第十一章 传热过程
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供热工程》第十一课-热水供热系统的集中运行调节
工艺随使用条件等因素而不断变化。为保证供热质
量，满足使用要求，并使热能制备和输送经济合理，
就要对热水供热系统进行供热调节。
供热工程
第11章 第一节
运行调节的目的及特征
• (1)供暖热系统的运行调节。
•
在城市集中热水供热系统中，供暖热负荷是
最主要的热负荷，甚至是唯一的热负荷。热水供
暖系统、供暖设备等，是根据供暖设计热负荷而
第11章 第三节
第三节 直接连接热水供暖系统的集中供热调节
对有混合装置的直接连接的热水供暖系统，如用
户或热力站处设置水喷射器、混合水泵，所求的
tg 值 是 混 水 后 进 入 供 暖 用 户 的 供 水 温 度 ，
则
， 。 网路的供水温度 ，还应
根据混合比再进一步求出：
供热工程
第11章 第三节
带混水装置的直接连接供暖系统与热水网路连接示意图
供热工程
第11章 第四节
• 自学
第五节 供热综合调节
供热工程
第11章 第五节
第五节 供热综合调节
供热综合调节：对具有多种热负荷的热水供热系 统，通常是根据供暖热负荷进行集中供热调节，而对 其它热负荷则在热力站或用户处进行局部调节。这种 调节称作供热综合调节。
本节主要阐述目前常用的闭式并联热水供热系统 （见图11-5），当按供暖热负荷进行集中质调节时， 对热水供应和通风热负荷进行局部调节的方法。
供热工程
第11章 第一节
第二节 供暖热负荷供热调节的基本公式
在供暖室温计算温度为t’w散热设备为散热器时 （设计工况）： Q1' Q2' Q3'
Q1' q'Vtnt'w
传热操作技术—认识传热过程(化工原理课件)
2 传热操作技术
2.1 认识传热过程
系统内温度的差异使热量从高温向低温转移的过程称之为热 量传递过程，简称传热过程。传热的推动力是温度差；传热的方 向是高温向低温；
化工生产中对传热过程的要求一是强化传热过程，如各种换 热设备中的传热。二是削弱传热过程，如对设备或管道的保温， 以减少热损失。
一、传热过程在化工生产中的应用
间壁式换热器
适用于冷热 流体不允许 混合的情况
三. 常用的加热剂与冷却剂 化工生产中的换热目的主要有两种：一是将工艺流体加热
（汽化),二是将工艺流体冷却（冷凝）。为了将冷流体加热或热 流体冷却，必须用另一种流体供给或取走热量，此流体称为热 载体。起加热作用的热载体称为加热剂；而起冷却作用的热载 体称为冷却剂。
，应用最为普遍。在水资源较缺乏的地区，宜采用空气 冷却，但空气传热速度慢。
此外，为了得到更低的冷却温度或更好的冷却效果 ，还可借助于制冷技术，使用沸点更低的制冷剂，如液 氨等。
3. 选择原则 加热剂或冷却剂的选择应以本着能量综合利用的原
则来进行，即应尽可能选用工艺上要求冷却降温的高温 流体作加热剂，选用工艺上要求加热升温的低温流体作 冷却剂。以达到降低生产成本、提高经济效益的目的。 当生产系统中无可利用为加热剂或冷却剂的流体时，一 般以水蒸气为加热剂，以空气、水为冷却剂。
对原料和产品进行加热及冷却： 3
回收余热、废热，充分利用能量： 4
对设备及管线进行保温（保冷），减少热量损失：
5
综上所述，传热，即热量传递，它在化工生产过程中的应 用主要有以下几个方面。
1. 为化学反应创造必要的条件。 2. 为单元操作创造必要的条件。 3. 热能的合理利用和余热的回收。 4. 隔热与节能
根据生产任务的需要，结合生产实际，采用的加热剂与冷 却剂种类较多。
2.1 认识传热过程
系统内温度的差异使热量从高温向低温转移的过程称之为热 量传递过程，简称传热过程。传热的推动力是温度差；传热的方 向是高温向低温；
化工生产中对传热过程的要求一是强化传热过程，如各种换 热设备中的传热。二是削弱传热过程，如对设备或管道的保温， 以减少热损失。
一、传热过程在化工生产中的应用
间壁式换热器
适用于冷热 流体不允许 混合的情况
三. 常用的加热剂与冷却剂 化工生产中的换热目的主要有两种：一是将工艺流体加热
（汽化),二是将工艺流体冷却（冷凝）。为了将冷流体加热或热 流体冷却，必须用另一种流体供给或取走热量，此流体称为热 载体。起加热作用的热载体称为加热剂；而起冷却作用的热载 体称为冷却剂。
，应用最为普遍。在水资源较缺乏的地区，宜采用空气 冷却，但空气传热速度慢。
此外，为了得到更低的冷却温度或更好的冷却效果 ，还可借助于制冷技术，使用沸点更低的制冷剂，如液 氨等。
3. 选择原则 加热剂或冷却剂的选择应以本着能量综合利用的原
则来进行，即应尽可能选用工艺上要求冷却降温的高温 流体作加热剂，选用工艺上要求加热升温的低温流体作 冷却剂。以达到降低生产成本、提高经济效益的目的。 当生产系统中无可利用为加热剂或冷却剂的流体时，一 般以水蒸气为加热剂，以空气、水为冷却剂。
对原料和产品进行加热及冷却： 3
回收余热、废热，充分利用能量： 4
对设备及管线进行保温（保冷），减少热量损失：
5
综上所述，传热，即热量传递，它在化工生产过程中的应 用主要有以下几个方面。
1. 为化学反应创造必要的条件。 2. 为单元操作创造必要的条件。 3. 热能的合理利用和余热的回收。 4. 隔热与节能
根据生产任务的需要，结合生产实际，采用的加热剂与冷 却剂种类较多。
传热学第十一章
11. 传热过程分析与换热器计算11.1 知识结构1． 传热系数k （平壁，圆桶壁，肋壁）； 2． 热绝缘临界直径；3． 肋壁传热（肋化系数β，肋效率ηf ，肋面总效率ηo ）； 4． 平均温压Δt m ；5． 换热器计算（设计、校核）（平均温压法、ε-NTU 法）； 6． 污垢热阻，传热过程分热阻的威尔逊图解法； 7． 换热器的型式与特点； 8． 传热的强化与削弱。
11.2 重点内容剖析11.2.1 传热过程分析与计算 一. 传热计算公式与传热系数传热量计算公式： ()k f f f f f f R t t kAt t t t kA 2121211-=-=-=Φ (11-1) 式中：k(传热系数)——传热强弱的度量参数，数值上等于单位传热温差作用下的热流密度。
R k ——传热过程总热阻。
1. 平壁传热热阻和传热系数A h A A h R k 2111++=λδ (11-2) 211111h h AR k k ++==λ (11-3)2. 圆筒壁传热热阻和传热系数ld h d d l l d h A h d d l A h R o o i o i i o o i o i i k ππλππλ1ln 2111ln 211++=++= (11-4)传热系数：（1）以外表面积为基准(l d A o o π=)oi o o i o i ok h d d d d d h A R k 1ln 2111++==λ (11-5)（2）以内表面积为基准(l d A i i π=)oi o i o i i ok d d h d d d h A R k 1ln 2111++==λ (11-6) 热绝缘临界直径：由圆筒壁传热热阻公式可见，对于圆管外保温，随着保温层厚度的增加，导热热阻增加，而外层换热热阻减小，总热阻的极值点外径为临界直径。
令：011212=⋅-=∂∂o o o o k d l h d l d R ππλ ocr o o h d d h λλ20121=⇒=-⇒ (11-7) 由于保温材料的导热系数较小，临界直径一般很小，对于热力工程保温一般无须考虑。
第十一章 传热过程
三、传热实例分析
3、省煤器传热分析 最大热阻在管外的灰垢层导热热阻
省煤器
三、传热实例分析
4、凝汽器传热分析
凝汽器传热总热阻 1 1 1 rk Rf K 1 2
增强凝汽器传热的措施：
污垢热阻
① 减小铜管内侧冷却水对流换热热阻1/α1；如提高流速等。 ② 减小污垢热阻Rf；如定期清洗等。
三、传热实例分析
1、锅炉水冷壁传热分析
传热特点：
烟气与灰垢层外表面的复
合换热热阻较大（主要热
阻），而管壁导热热阻及 管内沸腾换热热很小。 火焰温度高，而管壁温度 不高，它只比管内水温高 10～20 0C.
三、传热实例分析
2、汽缸壁传热分析
主要热阻在保温层； 缸壁本身导热热阻和缸内壁与蒸汽的换热热阻很小， 温差小，不必担心热变形。 但保温层损坏或脱落时，会产生热变形和热损失。
热过程；如过热器的传热，水冷壁的传热；冷油器中的换热， 特点：
① 传热过程有时存在三种基本传热方式； ② 一个传热过程至少由三个环节组成； ③ 传热过程中，放热和吸热同时进行。
电厂中换热设备传热过程
过热器传热过程
图 管壁
对流
烟 气
导热 辐射
对流
蒸 汽
烟 气
蒸 蒸 汽 汽
烟 气
对流 辐射 烟气
1
10 ～ 100 10 ～ 30 340 ～ 910 60 ～ 280 115 ?40 2000 ～ 6000 30 ～ 300
455 ～ 1140 2000 ～ 4250
455 ～ 1020
11-2 平壁和圆筒壁的传热
一、通过平壁的传热 1、单层平壁的传热 传热过程的三个环节
对流、辐射
传热-第11章-传质
c N = D x
主讲：魏高升 主讲：
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
3. 两种典型的质扩散过程 等摩尔逆向扩散（双向扩散） （1）等摩尔逆向扩散（双向扩散） A 、 B 两种物质以相同的物质 的量通量密度相对扩散（ 的量通量密度相对扩散（如气 体分的蒸馏过程， 体分的蒸馏过程，高、低沸点 组分潜热相近时，...) 组分潜热相近时，...) 假设系统总压为常数， 假设系统总压为常数，
DAB dpA , 积分可得 由式 N A = pA1 RT dx cA1 = RT DAB ( pA1 pA2 ) DAB = NA = ( cA1 cA2 ) RT x x
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升 主讲：
（2）单向扩散 假设： 假设： （1）扩散过程是稳态的； 扩散过程是稳态的； 系统是等温的； （2）系统是等温的； （3）水面上方气体空间的压 为常数； 力p0为常数； （4）混合气体可近似为理想 气体。 气体。 pA , pw的变化如图所示。 的变化如图所示。 根据上述假设， 根据上述假设，
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
N A = hm ( cA,w cA,f )
主讲：魏高升 主讲：
以空气平行吹过萘表面的对流传质过程为例， 以空气平行吹过萘表面的对流传质过程为例，
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
m n m
n
n
Nu Pr = Sh Sc
n
n
hl D ν D = λ hml a ν
传热学传热过程
的量变成了多少？
解：（1）钢板表面没有结垢时，为单层平壁传热.
q t t f1 t f2 41162W / m2 rk 1 1 1 2
tw1
t f1
q( 1 ) 1
324o C
16
（2）钢板表面结垢后，相当于三层平壁传热.
q t
t f1 t f2
➢未知壁温计算：
tw1
t
f1
q( 1
1
)
tw2
tf2
q( 1
2
)
14
多层平壁传热
如电厂中，锅炉炉墙散热、汽轮机汽缸壁散热
等属多层平壁传热问题。
tf1 q 1/α1
δ1/λ1 δ2/λ2
tf2 1/α2
rk
1 k
1
1
1 1
2 2
1
2
t q
rk
15
例题分析
省煤器
32
4、凝汽器传热分析
33
➢凝汽器传热热阻为：
1 1 1
rk
K
1
2
Rf
污垢热阻
增强凝汽器传热的措施：
（1）减小铜管内侧冷却水对流换热热阻1/α2； （如提高流速等）
（2）减小污垢热阻Rf；（如定期清洗等）
为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办 法，但发现效果并不显著。试分析原因。
➢ 特点： ①传热过程中，放热和吸热同时进行； ②传热过程中同时存在三种基本热传递方式； ③一个传热过程至少由三个环节组成：
热流体复合换热 + 壁内导热 + 冷流体复合换热
《工程热力学》第十一章制冷循环
剂无法被压缩液化。
粘度
粘度小的制冷剂流动性好，有 利于传热。
密度
密度决定了制冷剂在相同体积 下的质量，密度越大，质量越
大，制冷效果越好。
制冷剂的热力学特性
压缩系数
压缩系数决定了制冷剂在压缩过 程中的体积变化，压缩系数越小，
体积变化越小，有利于提高制冷 效率。
热导率
热导率决定了制冷剂的传热效率， 热导率越大，传热效率越高。
制冷剂在蒸发器中蒸发成气体后被压缩机吸入，再次压缩，完成一个循环。
压缩式制冷循环的主要设备
压缩机
用于压缩制冷剂，提高 其压力和温度。
冷凝器
用于将高温高压的制冷 剂冷却成液体，释放出
潜热。
膨胀阀
用于将高压的液态制冷 剂减压至适合蒸发吸热
的低压状态。
蒸发器
用于使液态制冷化
未来的制冷系统将更加注重多功能化，除了温度调节外， 还将具备湿度控制、空气净化等功能，提高室内环境的舒 适度和健康性。
高效化
随着能源价格的上涨和节能减排的需求，制冷循环将更加 注重能效提升，采用先进的节能技术和优化算法，降低运 行成本和提高能源利用效率。
THANKS
感谢观看
吸收式制冷循环利用制冷剂在溶液中的溶解特性，通过制冷剂在溶液中 的蒸发和冷凝，实现制冷效果。
吸收式制冷循环中，常用的制冷剂有氨和水、溴化锂和水的混合溶液等， 这些制冷剂在吸收剂的作用下被吸收，再通过加热解吸，释放出冷量。
吸收式制冷循环的工作原理基于热力学第二定律，通过消耗热能实现制 冷效果，相比压缩式制冷循环，具有更高的能效比。
强化换热器设计
优化换热器的结构和设计，提高换热 效率。
引入智能控制技术
利用先进的控制算法和传感器技术， 实现制冷系统的智能控制，提高运行 效率。
粘度
粘度小的制冷剂流动性好，有 利于传热。
密度
密度决定了制冷剂在相同体积 下的质量，密度越大，质量越
大，制冷效果越好。
制冷剂的热力学特性
压缩系数
压缩系数决定了制冷剂在压缩过 程中的体积变化，压缩系数越小，
体积变化越小，有利于提高制冷 效率。
热导率
热导率决定了制冷剂的传热效率， 热导率越大，传热效率越高。
制冷剂在蒸发器中蒸发成气体后被压缩机吸入，再次压缩，完成一个循环。
压缩式制冷循环的主要设备
压缩机
用于压缩制冷剂，提高 其压力和温度。
冷凝器
用于将高温高压的制冷 剂冷却成液体，释放出
潜热。
膨胀阀
用于将高压的液态制冷 剂减压至适合蒸发吸热
的低压状态。
蒸发器
用于使液态制冷化
未来的制冷系统将更加注重多功能化，除了温度调节外， 还将具备湿度控制、空气净化等功能，提高室内环境的舒 适度和健康性。
高效化
随着能源价格的上涨和节能减排的需求，制冷循环将更加 注重能效提升，采用先进的节能技术和优化算法，降低运 行成本和提高能源利用效率。
THANKS
感谢观看
吸收式制冷循环利用制冷剂在溶液中的溶解特性，通过制冷剂在溶液中 的蒸发和冷凝，实现制冷效果。
吸收式制冷循环中，常用的制冷剂有氨和水、溴化锂和水的混合溶液等， 这些制冷剂在吸收剂的作用下被吸收，再通过加热解吸，释放出冷量。
吸收式制冷循环的工作原理基于热力学第二定律，通过消耗热能实现制 冷效果，相比压缩式制冷循环，具有更高的能效比。
强化换热器设计
优化换热器的结构和设计，提高换热 效率。
引入智能控制技术
利用先进的控制算法和传感器技术， 实现制冷系统的智能控制，提高运行 效率。
第11章 对流换热
导热问题----导热微分方程 导热问题 导热微分方程 问题----微分方程组 求h问题 微分方程组 问题 为简化分析，做如下假设： 为简化分析，做如下假设： 流体为连续性介质， 流体为连续性介质， 流体为常物性， 流体为常物性， 服从牛顿 粘性定律 不可压缩， 不可压缩， 流体为牛顿流体， 流体为牛顿流体， 无内热源， 无内热源，忽略粘性耗 散产生的耗散热， 散产生的耗散热， 以二维对流换热为例。 以二维对流换热为例。
地面上按自然对流设计的换热装置， 地面上按自然对流设计的换热装置， 在太空中还能正常工作吗？ 在太空中还能正常工作吗？ 因为自然对流换热只有在重力的情况下 才能进行，到了太空中， 才能进行，到了太空中，完全处于失重 状态，因而该设备无法正常工作。 状态，因而该设备无法正常工作。
11.1.2 对流换热的影响因素
11.2.1对流换热微分方程组及单值性条件 对流换热微分方程组及单值性条件 对流换热
1）基于质量守恒定律的连续性微分方程 ∂u ∂v + =0 ∂x ∂y 基于动量定律的动量微分方程, 方向 2）基于动量定律的动量微分方程,x方向
∂u ∂u ∂u ∂p ∂u ∂u ρ( + u + v ) = Fx − +η( 2 + 2 ) ∂τ ∂x ∂y ∂x ∂x ∂y
在相似理论指导下， 在相似理论指导下，将众多影响因素归并为几 个准则数，实验找出它们的关系。 个准则数，实验找出它们的关系。 目前还不能解决 理论分析法 比较复杂的实际 问题
N u = Rem Fon 如：
中含有h 其中 N u中含有
11.2
对流换热过程的数学描述
11.2.1对流换热微分方程组及单值性条件 对流换热微分方程组及单值性条件 对流换热 1.对流换热微分方程组 对流
地面上按自然对流设计的换热装置， 地面上按自然对流设计的换热装置， 在太空中还能正常工作吗？ 在太空中还能正常工作吗？ 因为自然对流换热只有在重力的情况下 才能进行，到了太空中， 才能进行，到了太空中，完全处于失重 状态，因而该设备无法正常工作。 状态，因而该设备无法正常工作。
11.1.2 对流换热的影响因素
11.2.1对流换热微分方程组及单值性条件 对流换热微分方程组及单值性条件 对流换热
1）基于质量守恒定律的连续性微分方程 ∂u ∂v + =0 ∂x ∂y 基于动量定律的动量微分方程, 方向 2）基于动量定律的动量微分方程,x方向
∂u ∂u ∂u ∂p ∂u ∂u ρ( + u + v ) = Fx − +η( 2 + 2 ) ∂τ ∂x ∂y ∂x ∂x ∂y
在相似理论指导下， 在相似理论指导下，将众多影响因素归并为几 个准则数，实验找出它们的关系。 个准则数，实验找出它们的关系。 目前还不能解决 理论分析法 比较复杂的实际 问题
N u = Rem Fon 如：
中含有h 其中 N u中含有
11.2
对流换热过程的数学描述
11.2.1对流换热微分方程组及单值性条件 对流换热微分方程组及单值性条件 对流换热 1.对流换热微分方程组 对流
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➢ 特点：
① 传热过程有时存在三种基本传热方式； ② 一个传热过程至少由三个环节组成； ③ 传热过程中，放热和吸热同时进行。
电厂中换热设备传热过程
过热器传热过程
图
管壁
对流
导热 对流
烟
烟 辐射
蒸
气
气
汽
蒸蒸 烟 汽汽 气
对流 辐射 烟气
管外壁 导热
管内壁 对流
1
2
3
蒸汽
电厂中换热设备传热过程
凝汽器传热过程：蒸汽→管子外壁→管子内壁→水
对流
导热
对流
冷油器传热过程: 油→管子外壁→管子内壁→水
水冷壁传热过程: 烟气→管子外壁→管子内壁→水
辐射 对流
导热
对流
省煤器传热过程: 烟气→管子外壁→管子内壁→水
电厂中换热设备传热过程
锅炉炉墙的散热过程
烟气→墙内壁→ 保温1外→保温2外→墙外壁→空气
辐射
导热
导热
导热
对流
其热路图为：
烟气
tf1 q
由串联热阻叠加原理得单层圆筒壁传热过程的总热阻
Rk
1
1d1L
1
2 L
ln
d2 d1
1
2d2 L
热流量: t Rk
单位外表面面积的热流量 :
t
令
q2 A2 d2 d2 ln d2 1 K2t
d11 2 d1 2
2、圆筒壁传热的简化计算
当管壁较薄（d2/d1≤2)或计算要求不高时，常将圆筒壁简化 为平壁来计算。
KAmt
Kdmt
dmL(t f1 1
t f2) 1
W
1 2 (d2
d1)
管壁厚度 1
2
K---- 按平壁计算的传热系数； Am---按计算直径计算的传热面积； dm----计算直径，当α1≈α2时，取dm=1/2(d2+d1)
当α1《α2时，取dm=d1
3、多层圆筒壁传热
以双层为例：
tf1
tf2
本章主要内容
▪ 基本概念 ▪ 通过平壁、圆筒壁的传热 ▪ 传热的增强与削弱
基本概念
一、复合换热
概念:同一表面上同时存在着对流换热和辐 射换热的综合热传递现象.
对流换热
q对
电厂中热力设备和管道的散热大都是复合 tf
散热。
tw q辐
q q对 q辐 (对 辐 )(tw t f )
辐射换热 平
一、增强传热
KA(t f 1 t f 2 ) KAt
（一）提高传热系数（即减小传热热阻）
1、减小导热热阻
➢ 采用导热性能好的薄金属壁；
Kt
t 1
t rk
K
式中:Φ---为传热量；A----为传热面积； ∆t---为热流体与冷流体间的平均温差； K----为传热系数，W/( oC)。
传热系数和传热热阻
传热系数：在数值上，传热系数K等于冷、热流体间温差为1 oC、传热面积为1 m2时的热流量值，是一个表征传热过程 强烈程度的物理量。传热过程越强，传热系数越大，反之则 越弱。
由串联热阻叠加原理得传热过程总热阻有
单位面积传 热总热阻：
rk
1 K
1
1
1
2
K 1 rk
1
1
1
1 2
热流密度：
q Kt t rk
tf1 - t f2
1 1
1 2
传热系数
整个面积传 热总热阻：
Rk
1 AK
1
1 A
1 A 2 A
传热量：
t KAt
Rk
1
tf1 - t f2
1
1
A2 2
t Rk
如电厂中，锅炉炉墙散热，汽轮机汽缸壁散热属 多层平壁传热问题。例题11-1/2, P158/159;
二、通过圆筒壁的传热 电厂中，大都数换热设备采用管式换热器，传热通过管壁 来实现的。
图 对流 1）管内流体—内壁；
导热 2）内壁—外壁；
对流、辐射 3）右壁面—右流体；
1、单层圆筒壁传热的特点和计算
(tw t f )
壁 复合换热示意图
(对 辐) 称为复合换热热阻
特例：1）锅炉炉膛中高温烟所对水冷壁的换热时？？ 2）凝汽器内蒸汽与管壁的换热时？？
二、传热过程
➢ 传热过程：指高温（热）流体通过固体壁面将热量传给低温 （冷）流体的过程。
➢ 电厂中，大多数换热设备都是表面式换热器，其换热就是传 热过程；如过热器的传热，水冷壁的传热；冷油器中的换热， 凝汽器中的换热等。
1
1d1L
1 ln d 2
21L d1
1 ln d3
22 L d 2
1
2d 2 L
双层传热热阻：
Rk
1
1d1 L
1 ln
2 1 L
d2 d1
1 ln
2 2 L
d3 d2
1
2d 2 L
n层传热热阻：
Rk
1
1d1 L
n i 1
1 ln
2 i L
d i1 di
1
2d 2 L
11-3 传热的增强与削弱
r
[m2C W]
R A
r
1
[C W]
[m2C W]
传热系数的大致数值范围
冷流体
水 水 气 水 水 有机溶剂 水 气体 水 水沸腾 轻油沸腾
热流体
水 气体 气 轻油 重油 有机溶剂 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝 低沸点烃类冷凝 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝
总传热系数 K W/(m 2·℃ ) 1000～ 2500 10 ～ 100 10 ～ 30 340 ～ 910 60 ～ 280 115 ?40
A1 A A2
（2）壁温计算
其计算与多层平壁导热时界面温度的计算方法相同：
tw1 t f 1 A1
tw2
tf2
A 2
2、多层平壁的传热
tf1 q 1/α1
δ1/λ1 δ2/λ2
tf2 1/α2
多层平壁传热的热路图
rk
1 k111 12 21
2
q t rk
Rk
1 Ak
1
A11
1 A11
2 A22
2000 ～ 6000 30 ～ 300 455 ～ 1140 2000 ～ 4250 455 ～ 1020
11-2 平壁和圆筒壁的传热
一、通过平壁的传热
1、单层平壁的传热 传热过程的三个环节
对流、辐射
1）左流体—左壁面；
导热
2）左壁面—右壁面；
对流、辐射
3）右壁面—右流体；
（1）传热量及总热阻计算
传热热阻：
整个面积的传热热阻：
Rk
1 KA
单位传热面积热阻：
rk
1 K
不同的传热过程，其传热系数和传热热阻的具体表达式不同
导热和对流换热热阻
热流量与热流密度
Φ t t
导
/(A) R
热 q t t
/ r
对 Φ t t
流
1/(A) R
换
t t
热
q
1/ r
热阻 热阻单位
R
A
[C W]
1/α1
δ1/λ1 δ2/λ2 δ3/λ3 1/α2
空气
tf2
包有保温材料的蒸汽管道的散热过程
蒸汽→管内壁→管外壁(保温层内层)→ 保温外层→空气
对流
导热
导热
对流
其热路图为：
蒸
空
汽q
气
?? ? ?
三、传热方程式
KA(t f 1 t f 2 ) KAt
t 1
t Rk
KA
q
Q A
K (t f 1 t f 2 )
① 传热过程有时存在三种基本传热方式； ② 一个传热过程至少由三个环节组成； ③ 传热过程中，放热和吸热同时进行。
电厂中换热设备传热过程
过热器传热过程
图
管壁
对流
导热 对流
烟
烟 辐射
蒸
气
气
汽
蒸蒸 烟 汽汽 气
对流 辐射 烟气
管外壁 导热
管内壁 对流
1
2
3
蒸汽
电厂中换热设备传热过程
凝汽器传热过程：蒸汽→管子外壁→管子内壁→水
对流
导热
对流
冷油器传热过程: 油→管子外壁→管子内壁→水
水冷壁传热过程: 烟气→管子外壁→管子内壁→水
辐射 对流
导热
对流
省煤器传热过程: 烟气→管子外壁→管子内壁→水
电厂中换热设备传热过程
锅炉炉墙的散热过程
烟气→墙内壁→ 保温1外→保温2外→墙外壁→空气
辐射
导热
导热
导热
对流
其热路图为：
烟气
tf1 q
由串联热阻叠加原理得单层圆筒壁传热过程的总热阻
Rk
1
1d1L
1
2 L
ln
d2 d1
1
2d2 L
热流量: t Rk
单位外表面面积的热流量 :
t
令
q2 A2 d2 d2 ln d2 1 K2t
d11 2 d1 2
2、圆筒壁传热的简化计算
当管壁较薄（d2/d1≤2)或计算要求不高时，常将圆筒壁简化 为平壁来计算。
KAmt
Kdmt
dmL(t f1 1
t f2) 1
W
1 2 (d2
d1)
管壁厚度 1
2
K---- 按平壁计算的传热系数； Am---按计算直径计算的传热面积； dm----计算直径，当α1≈α2时，取dm=1/2(d2+d1)
当α1《α2时，取dm=d1
3、多层圆筒壁传热
以双层为例：
tf1
tf2
本章主要内容
▪ 基本概念 ▪ 通过平壁、圆筒壁的传热 ▪ 传热的增强与削弱
基本概念
一、复合换热
概念:同一表面上同时存在着对流换热和辐 射换热的综合热传递现象.
对流换热
q对
电厂中热力设备和管道的散热大都是复合 tf
散热。
tw q辐
q q对 q辐 (对 辐 )(tw t f )
辐射换热 平
一、增强传热
KA(t f 1 t f 2 ) KAt
（一）提高传热系数（即减小传热热阻）
1、减小导热热阻
➢ 采用导热性能好的薄金属壁；
Kt
t 1
t rk
K
式中:Φ---为传热量；A----为传热面积； ∆t---为热流体与冷流体间的平均温差； K----为传热系数，W/( oC)。
传热系数和传热热阻
传热系数：在数值上，传热系数K等于冷、热流体间温差为1 oC、传热面积为1 m2时的热流量值，是一个表征传热过程 强烈程度的物理量。传热过程越强，传热系数越大，反之则 越弱。
由串联热阻叠加原理得传热过程总热阻有
单位面积传 热总热阻：
rk
1 K
1
1
1
2
K 1 rk
1
1
1
1 2
热流密度：
q Kt t rk
tf1 - t f2
1 1
1 2
传热系数
整个面积传 热总热阻：
Rk
1 AK
1
1 A
1 A 2 A
传热量：
t KAt
Rk
1
tf1 - t f2
1
1
A2 2
t Rk
如电厂中，锅炉炉墙散热，汽轮机汽缸壁散热属 多层平壁传热问题。例题11-1/2, P158/159;
二、通过圆筒壁的传热 电厂中，大都数换热设备采用管式换热器，传热通过管壁 来实现的。
图 对流 1）管内流体—内壁；
导热 2）内壁—外壁；
对流、辐射 3）右壁面—右流体；
1、单层圆筒壁传热的特点和计算
(tw t f )
壁 复合换热示意图
(对 辐) 称为复合换热热阻
特例：1）锅炉炉膛中高温烟所对水冷壁的换热时？？ 2）凝汽器内蒸汽与管壁的换热时？？
二、传热过程
➢ 传热过程：指高温（热）流体通过固体壁面将热量传给低温 （冷）流体的过程。
➢ 电厂中，大多数换热设备都是表面式换热器，其换热就是传 热过程；如过热器的传热，水冷壁的传热；冷油器中的换热， 凝汽器中的换热等。
1
1d1L
1 ln d 2
21L d1
1 ln d3
22 L d 2
1
2d 2 L
双层传热热阻：
Rk
1
1d1 L
1 ln
2 1 L
d2 d1
1 ln
2 2 L
d3 d2
1
2d 2 L
n层传热热阻：
Rk
1
1d1 L
n i 1
1 ln
2 i L
d i1 di
1
2d 2 L
11-3 传热的增强与削弱
r
[m2C W]
R A
r
1
[C W]
[m2C W]
传热系数的大致数值范围
冷流体
水 水 气 水 水 有机溶剂 水 气体 水 水沸腾 轻油沸腾
热流体
水 气体 气 轻油 重油 有机溶剂 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝 低沸点烃类冷凝 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝
总传热系数 K W/(m 2·℃ ) 1000～ 2500 10 ～ 100 10 ～ 30 340 ～ 910 60 ～ 280 115 ?40
A1 A A2
（2）壁温计算
其计算与多层平壁导热时界面温度的计算方法相同：
tw1 t f 1 A1
tw2
tf2
A 2
2、多层平壁的传热
tf1 q 1/α1
δ1/λ1 δ2/λ2
tf2 1/α2
多层平壁传热的热路图
rk
1 k111 12 21
2
q t rk
Rk
1 Ak
1
A11
1 A11
2 A22
2000 ～ 6000 30 ～ 300 455 ～ 1140 2000 ～ 4250 455 ～ 1020
11-2 平壁和圆筒壁的传热
一、通过平壁的传热
1、单层平壁的传热 传热过程的三个环节
对流、辐射
1）左流体—左壁面；
导热
2）左壁面—右壁面；
对流、辐射
3）右壁面—右流体；
（1）传热量及总热阻计算
传热热阻：
整个面积的传热热阻：
Rk
1 KA
单位传热面积热阻：
rk
1 K
不同的传热过程，其传热系数和传热热阻的具体表达式不同
导热和对流换热热阻
热流量与热流密度
Φ t t
导
/(A) R
热 q t t
/ r
对 Φ t t
流
1/(A) R
换
t t
热
q
1/ r
热阻 热阻单位
R
A
[C W]
1/α1
δ1/λ1 δ2/λ2 δ3/λ3 1/α2
空气
tf2
包有保温材料的蒸汽管道的散热过程
蒸汽→管内壁→管外壁(保温层内层)→ 保温外层→空气
对流
导热
导热
对流
其热路图为：
蒸
空
汽q
气
?? ? ?
三、传热方程式
KA(t f 1 t f 2 ) KAt
t 1
t Rk
KA
q
Q A
K (t f 1 t f 2 )