射 1. 两无限大平行灰体壁面

两平面的面积有限时： A——平面的传热面积 1-2——角系数

2. 一物体被另一物体包围

3. 影响辐射传热的因素 1). 温度的影响Ｑ T4；低温可忽略，高温可能成为主要方式 2). 几何位置的影响 3). 表面黑度的影响Ｑ ，可通过改变大小强化或减小辐射传热 4). 辐射表面间介质的影响减小辐射散热，在两换热面加遮热板（ 小热屏）

对流： 辐射：总热损失：五. 高温设备及管道的热损失令=1 T——对流-辐射联合传热系数，W/(m2·K)

平壁保温层外 管道及圆筒壁保温层外空气速度u<=5m/s 空气速度u>5m/s （1）空气自然对流，tW<150C （2）空气沿粗糙壁面强制对流

第一节 概述