4.4传热计算
热传导和传热的计算方法
热传导和传热的计算方法热传导是热量从高温物体传递到低温物体的过程，它是热量传递的一种重要方式。
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程，它是热力学中的一个基本问题。
在工程领域中，热传导和传热的计算方法是非常重要的，它们对于热力学系统的设计和性能评估有着重要的影响。
一、热传导的计算方法热传导主要是通过物质内部分子之间的相互碰撞来实现的，其传热速率与物质的热导率、温度梯度和物质的截面积有关。
1. 热导率（λ）的计算热导率是一个物质传热性能的重要指标，通常由材料的性质决定。
在计算热传导过程中，需要知道材料的热导率。
对于常见材料，可以在手册、材料数据库等资料中找到其热导率数值。
2. 温度梯度（ΔT）的计算温度梯度是指物体两个不同位置的温度差异。
在热传导计算中，需要准确测量物体各个位置的温度，并计算出温度梯度。
通常使用温度传感器（如热电偶、温度计等）来测量温度。
3. 热传导速率（Q）的计算热传导速率是指在单位时间内通过物体的热量。
根据热传导定律，可以使用如下公式计算热传导速率：Q = λ * A * (ΔT / d)其中，Q表示热传导速率，λ表示热导率，A表示物质的截面积，ΔT表示温度梯度，d表示传热距离。
二、传热的计算方法传热是一个复杂的过程，不仅包括热传导，还包括热对流和热辐射。
传热的计算方法因此也要综合考虑这些因素。
1. 热对流的计算热对流是指通过流体介质（如液体或气体）传递热量。
热对流传热的速率与流体的流速、温度差异、流体的物性以及流体与物体的热传递表面积等因素有关。
对于平板、圆柱等简单形状的物体，可以使用经验公式来计算热对流传热速率。
例如，针对平板的传热速率计算公式为：Q = h * A * (T2 - T1)其中，Q表示热传导速率，h表示换热系数，A表示传热表面积，T1和T2分别表示物体的表面温度和流体的温度。
2. 热辐射的计算热辐射是指通过电磁辐射传递热量，与两个物体的温度和表面特性有关。
硅酸盐工业热工基础之--4.4(国)辐射传热
对流传热
综合传热
课件目录
教案
1
4.4.2热辐射的基本定律
硅 酸 盐 工 业 热 工 基 础
4.4.2.1普朗克辐射定律
（1）辐射能力和辐射强度
物体每单位表面积，在单体时 间内向半球空间辐射出去的波 长从0～∞范围内的总能量 符号：“E”
辐射能力
单位：W/m2
辐射强度
物体每单位表面积，在单体时 间内向半球空间辐射出去的波 长从λ～dλ范围内的辐射能力为 dE，dE与波长间隔的比值
因为管道表面积F1相对于厂房面积F2来说是很小
F1 0 F2
ε
12≈ε 1
12 1
T 4 T T T Qnet ,12 12 C0 [( 1 ) 4 ( 2 ) 4 ] 1 F1C0 [( 1 ) 4 ( ) ]F1 100 100 100 100
T T ql 1C 0 [( 1 ) 4 ( 2 ) 4 ]d 100 100
4.4辐射传热 硅 酸 盐 工 业 热 工 基 础
4.4.1辐射传热的基本概念
4.4.1.1辐射传热的本质和特点
辐射
物体以电磁波的方式向外传递能量的过程
电磁波谱
对流传热
综合传热
课件目录
教案
1
硅 酸 盐 工 业 热 工 基 础
热辐射 热射线 辐射传热
由于热的原因而发生的辐射
取决于温度
能被物体吸收并转变成热能的部分电磁波 物体之间相互辐射和吸收热过程的总效果
空间热阻
1 12 F1
黑休辐射传热 的电热网络图
E01 E02
对流传热
综合传热
课件目录
教案
1
4.4.3.3灰体间的辐射传热
热传递热量计算公式
热传递热量计算公式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：热传递是热力学中非常重要的一个概念，热传递热量计算公式是用来计算热力系统中热量传递的过程中所涉及到的热量变化。
在工程和实际生活中，热传递计算是非常常见的，比如在设计暖气系统、空调系统、制冷系统等领域都需要进行热传递计算，以确保系统能够正常工作，并且达到设计要求。
热传递热量计算公式的形式有很多种，根据不同的情况和假设条件可以采用不同的计算方法。
但是在大多数情况下，我们可以使用如下的公式来计算热量的传递：q = hA\Delta Tq表示传递的热量，单位为热量单位（焦耳，卡路里等）；h表示传热系数，单位为热传导系数（W/m2·K）；A表示传热面积，单位为平方米；\Delta T表示传热过程中介质的温度差，单位为摄氏度。
这个公式简单易懂，但是需要注意的是，在实际应用中，我们需要根据具体的情况选择合适的传热系数和传热面积，并且需要考虑各种传热过程中可能存在的复杂性因素。
传热系数h是表示传热介质（比如空气、水等）的传热性能好坏的参数，传热系数越大，传热速度也就越快。
传热系数的大小会受到介质性质、流动状态、传热表面形状等因素的影响。
一般情况下，我们可以根据实验数据或者相关资料来确定传热系数的数值。
传热面积A是传热器或者传热器的传热表面的面积，一般来说，传热面积越大，传热效果也就越好。
在设计传热系统时，我们需要根据具体情况来确定传热面积。
传热温度差\Delta T是指传热过程中介质之间的温度差异。
传热过程中，温度差越大，热量传递的速度也就越快。
除了上述的简单传热公式，还有一些其他的传热计算公式，比如换热器的传热公式、复杂流体传热的计算公式等。
这些公式在实际应用中都有着重要的作用，可以帮助我们更好的理解和控制热传递过程。
热传递热量计算公式是热传递工程和热力学中非常重要的内容，它可以帮助我们更好的理解热传递过程，并且在实际应用中有着重要的作用。
希望大家可以通过学习和掌握这些重要的公式，更好的应用于工程实践中，为社会发展做出贡献。
热传递热量计算公式
热传递热量计算公式
热传递是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
热传递的计算可以通过多种公式来实现，具体取决于热传递的方式。
以下是一些常见的热传递计算公式：
1. 热传导（导热）的计算公式：
热传导是指热量通过物质内部传递的过程。
其计算公式可以用傅立叶定律来表示：
Q = -kAΔT/Δx.
其中，Q表示传导热量，k表示热导率，A表示传热面积，ΔT表示温度差，Δx表示传热距离。
2. 热对流的计算公式：
热对流是指热量通过流体（气体或液体）对流传递的过程。
其计算公式可以用牛顿冷却定律来表示：
Q = hAΔT.
其中，Q表示对流热量，h表示对流换热系数，A表示传热面积，ΔT表示温度差。
3. 热辐射的计算公式：
热辐射是指热量通过辐射传递的过程。
其计算公式可以用斯特藩-玻尔兹曼定律来表示：
Q = εσA(T₁^4 T₂^4)。
其中，Q表示辐射热量，ε表示发射率，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，A表示辐射面积，T₁和T₂分别表示两个物体的绝对温度。
以上是一些常见的热传递计算公式，它们分别适用于不同的热传递方式。
在实际问题中，需要根据具体情况选择合适的公式进行计算。
食品工程原理—传热过程的计算
（3）当t1/t2<2，可用
tm
(t1
2
t2 )
（4）当t1＝t2 tm t1＝t2
返回
2. 错、折流时的tm
tm tm逆
f (P, R,流型)
R
热流体温降 冷流体温升
T1 t2
T2 t1
P
冷流体温升 两流体初温差
t2 T1
t1 t1
dQ1 dQ2 Tw
KdA
热 流
体
K——总传热系数，W/(m2·K)
冷 流 体
dQ3 dQ
tw
t
管外对流 导热 管内对流
套管换热器A-A截面
返回
• 管外对流 dQ1 1dA1(T Tw )
•
管壁热传导
dQ2
dAm
b
(Tw
tw
)
• 管内对流 dQ3 2dA2(tw－t)
定态传热 dQ dQ1 dQ2 dQ3
不计壁阻，可如按平壁计算的K值?
（1） 1不变, 2提高到104W/(m2·K) （2） 2不变, 1提高到80W/(m2·K) （3） 2不变, 1提高到500W/(m2·K)
计算上面各种情况下的K值？
强化传热——应提高小一侧流体的
返回
二、污垢热阻
1 K
1
1
R1
b
d1 dm
T TW 1/ 1 A1 TW t 1/ 2 A2
1 2 (T TW ) (TW t)
TW接近于T，即大(热阻小)侧Atm
T TW TW tW
1
4.4 表面传热系数的经验关联
气体热辐射特点：
* 对波长有选择性 — 只发射和吸收某一波长范围的辐射能；
* 吸收和辐射在整个体积内进行。
气体发射能力：
Eg g E0 g C0 ( )4 100 Tg
DE：稳定气膜 EF：辐射传热影响加大
3) 影响的因素
物性： , , h
压力：越大，h越大
, , h
温度差：不同阶段，影 响不同
加热壁面的影响： ▵ 粗糙壁面, h↑，光滑的壁面, h↓；
▵ 被油脂污染的壁面, h↓，清洁表面, h↑； ▵ 水平管束沸腾传热，上排管被上升气泡覆盖 h↓ 。
E0 T 4
T 4 或：E0 C0 ( ) 100
斯忒藩 波耳兹曼常数: 5.67108W （m 2 K 4 / ）
黑体发射系数： 0 5.67W （m 2 K 4） C /
灰体的发射能力
T 4 实验证明： E C ( ) 100
C：灰体的发射系数 C<C0
① 普朗克定律
E , 0
一定温度下，黑体的 ,0 ~ 的关系 E
35000 30000
1.155×10－6Eλ,0 / Wm-2
c15 c exp( 2 ) 1 T
25000 20000 15000
1400 1200 ℃ ℃
c1 3.7431016 W m 2
c2 1.438810 m K
tsv
2 p v pl r
t v tsv
p1对应饱和温度 液体温度
pl
传热效率计算公式
传热效率计算公式传热效率是指热量传递中所用能量和所输出的能量之比，通常以百分比表示。
热量传递是工程领域中的重要问题，了解传热效率的计算公式可以帮助我们评估传热系统的性能。
下面将详细介绍传热效率的计算公式。
传热效率的计算公式可以通过两种方式进行：能量平衡法和热流法。
不同的计算方法适用于不同的传热场景和实际问题，我们将逐一介绍这两种方法。
一、能量平衡法能量平衡法是一种利用能量守恒原理计算传热效率的方法。
它基于热量传递过程中的能量输入和输出的平衡关系，通过计算这两者之比来得到传热效率。
利用能量平衡法，传热效率的计算公式可以表示为：η = (Q_out / Q_in) × 100%其中，η表示传热效率（以百分比表示），Q_out表示能量输出，Q_in表示能量输入。
具体的计算步骤如下：1.确定系统中能量输入与输出的形式和数值。
2.将能量输出和能量输入的值代入到传热效率的计算公式中，计算得到传热效率的数值。
3.将计算得到的传热效率数值转换为百分比形式。
例如，假设一个燃气热水器的能量输入为1000J，能量输出为800J。
那么根据传热效率的计算公式，传热效率可以计算为：η=(800/1000)×100%=80%这表示该燃气热水器的传热效率为80%。
二、热流法热流法是一种利用热流量计算传热效率的方法。
在热流法中，我们通过测量热流量和温度差来计算传热效率。
传热效率的计算公式如下：η = (Q_actual / Q_max) × 100%其中，Q_actual表示实际传热流量，Q_max表示理论最大传热流量。
具体的计算步骤如下：1.测量传热系统中的温度差，得到ΔT。
2. 根据传热介质的物性参数，计算得到理论最大传热流量Q_max。
3. 测量实际传热流量Q_actual。
4. 将Q_actual和Q_max的值代入到传热效率的计算公式中，计算得到传热效率的数值。
5.将计算得到的传热效率数值转换为百分比形式。
化工原理 传热计算
(2)污垢的影响
1 1 Rs1 b d1 Rs2 d1 1 d1
K 1
dm
d2 2 d2
(3)若两侧流体的对流传热系数相差较大，如α1>>α2,则
K≈α2，即总传热系数接近α较小的流体的对流传热系数。强 化传热的途径必须提高α小,即降低热阻大的流体的热阻。
（4）K 获取： 通过上述公式求算。 从有关手册和专著中获得，如《化工工艺设计手册》，
2500
45 22.5
20 50 20
=0.0004+0.00058+0.000062+0.000625+0.025 =0.0267 m2·K/W K=37.5 W/m2·K
（2）α1增大一倍,即α1=5000W/m2·K时传热系数
1
=0.0002+0.00058+0.000062+0.000625+0.025=0.0265 m2·K/W
K ''
K '' =70.4 W/m2·K
K值增加的百分率
K '' K 100% 70.4 37.5 100% 87.8%
K
37.5
由本例可以清楚地看到，要提高K值，就要设法减小主要热阻项。
关于总传热系数K的讨论：
(1)对于平壁或薄壁圆筒：有A1＝A2＝Am, 则:
1 1 b 1 1 1
4.4 传热计算
4.4.1 热量衡算－热负荷的计算
Cool fluid
Q放＝Q吸 Q损
Hot
fluid
若无相变，忽略热损失：
Q qm1cP1 (T1 T2 ) qm2cP2 (t2 t1 )
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1. 设计型计算
已知：qm1、T1、T2（生产任务），t1、qm2等
求：传热面积A或校核换热器是否合适
步骤 :（1）计算热负荷； （2）计算tm；
（3）计算1、2及K；
（4）计算A 若 A实 >A计
20
或 Q换 > Q需要， 换热器合适。
2、操作型计算
（1）已知：换热器A， qm1、T1， qm2 、t1
d1/d2<2 可用算术平均值
1 1 d2 b d2 1 以内表面为基准： K 2 1 d1 d m 2
14
（二）污垢热阻
d1 1 1 b d1 1 d1 Rd 1 Rd 2 K 1 dm d2 2 d2
Rd1、Rd2——传热面两侧的污垢热阻，(m2· K)/W
（1）大，b/Am小（壁阻小）tWTW
17
（2）当tW=TW
T TW 1 / 1 A1 TW t 1 / 2 A2
1 2 (T TW ) (TW t )
TW接近于T，即大(热阻小)侧流体的温度
（3）两侧有污垢
Q KAt m T TW TW t W tW t 1 1 b 1 1 ( R1 ) ( R2 ) 1 A1 Am 2 A2
(qm1cP 1 )并 (qm1cP 1 )逆
逆流优于并流
10
（3）温度差分布
T1 并流 T2 t2 t1 逆流 T1 t2
T2
t1
逆流时的温度差分布更均匀。 （4）并流操作适用热敏性物料、粘稠物料等的加热， 或生产工艺要求温度不能过高或过低的场合。
11
三、总传热系数
（一）圆筒壁的总传热系数计算式
b
(Tw t w )
dQ3 2dA2 ( t w－t )
dQ dQ1 dQ2 dQ3
T t T Tw Tw t w tw t dQ 1 b 1 1 b 1 1dA1 dAm 2dA2 1dA1 dAm 2dA2
1 1 b 1 KdA 1dA1 dAm 2dA2
16
则 则
K1 1 d2 K1 2 或 K2 2 d1
四、壁温计算
稳态传热
Q KAt m T TW TW t W t W t 1 b 1 1 A1 Am 2 A2
t W TW
bQ Am
TW
Q T 1 A1
tW
Q t 2 A2
A
d (t ) t 2 t1 dQ Q
T1ห้องสมุดไป่ตู้
而
dQ KdA(T t )
t2
T2
t T t
d (t ) t 2 t1 KtdA Q d (t ) t 2 t1 dA Kt Q 1 t 2 d (t ) t 2 t1 A dA 0 K t1 t Q
2
• 无相变时
Q qm1c p1 T1 T2 qm 2c p 2 t2 t1
•纯冷凝
Q qm1r qm 2c p 2 t2 t1
• 相变+加热
Q qm1[r c p1 (T1 T2 )] qm 2c p 2 t2 t1
3
二、传热平均温度差
第四节
传热速率方程式
传热过程计算
Q KAΔtm
式中 Q──传热速率，W； tm──两流体的平均温度差，℃； A──传热面积，m2；
K──总传热系数，W/(m2· ℃) 。
1
返回
一、热量衡算
•冷流体 qm2 t1，cp2，h1
•T2 H2
•热 流 体 qm1 T1，Cp1，H1 •t2 h2
•忽略热损失, Q1=Q2
求：出口T2、t2
（2）已知：换热器A， qm1、T1， T2 、t1
求：qm2、 t2 注意：列管式换热器中 流通面积 A流 通 n
4 传热面积 A传热 nd1l
21
d2
2
15
（三）平壁与薄壁管的总传热系数计算 1 1 b 1 dA=dA1=dA2=dAm K 1 2 讨论： 若污垢热阻与壁阻可忽略时，有
1 1 1 d1 K1 1 2 d 2
或
1 1 d2 1 K 2 1 d1 2
当1、 2相差较大时： 提高较小，提高K 若 1 2 若 1 2
t1
t 2
Q
t1
7
t 2 t 2 t 1 1 ln A K t 1 Q t 2 t1 Q KA KAt m t 2 ln t 1
t m
t 2 t 1 ——对数平均温度差 t 2 ln t 1
逆流、并流均适用；
当t2/t1<2，则可用算术平均值。
13
讨论：以外表面为基准 (dA=dA1)
1 1 b dA1 1 dA1 K 1 1 dAm 2 dA2
A πdl 1 1 b d1 1 d1 K1 1 dm 2 d 2
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
dm d1 ( d 1 d 2 ) / ln d2
T1
（3）K沿管长不变化； t1 （4）热损失忽略不计。 t2
对于微元：
dQ qm1c p1 Const . dQ qm1c p1dT dT dQ qm 2 c p 2 Const . dQ qm 2 c p 2 dt dt
6
t=T-t dT dA dt
T2 t2 t1
T t dQ KdA(T t ) 1 Kd A
T dQ 1 Tw dQ 2 冷 流 体
dQ 3
dQ
K——总传热系数，W/(m2· K)
热 流 体
tw
t
管外对流
导热
管内对流
12
• 管外对流 • 管壁热传 导 • 管内对流 稳态传热
dQ1 1dA1 (T Tw )
dQ2
dAm
—— > 0.9
若 < 0.8 ，温差损失大，传热不稳定； 应改变流型
9
4、流向的选择
（1）所需传热面积
t m并 t m逆 A逆 A并 逆流优于并流
（2）载热体消耗量 加热任务：t1t2 （T2并）min=t2
(T1 T2 )并 (T1 T2 )逆
（T2逆）min=t1
（一）恒温传热
t m T t
tm与流体流向有关
（二）变温传热
逆流
4
并流
错流
折流
1、 逆流与并流
T1 t2 T2
T1
T1 t1 t1 T2
T1 T2
t1 A t t1 T2 t2
t2
t
t2
逆流
5
并流
A
2、平均温度差 以逆流为例推导tm
假设：（1）稳态流动，qm1、 qm2为常数；
（2）cp1、cp2为常数；
18
五、传热计算
总传热速率方程 热量衡算式 (热负荷)
Q KAt m
无相变 Q qm1c p1 T1 T2 qm 2 c p 2 t2 t1 有相变
应用条件： 定态流动，qm为常数； cP为常数； K为常数； 忽略热损失。
19
Q qm1 r qm 2 c p 2 t2 t1
8
3、折流和错流的平均温度差
t m t m逆
热 流 体 温 降 T1 T2 R 冷 流 体 温 升 t 2 t1
f ( P , R, 流型)
冷 流 体 温 升 t 2 t1 P 两 流 体 初 温 差 T1 t1
查图
• < 1 t m < t m逆