第四章 传热小结

学习目的
通过本章学习,掌握传热的基本原理、传热的规律,并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程的有关问题，诸如：
（1）热传导速率方程及其应用;
（2）换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算;
（3）对流传热系数关联式;
（4*）辐射传热的基本概念和相关定律，掌握两物体间辐射传热的速率方程。

应掌握的内容
（1）传热的基本方式。

（2）间壁式换热器。

（3）对流传热系数机理。

（4）用对数平均推动力法进行传热计算。

（5）换热器的结构型式和强化途径。

（6*）两固体间的辐射传热速率方程及其应用
重点
（1）单层、多层平壁热传导速率方程，单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用。

（2）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）对流传热系数的影响因素。

第四章传热小结
本章讨论了传热的基本概念（包括热传导的概念及
导热速率方程、对流传热的概念及对流传热速率方程、对流传热系数）；导热问题求解方法；对流传热系数关联式；传热过程的计算（包括换热器的热量衡算、总传热速率方程、总传热系数和平均温度差法）；换热器的主要类型、结构形式及换热器的设计与选型等内容。

要认真学习本章内容，对一些基本定义、公式要记牢，要灵活应用上述概念和方程，进行工程传热问题的计算。

重点
（1）单层、多层平壁热传导速率方程，单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用。

（2）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。

应掌握的内容
（1）传热的基本方式。

（2）管内强制湍流时对流传热系数的计算。

（3）间壁式换热器。

（4）换热器的结构型式和强化途径。

一般了解的内容
（1）其它情况下对流传热，冷凝传热与沸腾传热。

（2）辐射传热与对流－辐射联合传热。

（3）一般传热设计的规范、相关计算和设备选型要考虑的问题。

本章主要内容
1.热传递有三种基本方式：
热传导（导热）、热对流（对流）和热辐射
传热可依靠其中的一种方式或几种方式同时进行。

比如流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合
作用的传热过程称为对流传热过程.
2．傅立叶定律与热导率
dt Q A dn
λ=-傅立叶定律 热导率λ表征物质导热能力的大小。

各种材料热导率值的大致规律:金属固体> 非金属固体> 液体>气体。

一般绝热材料的热导率小是因为其多孔的结构，孔中充满空气。

纯金属的导热系数一般随温度升高而降低，气体的导热系数随温度升高而增大。

式中负号表示热流方向总是和温度剃度的方向相反。

12t t t Q b R
A
λ-∆==∑∑∑==+∆=-=n i n i i i n R t A
b t t Q 1111λ3．平壁的稳定热传导
单层平壁：多层（n 层）平壁： 对于多层平壁的稳态热传导，各层的温差之比等于各层的热阻之比。

4.圆筒壁的稳态热传导
单层圆筒壁多层圆筒壁
12
2
1
1
ln
2
t t t
Q
r R
l r
πλ
-∆
==或12
m
t t t
Q
b R
A
λ
-∆
==
14
3
12
1
112233
n
i
m m m
t
t t
Q
b
b b
R
A A A
λλλ
=
∆
-
==
++
∑
∑
多层壁的总热阻等于串联的各层热阻之和,总推动力等于串联的各层推动力之和。

不同半径r处或不同层传热速率Q相等，热通量q却不等。

5.对流传热方程和对流传热系数
Q A t α=∆↑
↑∆Q A t α一定时，和牛顿冷却定律w w
t T T t t t α∆=-∆=-对于热流体对于冷流体为对流传热系数
注意对流传热系数取值范围的大致规律：
α湍流> α层流
α强制对流>>α自然对流α相变>>α无相变α液体>>α气体 圆管内湍流时,0.80.023n Re Pr
d λα=
6.稳态传热过程热量衡算
11122221()()
m p m p Q q c T T q c t t =-=-12212()
m m p Q q r q c t t ==-或
7．平均温度差∆t m 对于并流和逆流1212
ln m t t t t t ∆-∆∆=∆∆ t 1、t 2，T 1、T 2相同的条件下m m t t ∆>∆逆并采用逆流换热可以节省传热面积，故工业生产中多采用逆流操作。

当换热器一侧流体发生相变，就无所谓逆并流 折流和错流m m t t ϕ∆=∆逆要求0.8
ϕ≥
8.总传热系数K
2
12212111111d d d d R d d b R K d m d αλα++++= 总传热系数K 就应该与所取的面积基准相对应
值的物理意义:传热过程各步热阻之和1K
2
1111αα+≈K 薄管壁和污垢热阻可忽略时:▪控制热阻211
,K ααα>>≈若则212,K ααα<<≈若则
9.壁温计算
1122
11
W w W w m m T T T t t t Q KA t b A A A αλα---=∆=== 传热面两侧的温度差之比等于两侧热阻之比,管壁热阻可忽略时,壁温总是接近于α大(热阻小)侧流体的温度.
如果两侧有污垢，还应考虑污垢热阻的影响。

10.传热计算
m
Q KA t =∆11122221()()
m p m p Q q c T T q c t t =-=-11122221()()m p m p m
Q q c T T q c t t KA t =-=-=∆或直接写成:
11.换热器
换热器分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。

常用间壁式换热器:套管式换热器,夹套式换热器,沉浸式蛇管换热器,平板式换热器,列管式
换热器等
列管式换热器:基本结构,热补偿,流程安排,选用步骤等.
12.强化传热的途径m
t KA Q ∆= 增加传热温差(尽量接近逆流).
提高传热系数(应分清矛盾的主次，重点放在薄弱环节上)
增大相对传热面积(采用新型换热器)
[例]某车间需要安装一台换热器，将流量为30m 3/h 、
的料液由20℃预热到60℃。

加热剂为127℃的饱和蒸汽。

该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为φ25×2mm ；长度为3m ；总管数72根。

试问库存的换热器能否满足传热任务？操作条件下，料液的物性参数为31100/;0.58/;kg m w m C ρλ==⋅︒C m w ︒⋅=/5.46λ0.0003R =∑钢的导热系数3.77/; 1.5;p C kJ kg C mPa s μ=⋅︒=⋅2422/,110/m C W W m C α⋅︒=⨯⋅︒蒸汽冷凝对流传热系数,污垢热阻总和
解:传热能力核算m
t KA Q ∆=296.163025..014.372m
dl n A =⨯⨯⨯==π12211122
)()ln ln 602085.412720ln 12760
m T t T t t t t T t T t T t T t C ----∆==-----==︒--（蒸气冷凝宜走壳程，料液走管程。

其中
1α0.80.4
10.80.420.023(Re)(Pr)0.580.023(10300)(9.75)2560/0.021
d
W m C λα=⨯=⨯⨯⨯=⋅︒求管内料液一侧的对流系数:
430.0210.671100Re 1030010,1.510
du ρμ-⨯⨯===〉⨯333.7710 1.5103Pr 9.75,14360,0.580.021
p C L d μλ-⨯⨯⨯=====>s m u /67.02
/72021.0785.03600302=⨯⨯⨯=
11110.0250.0020.02510.00031000025600.02146.50.0231097o o o i i
d bd R K d d ααλ=+++⨯=+++=⨯⨯∑C
m w K ︒⋅=2
/1097换热器的传热速率kw t KA Q m 15894.8596.161097=⨯⨯=∆=该换热器的热负荷2221301100'() 3.77(6020)3600m p Q q c t t ⨯=-=⨯⨯-1382kW
='Q Q >所以库存的换热器能够完成传热任务。

另一种解法：
由传热方程式求得完成传热任务所需要的传热面积为：
''m Q A K t =∆'1382Q kW =C
m w K ︒⋅=2/1097C
t m ︒=∆4.85275.144.8510971382'm A =⨯=该库存换热器所提供的传热面积的传热面积为：296.163025..014.372m dl n A =⨯⨯⨯==π所以库存的换热器能够完成传热任务。

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