第四章 传热过程及换热器
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化工原理第四章传热过程超详细讲解
例4-12 在其他条件(K,Cp,M1,M2)不变时, 并→逆，求T2, t1。 解：利用并流求得有关常数： Φ=KAΔtm=-M1Cp1ΔT’=M2Cp2Δt’
设热阻集中在保温层：则
则一米管年损失的热量：
W=J/s
年损失的价值：
一米管道耗保温材料体积：V= ∴年折旧费用：
总费用： 求导，求极值:
28.356
复杂系数一元三次方程，用试差法求解：
设D=0.4 时，左=62.8≈右=63 ∴δ=D-0.1/2=(0.4-0.1)/2=0.15 m
作业：P142 （4、5）
∴ A (t1 t 2) At
R=δ/λ—热阻
2 多层平面壁,如耐火砖——绝热砖——建筑砖组成三层复合 壁，对各层分别应用单层导热公式有：
一层：
(1)
二层：
(2)
三层：
(3)
∵平面壁：A1=A2=A3=A ∵稳定传热Φ1=Φ2=Φ3=Φ则有：
t1-t4=Δt=
…(4)
…(5)
讨论：(1) ①+②得：
(4)潜热 Q潜 mH m nH n
(J/mol*K)
式中:ΔHm和ΔHn分别为质量和摩尔相变潜热 (单位分别为： J/kg；J/mol)
§2 传导传热（热传导，导热） 一、定义：传导传热——发生在固体、静止或滞流流体中，因分
子的振动或自由电子的运动而传递热量的方式。
二、导热方程—付立叶定律：
故将对流传热扩展为：对流给热——流体与壁面 之间的传热。由于壁面附近的流体为滞流，因此：对 流给热包括湍流主体的对流传热和壁附近滞流层的热 传导，为描述此复杂的给热过程的速率，特提出对流 给热机理(模型)，其要点为：
a.湍流主体以对流方式传热，温度一致, 即忽略湍流主体的热阻。
化工原理 第四章 传热过程
• 传导传热的机理 • 一个物体的两部分存在温差，热就要从高温部分 向低温部分传递，直到各部分的温度相等为止， 这种传热方式就称为传导传热（或热传导）。 • 传导传热的本质是物体内部微观粒子的热运动而 引起的热量传递。物质的三态均可以充当热传导 介质，但导热的机理因物质种类不同而异，具体 为： • 固体金属：自由电子运动在晶格之间； • 液体和非金属固体：晶格结构的振动；即分子、 原子在其平衡位置的振动。 • 气体：分子的不规则运动。
第四章 传热过程 §4－1 概述 4－1.1 化工生产中的传热过程 1、传热过程在化工生产中的应用 例如：蒸发、蒸馏、干燥、结晶等 由于化工生产过中传热过程的普遍性，使得换热 设备的费用在总投资费用中所占的比重甚高。据 统计：在一般石油化工企业中占30~40% 在炼油厂中占40~50%。因此，认识传热过程， 掌握一般换热设备运行的规律，充分利用反应热、 余热、废热，对化工生产具有十分重要的意义。
r2 t 2 t1 ln 2l r1
r2 t1 t 2 ln 2l r1 t1 t 2 2l r2 ln r1
• 上式即为单层圆筒壁的导热速率方程。 • 在圆筒壁内找一个合理的平均导热面积Am ， 或与Am对应的平均半径 rm ，这样圆筒壁的导 热速率就可按平壁来处理。 • 将（4）分子分母同乘以（r2-r1）
r1 2
术平均值代替，误差不超过4%，在工程上是允 许的。
r1 r2 rm 2
• 4、多层圆筒壁的导热 • 热量是由多层壁的最内壁传导到最外壁， 要依次经过各层，所以多层圆筒壁的传热， 可以看成是各单层壁串联进行的热量传递。
r2 r3
r1
• 对于稳定传热
• 对第一层
1 2 3
化工原理天大版第四章-传热2..
图4-1 混合式冷凝器 (a)并流低位冷凝器 (b)干式逆流高位冷凝器
1一外壳 2一淋水板 3、8一气压管 4一蒸汽进口
5一进水口6－不凝气出口 7一分离罐
蓄热式换热是在 蓄热器中实现热交换 的一种换热方式。蓄 热器内装有固体填充 物(如耐火砖等)，热 、冷流体交替地流过 蓄热器，利用固体填 充物来积蓄和释放热 量而达到换热的目的 。通常在生产中采用 二个并联的蓄热器交 替地使用，如图所示 。
氨蒸气
烟道气
~1000
适用温度，℃
0~80
>30
0~—15
<—15~—30
谢谢！
化工原理天大版第四章-传热2..
重点： ①单层、多层平壁，圆筒壁热传导速率方程 及应用； ②换热器能量衡算，总传热速率方程和总传 热系数的计算； ③对流传热系数的影响因素； 难点：
1. 对流传热机理;
2. 圆筒壁换热器的传热；
4.1 概 述
4.1.1 传热基本方式 4.1.2 冷热流体热交换的方式 4.1.3 典型的间壁式换热器 4.1.4 传热速率和热通量 4.1.5 稳态传热和非稳态传热
①热流体将热量传到壁面一侧②热量通过固体壁面的
热传导③壁面另一侧将热量传给冷流体
热对流---热传导---热对流
①结构简单，传热面积增减自如。因为它由标准构件组合而成， 安装时无需另外加工。
②传热效能高。它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合 适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，因此 它的传热效果好。液-液换热时,传热系数为 870～1750W/（m 2·℃）。这一点特别适合于高压、小流量、低传热系数流体的换热。 套管式换热器的缺点是占地面积大；单位传热面积金属耗量多，约 为 管壳式换热器 的5倍；管接头多，易泄漏；流阻大。
化工原理第四章传热
λ3A
因△t = t1-t4 = △t1+ △t2+ △t3
△t b1 b2 b3 + + λ1A λ2A λ3A
△t
Ｑ＝
＝
∑ Ri
i=1
3
总推动力
=
总热阻
［例4-2］已知：耐火砖 ：b1=150mm λ1=1.06 W/(m· ℃) 保温砖： b2=310mm λ2=0.15 W/(m· ℃) 建筑砖 ：b3=240mm λ3=0.69 W/(m· ℃) t1=1000℃,t2=946℃
解：（a）每米管长的热损失
q1= Q l = r2 1 ln r1 λ1 2π（t1 – t4） r3 1 ln + r2 λ2 r4 1 + ln r3 λ3
r1=0.053/2=0.0265， r2=0.0265+0.0035=0.03 r3=0.03+0.04=0.07，r4=0.07+0.02=0.09 q1=191
Q q1= =2πλ l
t1-t2 r2 ln r1
可见，当比值r2/r1一定时，q1与坐标r无关
上式也可改写为单层平壁类似形式的计 算式：
２πl（r2 - r1）λ（t1 - t2）
2πr2l （r2 - r1）ln 2πr1l （A2 - A1）λ（t1 - t2） λ = = Am（t1－t2） A2 b （r2 - r1）ln A1
＝
△t
R
传热推动力 ＝ 热阻
也可写成： Q q= A
λ (t1-t2) = b
[例4-1] 现有一厚度为240mm的砖壁，内 壁温度为600℃，外壁温度为150℃。试求 通过每平方米砖壁壁面的导热速率（热流 密度）。已知该温度范围内砖壁的平均热 导率λ＝0.6W/（m. ℃ ）。 解：
化工原理 第四章 传热过程超详细讲解
液体：α＜0,t↑,λ↓ 。 ∵t↑液体膨胀,分子距离加大，碰撞↓ 气体：α＞0, t↑,λ↑。 ∵ t ↑, 分子能量↑ 碰撞 ↑。 λ金属>λ非金属，λ固>λ液>λ气，λ结构紧密>λ结构松散
泡沫保温 材料
三、平面壁的稳定热传导——特点
1 单层平面壁，如P105图
∴ A
(t1 t 2) At
例4-11 Δtm逆 =54.9℃ Δtm并=39.1℃ Δtm逆 /Δtm并=54.9/39.1 =1.404 在Φ, K相同时：A并/A逆=Δtm逆/Δtm并＞1 A并>A逆 在A, K相同时：Φ逆/Φ并=Δtm逆 /Δtm并＞1 Φ逆>Φ并 据Φ=MCpΔt`，在Φ相同时，逆流可减少热载体的用量， 即M逆<M并。
(2)Δt1/Δt2 =R1/R2=
即各层的温降与其热阻成正比。
1 2 t1 t4 (3) t 2 t 1 t3 t2 t2 2 3 i A 1 A2 2 i 1 i
——可求夹层间的温度。
(4)在不知A时, 可求单位传热面积的传热速率—热流密度
五、总传热系数K
∴单层
1 1 K rm rm rm r 2 r1 rm 1 r 1 2 r 2 1r 1 2 r 2
多层圆简壁一般不用Φ=KAm (T- t) 的形式,而直接使用公式。
i
rmi
ri 1 ri 1 ln ln ri 1 ri ri ri
对数平均半径。当r2 /r1<1.2 时，可用算术
平均半径 rm=(r2+r1)/2代替。
2 、多层圆简壁 如图：各层都相当于单层圆筒壁，仿多层平面壁推导有：
泡沫保温 材料
三、平面壁的稳定热传导——特点
1 单层平面壁，如P105图
∴ A
(t1 t 2) At
例4-11 Δtm逆 =54.9℃ Δtm并=39.1℃ Δtm逆 /Δtm并=54.9/39.1 =1.404 在Φ, K相同时：A并/A逆=Δtm逆/Δtm并＞1 A并>A逆 在A, K相同时：Φ逆/Φ并=Δtm逆 /Δtm并＞1 Φ逆>Φ并 据Φ=MCpΔt`，在Φ相同时，逆流可减少热载体的用量， 即M逆<M并。
(2)Δt1/Δt2 =R1/R2=
即各层的温降与其热阻成正比。
1 2 t1 t4 (3) t 2 t 1 t3 t2 t2 2 3 i A 1 A2 2 i 1 i
——可求夹层间的温度。
(4)在不知A时, 可求单位传热面积的传热速率—热流密度
五、总传热系数K
∴单层
1 1 K rm rm rm r 2 r1 rm 1 r 1 2 r 2 1r 1 2 r 2
多层圆简壁一般不用Φ=KAm (T- t) 的形式,而直接使用公式。
i
rmi
ri 1 ri 1 ln ln ri 1 ri ri ri
对数平均半径。当r2 /r1<1.2 时，可用算术
平均半径 rm=(r2+r1)/2代替。
2 、多层圆简壁 如图：各层都相当于单层圆筒壁，仿多层平面壁推导有：
《核电站通用机械设备》第4章(热交换器)
液加热区。高压给水走管内，下进上出。加热
蒸汽走管间，上进、下排冷凝液。疏水凝结液
走下部管间，与高压给水成逆流走向，右进左
排。
4.6.3高压给水加热器
4.6.4 凝汽器（冷凝器）
结构：
⑴每台机组配三台凝汽器，布置在机房底层。
⑵每台凝汽器有两组单流程管束，为卧式单程管
板式换热器。
原理：
循环冷却水（海水）由入口水室下端的进水暗渠
板为碳钢，管束与管板连接采用先焊后胀。两
端封头均为蝶形封头。
⑷筒体内还有防冲板、管束支撑板、防震杆等
换热器辅助部件。
4.6.3高压给水加热器
工作原理：
利用汽轮机抽汽加热高压给水，保证进入蒸汽
发生器的给水水温。
高压加热器的加热介质分别为蒸汽和疏水凝结
液。在同一筒体内，用壳程纵向隔板分成两个
加热区，上部为蒸汽加热区，下部为疏水凝结
4.2.3 浮头式热交换器
4.2.1 固定管板式热交换器
结构：
两端管板和壳体连接成一体。
特点：
结构简单，造价低廉。壳程不易检修和清洗；
两流体的温差较大时，应考虑热补偿。
使用工况：
4.2.1 固定管板式热交换器
4.2.2 U型管热交换器
结构：
管子弯成U型，管子两端固定在同一管板上。
特点：
⑴结构简单，重量轻
的温 度,℃;
α—比例系数,又称局部对流传热系数,W/
(m2·℃)
4.3.3.2 对流传热速率方程
牛顿冷却定律：
Q S t
(4-3)
式中：α—平均对流传热系数, W/(m2·℃);
S—总传热面积，m2；
Δt—流体与壁面之间的平均温差, ℃。
蒸汽走管间，上进、下排冷凝液。疏水凝结液
走下部管间，与高压给水成逆流走向，右进左
排。
4.6.3高压给水加热器
4.6.4 凝汽器（冷凝器）
结构：
⑴每台机组配三台凝汽器，布置在机房底层。
⑵每台凝汽器有两组单流程管束，为卧式单程管
板式换热器。
原理：
循环冷却水（海水）由入口水室下端的进水暗渠
板为碳钢，管束与管板连接采用先焊后胀。两
端封头均为蝶形封头。
⑷筒体内还有防冲板、管束支撑板、防震杆等
换热器辅助部件。
4.6.3高压给水加热器
工作原理：
利用汽轮机抽汽加热高压给水，保证进入蒸汽
发生器的给水水温。
高压加热器的加热介质分别为蒸汽和疏水凝结
液。在同一筒体内，用壳程纵向隔板分成两个
加热区，上部为蒸汽加热区，下部为疏水凝结
4.2.3 浮头式热交换器
4.2.1 固定管板式热交换器
结构：
两端管板和壳体连接成一体。
特点：
结构简单，造价低廉。壳程不易检修和清洗；
两流体的温差较大时，应考虑热补偿。
使用工况：
4.2.1 固定管板式热交换器
4.2.2 U型管热交换器
结构：
管子弯成U型，管子两端固定在同一管板上。
特点：
⑴结构简单，重量轻
的温 度,℃;
α—比例系数,又称局部对流传热系数,W/
(m2·℃)
4.3.3.2 对流传热速率方程
牛顿冷却定律：
Q S t
(4-3)
式中：α—平均对流传热系数, W/(m2·℃);
S—总传热面积，m2；
Δt—流体与壁面之间的平均温差, ℃。
化工原理第四章传热及传热设备
优点：传热速度较快，适用范围广，热量的综合利 用和回收便利。
缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。
典型设备：列管式换热器、套管式换热器。
适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
单程列管式换热器
1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
套管式换热器 1—内管 2—外管
3、蓄热式换热器
一个物性参数，越大，导热性能越好。导热性能的大小与物
质的组成、结构、温度及压强等有关。
物质的导热系数通常由实验测定。各种物质的导热系数数 值差别极大，一般而言，金属的导热系数最大，非金属次之， 而气体最小。工程上常见物质的导热系数可从有关手册中查 得，本教材附录亦有部分摘录。
气体的导热系数
与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对 导热不利，但却有利于保温和绝热。
流体无相变时：α =f(u，l，μ,λ，ρ，Cp，βgΔt)
8个变量通过因次分析得到如下等关系式：
l
K
lu
a
Cp
f
l
3
2 gt 2
h
Nu l ：努塞尔准数 表示对流传热系数的准 数
Re lu ：雷诺准数 表示流动状态对 的影响
Pr Cp ：普兰特准数 表示流体的物性对 的影响
的导热面积A成正比。
Q=-λAdt/dx
λ--导热系数，W/m·K 或W/m·℃ dt/dx—温度梯度，负值(温度降低的方向)
Q—热流量，热流方向与温度梯度的方向相反
4.2.3 导热系数
QAd dxtAQ dtdqt
dx dx
上式即为导热系数的定义式。其表明导热系数在数值上 等于单位温度梯度下的热流密度。它是表征物质导热性能的
缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。
典型设备：列管式换热器、套管式换热器。
适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
单程列管式换热器
1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
套管式换热器 1—内管 2—外管
3、蓄热式换热器
一个物性参数，越大，导热性能越好。导热性能的大小与物
质的组成、结构、温度及压强等有关。
物质的导热系数通常由实验测定。各种物质的导热系数数 值差别极大，一般而言，金属的导热系数最大，非金属次之， 而气体最小。工程上常见物质的导热系数可从有关手册中查 得，本教材附录亦有部分摘录。
气体的导热系数
与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对 导热不利，但却有利于保温和绝热。
流体无相变时：α =f(u，l，μ,λ，ρ，Cp，βgΔt)
8个变量通过因次分析得到如下等关系式：
l
K
lu
a
Cp
f
l
3
2 gt 2
h
Nu l ：努塞尔准数 表示对流传热系数的准 数
Re lu ：雷诺准数 表示流动状态对 的影响
Pr Cp ：普兰特准数 表示流体的物性对 的影响
的导热面积A成正比。
Q=-λAdt/dx
λ--导热系数，W/m·K 或W/m·℃ dt/dx—温度梯度，负值(温度降低的方向)
Q—热流量，热流方向与温度梯度的方向相反
4.2.3 导热系数
QAd dxtAQ dtdqt
dx dx
上式即为导热系数的定义式。其表明导热系数在数值上 等于单位温度梯度下的热流密度。它是表征物质导热性能的
化工原理
Q ──热冷流体放出或吸收的热量，W； cph,cpc ──热冷流体的比热容， J/(kg. ℃) ；
h1,h2 ──冷流体的进出口焓，J/kg；
H1,H2 ──热流体的进出口焓， J/kg 。
相变时
若热流体为饱和蒸汽，当冷凝时有相的变化，但是冷 凝液在饱和温度下离开换热器。冷流体无相变化。
Q Wh rh Wc c pc t 2 t1
A
2）较大温差记为t1，较小温差记为t2； 3）当t1/t2<2，则可用算术平均值代替
t m (t1 t 2 ) / 2
4）当t1＝t2
t m t1＝t 2
2、错流、折流时的 t m
t m t m
'
t ' m ：逆流时的平均温度差
f ( P, R, 流型）
t 对流
（1）管外对流
dQo o dAo (T Tw )
（2）管壁热传导
dQ壁
（3）管内对流
b
dAm (Tw t w )
dQi i dAi (t w－t )
dQ dQo dQ壁 dQi
对于稳定传热
T Tw Tw t w t w t T t dQ 1 b 1 1 b 1 o dAo dAm i dAi o dAo dAm i dAi
T t dQ 1 KdA
1 1 b 1 KdA o dAo dAm i dAi
式中 K——总传热系数，W/(m2· K)。
讨论：
1．当传热面为平面时，dA=dAo=dAi=dAm
1 1 b 1 K o i
2．以外表面为基准(dA=dAo):
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将λ作常数处理，则可积分：
(3)多层平面壁
1 A λ λ
3
2 λ
3
1
2
δ1
δ2
δ3
Φ=
∑△t δi ∑ λ iAi
例: 有一炉壁由下列三种材料组成： 耐火砖 λ 1=1.4w/m· δ1 =240mm ℃ 保温砖 λ 2=0.15w/m· δ2=120mm ℃ 建筑砖 λ 3=0.8w/m· δ3=240mm ℃ 今测得内壁面温度为930℃，外壁面温 度为70℃，求每平方米面积的壁面的热 损失和各层接触面上的温度。
7、稳定传热与不稳定传热 与流体流动中有稳定流动和不稳定流动一样， 传热过程有稳定传热与不稳定传热，若传热系 统内各点的温度仅随着位置变化而不随时间变 化，则称此传热过程为稳定传热。其特点是单 位时间内通过传热面积的热量是常量，即传热 速率不变。连续稳定生产过程中的传热一般属 于稳定传热。若传热系统中各点的温度既随位 置变化又随时间变化，则称此传热过程为不稳 定传热过程，在这种情况下，传热速率不再是 常量，它随时间而变化，因而较复杂。间歇生 产以及连续生产中开车和停车阶段的传热都属 于不稳定传热。
40000 10000
备注
氨的冷凝
苯蒸汽冷凝 C3～C4的冷凝 汽油的冷凝 水的沸腾
9300
700～1600 930～1240 930～1210 1000～30000 3000～5000
卧式冷凝器 强制对流有 较大值
水的加热或冷却
油的加热或冷却
200～5000
50～1000
400～1000
200～500
（一）传导传热
一个物体的两部分连续存在温差，热就 要从高温部分向低温部分传递，直到个部分 的温度相等为止，这种传热方式就称为热传 导。
物质的三态均可以充当热传导介质，但导热 的机理因物质种类不同而异，具体为：
固体金属：自由电子运动在晶格之间； 液体和非金属固体：个别分子的动量传递； 气体：分子的不规则运动。
2、等温面 在某个时刻相同温度的各点所组成的平面称为 等温面。等温面可以是平面，也可以是一曲面，本课程中所 指 的 等 温 面 一 般 是 平 面 。 3、温度梯度 从任一点起，沿等温面移动，由于温度不 发生变化，因而无热量传递；而沿与等温面相交的任何方向 移动，温度要发生变化，即有热量传递，这种温度随距离的 变化在与等温面垂直的方向最大。如图所示。
（二） 对流传热
热对流是指物体中质点发生相对的位移而引起 的热量交换，热对流是流体所特有的一种传热的 方式，即存在气体或液体中，在固体中 不存在这 种传热方式。其中只有流体的质点能发生的相对 位移。据引起对流的原因不同可分为：自然对流 和强制对流。
热对流与流体运动状况有关，热对流还 伴随有流体质点间的热传导，工程上通常 将流体与固体之间的热交换称为对流传热， 即包含了热传导和热对流。
8、加热剂与冷却剂 在传热过程中，按照传热的目的可将载 热体分为加热剂和冷却剂。用来对物料进 行加热的载热体，称为加热剂，常用来作 加热剂的有蒸汽和热水等；反之，用来使 物料冷却的载热体，称为冷却剂，常用来 作冷却剂的有冷水，空气等；如果要把物 料的温度降到0℃以下，此时的冷却剂又称 冷冻剂，如液氨等。在什么样的条件下， 使用何种物质作加热剂或冷却剂，是需要 仔细的权衡和选择。
2、间壁式换热器壁面的热传导
(1)单层平面壁
设有一均质的面积很大的单层平面壁，厚度为b， 平壁内的温度只沿垂直于壁面的x轴方向变化， 如图所示。
在稳定导热时，导热速率Q不随时间变化，传热面积A 和导热系数 λ 也是常量，则傅立叶公式可简化为： dt Q=-λ A dδ
Φ= Q/ =ﻊλ A(t1-t2)/δ
4.2 传导传热 传热的一些基本概念
1、温度场 物体内各点温度的分布情况，称为温度场。由于物 体内任一点的温度是该点的位置和时间的函数，因而温度场可 表为： t=f(x,y,z,τ) 式中 t------温度； x,y,z-------任一点的空间座标； τ-------时间； 如果温度场内各点的温度随时间而变化，此温度场称为不 稳定温度场，如果各点温度不随时间而变化，则称为稳定温度 场，由于物体内各点温度的分布情况一般都比较复杂，因而一 般情况下很难找到其数学表达式。
4、传热面积A 在传热过程中，垂直于热量传递方向的截 面积，称为传热面积，以A表示。对于平面壁，传热面积即为 A，如图3-6中的a；对于冷热流体分别流过管外和管内时发 生的热量传递的情况，其传热面积为A=π dL，d可为管内径 或外径，L为管长，可人为指定，如图中的B。
5、传热速率Q 单位时间内通过全部传热 面积所传递的热量称为传热速率以Q表示， 单位为J/s或w即瓦。显然，Q数值的大小即 表示传热过程的快与慢。 6、恒压比热Cp 指压强恒定时（常指 1atm绝对压）单位质量物质温度升高1K时 所需的热量，单位为J/kg· K。Cp值一般是 温度的函数，但本课程把它作常数来处理， 或者采用平均值。
由于对流传热是在流体流动过程中发生的热量传递现 象，而且流体流动过程中又与固体壁面接触，那么流体流 动的状况就与对流传热有密切的关系。流体流经固体壁面 时，形成流动边界层，边界层内存在速度梯度；当流体呈 湍流流动时形成湍流边界层，但靠近壁面处总有一层滞流 内层（或称为层流底层）存在。在此薄层内流体质点是沿 管壁成平行运动的而互不相混的滞流流动。无论是热流体 把热量传递给壁面，还是壁面把热量传递给流经它的冷流 体，都必然要通过滞流内层，流体作湍流流动时，主体流 中各部份质点相互碰撞、混合、作不规则的脉动，并有旋 涡生成，温度趋于一致，故热阻很小。而在滞流内层中， 层与层的流体不发生径向的相互位移，无任何宏观的混合。 热量仅能通过传导传热的方式通过滞流内层。由于流体的 导热系数小，故滞流内层的热阻大，通过滞流内层的温度 急剧下降。
导热系数λ
导热系数是物质导热性能的标志，是物质的物理性质 之一。导热系数λ的值越大，表示其导热性能越好。物质 的导热性能，也就是λ数值的大小与物质的组成、结构、 密度、温度以及压力等有关。λ的物理意义为：当温度梯 度为1K/m时，每秒钟通过1m2的导热面积而传导的热量， 其单位为W/m· K或W/m· ℃。 各种物质的λ可用实验的方法测定。一般来说，金属的λ值 最大，固体非金属的λ值较小，液体更小，而气体的λ值最 小。各种物质的导热系数的大致范围如下： 金属 2.3～420 w/m· K 建筑材料 0.25～3 w/m· K 绝缘材料 0.025～0.25 w/m· K 液体 0.09～0.6 w/m· K 气体 0.006～0.4 w/m· K
1 A λ λ
3
2 λ
3
1
2
δ1
δ2
δ3
多层圆筒壁 与多层平面壁相同的推导方法，从单层 圆筒壁的热传导公式可推得多层圆筒壁的 热传导公式如下：
4.3
对流传热
1、对流传热的机理 对流传热是流体各部份质点发生宏观的 相对位移所产生的对流运动来传递热量的 过程。在化工生产中常遇到流体流经固体 壁面时，温度较高的热流体将热量传递给 固体壁面，或温度较高的固体壁面将热量 传递给流经它的冷流体。这两种情况都属 于对流传热，工程中常称为给热 。
（三）辐射传热
热辐射是一种通过电磁波传递能量的 过程。一切物体都能以这种方式传递能 量，而不借助任何传递介质。通常在式换热器 1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
套管式换热器 1—内管 2—外管
热
间壁 冷
双程列管式换热器 1—壳体 2—管束 3—挡板 4—隔板
影响传热分系数的因素 实验证明，影响传热分系数的主要因素有： （1） 流体的流动型态 流体的流动型态分为滞流和湍流， 这两种型态的传热机理有本质的不同。滞流时传热过程以导 热方式进行，传热强度低，传热分系数小，湍流时传热过程 以对流方式进行，传热强度高，传热分系数大。在一定的流 道内，流动时型态由Re数决定，Re数越大，流体的湍动程度 越大，滞流底层越薄，传热边界层也越薄，传热分系数就越 大。 对一定的流体和设备来说。Re数主要决定于流体的流速u。 因此，若使Re数提高，必然会使流体的流速增加，流动阻力 也会增加，消耗于流体的输送功率亦随之增加。为了防止功 率消耗过大，通常要使热交换器里流体的Re数在50000以下。 对于粘度很高的流体即使Re数在50000时，功率消耗也过大， 只能采用较小的Re数。
h
传热系数h表示当流体与壁面间的温度差为1K时，单位时 间通过单位传热面积所能传递的热量。显然，h越大，单位 时间内传递的热量就越多，所以传热系数反映对流传热的强 度。
一些流体的h值W/（m2· K）
传热情况
蒸汽的滴状冷凝 蒸汽的膜状冷凝
h范围
40000～120000 5000～15000
h常用值
1.加热或冷却 2.换热 3.保温
可见，传热过程是普遍存在的。
二、
传热的三种基本方式
一个物系或一个设备只要存在温度差就会 发生热量传递，当没有外功加入时，热量 就 总是会自动地从高温物体传递到低温物体。根 据传热的机理不同，热传递有三种基本方式： 热传导，热对流和热辐射。化工生产中碰到的 各种传热现象都属于这三种基本方式。
加热炉的平壁用耐火砖砌成，壁厚0.32m， 测得壁的内表面温度为700℃，外表面温度 为100℃，耐火砖的导热系数λ=1.05w/m·k, 求每小时每平方米壁面所传递的热量。
(2)圆筒壁的定态传热
圆筒的内半径为r1,外半 径为r2，长度为L。若在 半径为r处取一微分厚度 dr，则传热面积A=2πrL 可以看成是常数。由傅 立叶定律，通过这一微 分厚度dr的圆筒壁的导 热速率为：
第四章
传热过程及换热器
4.1 化工生产中的传热过程及换热器
1、化工生产中的传热过程
传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过 程，通常来说有温度差的 存在就有热的传递，也就 是说温差的存在是实现传热的 前提条件或者说是推 动力，在化工中很多过程都直接或间接的与传热有 关。但是进行传热的 目的不外乎是以下三种：