传热传质学第5章—45学时相变换热
传热传质学第5章45学时相变换热
过热蒸汽：计算公式中的汽化潜热改为过热蒸汽与饱 和液体的焓差
液膜过冷度：用r’代替公式中的r。r' r 0.68ts tw
管排的影响 将特征尺度d换成nd 。
膜状凝结换热的强化
第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer)
§5.4 沸腾换热
一、大容积沸腾
2、气泡的最小半径 核态沸腾温差较小，换热强烈，工业上一般都设计在这
个范围。核态沸腾区，气泡的扰动对换热起重要作用。气泡 的形成与脱落取决于微观特性和与过程有关的状态参数。气 泡的微观过程包括：
气泡的临界半径——气泡生成瞬间的最小半径 气泡的增长速度
气泡的脱离直径 气泡的脱离频率
第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer)
§5.1凝结换热现象
润湿性——液体从固体表面推开气体的现象
液cosθ 固液 固汽
液 cos 固汽 固液
液
固、汽
固、液
当θ<90o，液体润湿固体表面
当θ>90o，液体不润湿固体表面 当θ=0o，液体完全润湿固体表面；
只要求出某一段距离的平均液膜厚度， 凝结与沸腾换热
(Condensation and Boiling Heat Transfer)
§5.2膜状凝结换热分析解及实验关联式
四、纯净蒸汽在静止空间内的凝结换热(求表面传热系数h)
如何求液膜厚度的，见课本 1
4LL t
g
s
2 L
化工原理 第五章 传热
对流传热 ?自然对流 ? ?强制对流
牛顿冷却定律： Q 牛顿冷却定律：
发生在 流体内部 流体 有宏观位移
= αA(t 1 ? t 2 )
对流传热系数或给 热系数， 热系数，W/m2?K 《化工原理》电子教案/第五章 化工原理》电子教案/
1
《化工原理》电子教案/目录 化工原理》
目录
第三节 对流传热
一、实验法求α 实验法求α 二、各种情形下的α经验式 各种情形下的α
（一）无相变 1、管内层流 2、管内湍流 3、管外强制对流 4、自然对流 （二）有相变 1、冷凝 2、沸腾
对流传热系数小结 α的数量级
t1 ? t 2 t1 ? t 2 Q= = ln r2 r1 (r2 ? r1 ) 2πLλ (r2 ? r1 ) ln r2 r1 2πLλ
r2 ? r1 令rm = 对数平均半径 对数平均半径 ln r2 r1 r2
当
三种平均的比较
t
r1
3
=
i
λ i Ami
总推动力 总热阻
教材更正： 教材更正：
b1
b2 b3
P141例5-4中每米管长的热损失计算式左边应 例 中每米管长的热损失计算式左边应 为Q，不应为 ，不应为Q/L，单位应为 ，不应为 ，单位应为W，不应为W/m。 。
推动力 Q = qA = 对每一层均有： 对每一层均有： 热阻
Q= t ?t t ?t t1 ? t 2 = 2 3 = 3 4 b1 λ1 A b2 λ2 A b3 λ3 A t1 ? t 4
t t2 t3 t4
t1
Q
和比定理
∑b
循环流化床锅炉原理-第五章-传热
Deg
Tc1 =1+F L
L和Deg为稀相区的高度和截面直径
c=1.1 ，F=1.4，L/Deg>50时c1 =1
3.辐射换热系数计算公式
1 h rad＝ －1 (Ta－Tb ) eb ＋ew－1－ 1
第一节 密相区传热
循环流化床下部密相区与受热面间的传热机理 影响传热的各种因素
循环流化床下部 密相区与受热面 间的传热机理
(一)三个控制传热过程的因素
h=hgc +hpc +hrad
1．气体对流传热系数 2．辐射传热系数
hgc
hrad
3
. 颗粒对流传热系数 hpc
循环流化床下部 密相区与受热面 间的传热机理
循环流化床锅炉-传热
传热系统
密相区传热
稀相区传热 传热机理模型 传质
传热系数的准确性，对于循环流化床锅炉的设计、制造和运 行可靠性、安全性均起着举足轻重的作用。在锅炉设计中， 传热系数决定着受热面的布置、数量及结构，如果传热系数 选取不当，就难以达到稳定燃烧和最佳经济效益，甚至出现 受热面损坏的现象。与传统流化床一样，在循环流化床中存 在各种不同的传热过程： 1)颗粒与气流之间的传热(床内颗粒与床内气流)； 2)颗粒与颗粒之间的传热； 3)整个气固多相流与受热表面(包括壁面与悬吊在床内的 表面)之间的传热， 4)气固多相流与入床气流之间的传热。
s 为颗粒的导热率；dp为颗粒平均直 区颗粒密度； p和 g 径；cp和cg分别为颗粒和气体的定压比热容； 分别为颗粒和气体的密度；ut为截面平均流化速度； g0 为稀相区和密相区交界处的气体换热公式。
化工原理课件-5传热
或
t1 t2 t2 t3 t3 t4 Q b1 b2 b3 1S 2 S 3 S
31
二、多层平壁的一维稳态热传导
三层平壁稳态热传导速率方程 t1 t4 Q b3 b1 b2 1S 2 S 3 S 对n层平壁，其传热速率方程可表示为
b
(Tw t w ) dS m o (t w t )dS o
或
T Tw Tw t w tw t dQ 1 b 1
i dSi
dS m
o dS o
49
一、总传热速率微分方程
根据串联热阻叠加原理，可得
(T Tw ) (Tw t w ) (t w t ) T t dQ 1 b 1 1 b 1 i dSi dS m o dSo i dSi dS m o dS o
图5-7 多层圆筒壁的热传导
42
二、多层圆筒壁的稳态热传导
热传导速率可表示为
Q t1 t4 t1 t4 r3 r2 r4 r2 r1 r3 r2 r4 r3 1 1 1 ln ln ln 2 L1 r1 2 L2 r2 2 l 3 r3 1S m1 2 S m 2 3 S m3
动画22
图5-1 套管式换热器 1-内管 2-外管
20
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
图5-2 单程管壳式换热器 动画21 1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封头,6-管板 ,7-挡板,8-泄水池
21
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
间壁式换热器内冷、热流体间的传热过程包括以 下三个步骤： （1）热流体以对流方式将热量传递给管壁； （2）热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另 一侧；
[交通运输]传热传质学第6章—45学时
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6.1辐射的基本概念
单 色
Rayleigh-Jeans公式
辐
射
强
度
l
6.2黑体辐射的基本定律
基本定义
辐射力Eb ——单位时间、单位表面积向半球空间所有方向上发 射的全部波长的辐射能的总量。W m2
Eb 0Ebldl
单色辐射力 Ebl ——单位时间、单位表面积，在某一特定波长
(光谱辐射力)
下单位波长间隔向半球空间所有方向上
lT
1
C1 3.742 1016 W m2
C2 1.4388 102 W K2
6.2黑体辐射的基本定律
黑体辐射的基本定律
二、维恩(位移)定律
给出了单色(光谱)辐射力为最大值时的波长与温度的关系 lmaxT 2.898103 （m K）
三、斯第芬-波尔兹曼定律
给出了黑体辐射力与温度的关系
1896年Wien位移定律。
19世纪末L.Rayleigh-J.H.Jeans公式。
1900年M.Planck定律。
GLEAeunJuILWrdOgtsmM1oawlt1Sia8rrlla8yaEinhdi465gna3xFde482yn5RpBlPmS--haop11lpTyapyl89hWhtEsnlh90241zyeiycFmy36879csiskgAeiisiscanihctNcinisisntstt
定向辐射强度L与辐射力Eb之间的关系为：
Eb
2
dΦ
dA
L 2
cosd
L
6.3 两无限大黑体平板间的辐射换热
T 1 T 2
q
Φ A
T14
T24
T12 T22 T1 T2 T1 T2
与温度的 4 次方之差成正比，在温差一定时温度的绝对
清华大学化工原理25第五章传热
第五章 传热Key Words: Heat transfer, Conduction, Convection, Rediation, Fourier Law第一节 概述化工过程中经常遇到气一液，液－液，气－固，液－固的换热过程 加热冷却 过程强化 保温――削弱过程 一、传热的基本方式： 热传导 分子振动 无质点位移对流传热 流体质点相对移动 强制对流、自然对流 电磁波形式传播 热辐射 放热→辐射能→吸收无需中间介质、能量转换，T 高时的主要方式 传热方式相互依存，并不独立存在 二、冷热流体接触方式： 直接接触式 间壁式 蓄热式 三、传热速率：（传热速率）热流量Q ：J/s热流密度（热通量） q=dQ/ds J/m 2s 四、稳态传热和不稳态传热Q 、q 、及有关物理量（进出口T ， t ） 不随时间变化稳态 sQ qds =⎰q ： 不随变化（沿管长变化）不稳定：夹套加热T Q Qd θθ=⎰第二节 热传导一、温度场和温度梯度：在θ时刻物体（或空间）各点温度分布 t = f (x,y,z,) 若与θ无关→稳定温度场相同t 连结组成等温面 等温面不相交等温面上无热量传递温度梯度：0lim n t t n n∆→∂∆=∂∆ n ：法线方向 二、Fourier 定律t dQ dsnλ∂=-∂ (与牛顿粘性定律相似) λ：导热系数，负号：热流方向是温度降方向。
三、导热系数λ与物质组成、结构、温度、密度、压强等有关。
单位：/w mK金属 101～102T建材 10-1～100w/mK T绝缘材料 10-2～10-1液体 10-1T (水、甘油除外)气体 10-2～10-1固体：=o (1+KT) λ0：0℃导热系数，金属K<0，非金属K>0 液体：T λ(水、甘油除外)气体：T λ。
高于2000atm ，低于20mmHg ，p λ四、平壁稳定热传导：一平板，长宽与厚比无限大。
dt const Q sdxλλ==- 积分：()121212/s t t t t t t Q bb s Rλλ---===温度分布 11Qx q t t t x s λλ=-=- 直线o o a t λλλ'=+()()()()2212121212122(1)()12o o o o m a s Q t t t t b t t S sa t t a t t tb bλλλλ'⎡⎤=-+-⎢⎥⎣⎦+''=+-=+-多层：n 层 不同 ，b 不同存在n 个温度差（接触面良好） Q 相同（通过各层）()()()31212233412314312123isssQ t t t t t t b b b t t t Q b b b R s s sλλλλλλ=-=-=--∆==++∑由总温差和i，求Q ，由21~i i n QR t t t -=∆，求五、圆筒壁的稳定热传导2s rL π=、Q 相同、q 不同()12122122ln(/)L t t dt dtt t Q s rL Q dr dr r r Rπλλπλ--=-=-==21212m m b r r r rR s Lr s λλπλ--=== 2121ln(/)m r r r r r -= 对数平均值 当r 2 / r 1<2时，可用算术平均值计算，误差小于4％多层： ()23141433122412311223312111ln ln ln m m m L t t t t Q b r b b r r s s s r r r πλλλλλλ--==++++ 六、具有内热源的热传导：半径为r o 、长度为L 圆柱体（径向传热）单位时间单位体积产生热'q '2'22dt q rL r Lq dt rdr drλππλ-=∴=-若r ＝r o 时，t ＝t w2'2'2'2maxmax 124014w o tro w t r o o ww w o q r q r dt rdrt t r q r t t r r t t t t r λλλ⎡⎤⎛⎫⎢⎥=-=+- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎛⎫-==+∴=- ⎪-⎝⎭⎰⎰时温度沿半径方向呈抛物线分布。
第五章 传热142页PPT
Q t1 t4 t4 t0
3
bi iA
i1
1 A
t1tLeabharlann t03 bii1
iA
1 A
总推动力 总热阻
牛顿冷Q 却 A 定 t4 律 t0：
《化工原理》电子教案/第五章
Q
t0
t4
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四、一维圆筒壁稳态热传导
1、无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热源） 特点：属一维导热，A常数， Q为常数， q常数
目录
第三节 对流传热
一、实验法求 二、各种情形下的经验式
（一）无相变 1、管内层流 2、管内湍流 3、管外强制对流 4、自然对流
（二）有相变 1、冷凝 2、沸腾
对流传热系数小结
的数量级
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化工原理》电子教案/目录
目录
第四节 间壁式换热器的传热
一、换热器简介 二、间壁式换热器的传热过程分析 三、间壁式换热器的传热过程计算
0
r
bi i Ami
i1
教材更正：
b1 b2 b3
P141例5-4中每米管长的热损失计算式左边应
为Q，不应为Q/L，单位应为W，不应为W/m。
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《化工原理》电子教案/第五章
四、一维圆筒壁稳态热传导
思考2： 气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在
层流流动的物质内部
机理： 气体---靠分子或原子的无规则若运动；
固体---金属靠自由电子，非金属靠晶格的震动 液体---两种观点（见教材）
热量入
管内层流
❖对流传热
自 然 对 流 强 制 对 流
发 生 在流 体内 部 流体有宏观位移
牛顿冷 Q 却 A 定 t1t律 2 ：
化工原理 第五章 传热
第一节概述一、传热过程在石油加工和石油化工中的应用传热就是热量传递过程。
因为石油加工和几乎所有的化工过程都是在一定的温度和压力下进行的，因此不论是原料、中间产品，还是产品.都要根据生产工艺要求，进行加热和冷却。
如原油在365℃左右进行常压蒸馏，重油在405℃左右进行减压蒸馏(其真空度为720mmHg左右)，经过蒸馏所得到的汽油、煤油、柴油等产品又要冷却到25～40℃左右；再如氮肥生产中，氮气与氢气的混合气体要在一定压力和500℃左右的高温才能在催化剂的作用下合成氨，而氨与未反应的氮气、氢气的分离，则需要经过冷却与冷凝把混合气中的氨以液体形式分离出来。
可见，传热过程在石油加工和化工过程中的应用十分广泛。
除了生产中原料和产品的加热和冷却外，还常常将生产中排出的高温气体或液体中的热量通过换热加以回收利用；再有一些高温设备和管道的保温以及低温设备和管道的隔热，目的是消弱和抑制热量的传递。
这些都是为了节约能源和维持操作稳定进行。
因此，传热过程在石油加工和化工生产中占有很重要的地位。
此外，人们日常生活也与传热过程密切相关。
化工中的传热过程，常常是在冷流体与热流体之间进行的。
冷、热流体有三种基本的接触方式：即直接混合式、间壁式及蓄热式二、工程上常用的换热方法1.混合式的换热混合式换热是冷、热两流体在直接接触和混合中进行的。
例如，乙醇水溶液的精馏塔，塔釜中液体可以采取间接蒸汽加热，也可采用直接蒸汽加热。
当采用直接蒸汽加热时，即把蒸汽直接通入釜内液体中，用蒸汽冷凝放出的热量来加热液体。
生产中常用的混合式换热器有凉水塔、湿式混合冷凝器等。
由此可见，混合式换热方法仅适用于无须回收的蒸汽冷凝，或其凝液不要求很纯的物料，允许冷热两种流体直接接触混合的场合。
混合式换热具有传热速度快、效率高、设备简单等优点。
2.蓄热式换热蓄热式换热器又称蓄热器，蓄热式换热就是在蓄热器中进行，如图5-2所示。
蓄热器内装有耐火砖之类的蓄热介质(填充物)。