综合传热系数算法
化工原理第三章传热
Q S
Kt m
t m
1/ K
(1-3)
传 热 速 率
传热温度差（推动力） 热阻（阻力）
式中：△tm──传热过程的推动力， ℃ 1/K ──传热总阻力（热阻），m2 ·℃/W
两点说明：
➢ 单位传热面积的传热速率(热通量)正比于推动力，反比于 热阻。因此，提高换热器的传热速率的途径是提高传热推
动力和降低热阻。
三、 换热器类型
换热器：实现冷、热介质热量交换的设备
用于输送热量的介质—载热体。 加热介质（加热剂）：起加热作用的载热体。水蒸气、热水等。 冷却介质（冷却剂）：起冷却作用的载热体。冷水、空气制冷剂。
① 直接混合式 —— 将热流体与冷流体直接混合的一种传热方式。 ② 蓄热式 —— 热量 存储在热载体上 传递给冷流体。如
式中：d1为套管的内管直径，d2为套管的内管直径。
应用范围：
Re 1200 ~ 220000, d2 1.65 ~ 17 d1
特征尺寸： 流动当量直径de。
定性温度： 流体进、出口温度的算术平均值。
滴状冷凝：若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝 液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此中冷凝 称为。在实际生产过程中，多为膜状冷凝过程。
➢ 一般金属（固体）的导热系数>非金属（固体）>液体>气体
➢ 多数固体λ与温度的关系
λ=k0+k×t
单位：W/(m •K)
k0 --0℃下的导热系数
k为经验常数。
对大多数金属材料，其k值为负值；对非金属材料则为正值。
➢ 对于金属 t ↑ λ↓(通过自由电子的运动) 对于非金属 t ↑ λ↑ (通过靠晶格结构的振动) 对于液体 t ↑ λ↓ (通过靠晶格结构的振动) 对于气体 t ↑ λ↑ (通过分子不规则热运动)
第九章 传热过程分析和换热器计算
第九章 传热过程分析和换热器计算在这一章里讨论几种典型的传热过程，如通过平壁、圆筒壁和肋壁的传热过程通过分析得出它们的计算公式。
由于换热器是工程上常用的热交换设备，其中的热交换过程都是一些典型的传热过程。
因此，在这里我们对一些简单的换热器进行热平衡分析，介绍它们的热计算方法，以此作为应用传热学知识的一个较为完整的实例。
9－1传热过程分析在实际的工业过程和日常生活中存在着的大量的热量传递过程常常不是以单一的热量传递方式出现，而多是以复合的或综合的方式出现。
在这些同时存在多种热量传递方式的热传递过程中，我们常常把传热过程和复合换热过程作为研究和讨论的重点。
对于前者，传热过程是定义为热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的综合热量传递过程，在第一章中我们对通过大平壁的传热过程进行了简单的分析，并给出了计算传热量的公式t kF Q ∆=， 9－1式中，Q 为冷热流体之间的传热热流量，W ；F 为传热面积，m 2；t ∆为热流体与冷流体间的某个平均温差，o C ；k 为传热系数，W/(⋅2m o C)。
在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差t ∆=1 o C 、传热面积A =1 m 2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。
在这一章中我们除对通过平壁的传热过程进行较为详细的讨论之外，还要讨论通过圆筒壁的传热过程，通过肋壁的传热过程，以及在此基础上对一些简单的包含传热过程的换热器进行相应的热分析和热计算。
对于后者，复合换热是定义为在同一个换热表面上同时存在着两种以上的热量传递方式，如气体和固体壁面之间的热传递过程，就同时存在着固体壁面和气体之间的对流换热以及因气体为透明介质而发生的固体壁面和包围该固体壁面的物体之间的辐射换热，如果气体为有辐射性能的气体，那么还存在固体壁面和气体之间的辐射换热。
这样，固体壁面和它所处的环境之间就存在着一个复合换热过程。
下面我们来讨论一个典型的复合换热过程，即一个热表面在环境中的冷却过程，如图9－1所示。
《传热学》第10章-传热过程与换热器计算
hr
=
Φr
A(tw − tf
)
辐射换 热量
h = hc + hr
总换热量
ห้องสมุดไป่ตู้
对流换热表面 传热系数
Φ = Φc + Φr = (hc + hr )A(tw − tf ) = hA(tw − tf )
例题
v 热电厂中有一水平放置的蒸汽管道，内径为 d1=100mm，壁厚δ1=4mm，钢管材料的导热系数 为 λ1=40 W/(m.K)，外包厚度为δ2=70mm厚的保温 层，保温材料的导热系数为λ2=0.05 W/(m.K)，。管 内蒸汽温度为tf1=300℃，管内表面传热系数为 h1=200 W/(m2.K)，保温层外壁面复合换热表面传 热系数为h2=8 W/(m2.K)，，周围空气的温度为 t∞=20℃，。试计算单位长度蒸汽管道的散热损失 Φl及管道外壁面与周围环境辐射换热表面传热系数 hr2。
临界热绝缘直径
Rk =
1 πd1lh1
+
1 2πλ1l
ln
d2 d1
+
1 2πλxl
ln
dx d2
+
1 πd x lh2
dx
当d2较小时，总热阻 Rk 先随着 dx 的增大而减小, 然后再随着 dx 的增
大而增大, 中间出现极小值，相应热 流量 Φ出现极大值 .
热阻 Rk 取得极小值时的保温层 外径 dx 称为临界绝缘直径 , 用 dc 表示
优点是结构与制造工 艺简单、价格低廉， 流通阻力小；缺点是 不易清洗、承压能力 低。
间壁式换热器流动型式
在冷、热 流体进口 温度相 同、流量 相同、换 热面面积 相同的情 况下，
换热器计算
第九章 传热过程分析和换热器计算在这一章里讨论几种典型的传热过程，如通过平壁、圆筒壁和肋壁的传热过程通过分析得出它们的计算公式。
由于换热器是工程上常用的热交换设备，其中的热交换过程都是一些典型的传热过程。
因此，在这里我们对一些简单的换热器进行热平衡分析，介绍它们的热计算方法，以此作为应用传热学知识的一个较为完整的实例。
9－1传热过程分析在实际的工业过程和日常生活中存在着的大量的热量传递过程常常不是以单一的热量传递方式出现，而多是以复合的或综合的方式出现。
在这些同时存在多种热量传递方式的热传递过程中，我们常常把传热过程和复合换热过程作为研究和讨论的重点。
对于前者，传热过程是定义为热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的综合热量传递过程，在第一章中我们对通过大平壁的传热过程进行了简单的分析，并给出了计算传热量的公式 t kF Q ∆=， 9－1式中，Q 为冷热流体之间的传热热流量，W ；F 为传热面积，m 2；t ∆为热流体与冷流体间的某个平均温差，oC ；k 为传热系数，W/(⋅2m o C)。
在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差t ∆=1 o C 、传热面积A =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。
在这一章中我们除对通过平壁的传热过程进行较为详细的讨论之外，还要讨论通过圆筒壁的传热过程，通过肋壁的传热过程，以及在此基础上对一些简单的包含传热过程的换热器进行相应的热分析和热计算。
对于后者，复合换热是定义为在同一个换热表面上同时存在着两种以上的热量传递方式，如气体和固体壁面之间的热传递过程，就同时存在着固体壁面和气体之间的对流换热以及因气体为透明介质而发生的固体壁面和包围该固体壁面的物体之间的辐射换热，如果气体为有辐射性能的气体，那么还存在固体壁面和气体之间的辐射换热。
这样，固体壁面和它所处的环境之间就存在着一个复合换热过程。
下面我们来讨论一个典型的复合换热过程，即一个热表面在环境中的冷却过程，如图9－1所示。
板式换热器的计算方法
板式换热器的计算方法板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。
在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。
目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。
以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。
以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的：总传热量(单位:kW).一次侧、二次侧的进出口温度一次侧、二次侧的允许压力降最高工作温度最大工作压力如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。
温度T1 = 热侧进口温度 * A3 F7 y& G7 S+ QT2 = 热侧出口温度 3 s' _% s5 s. T" D0 q4 bt1 = 冷侧进口温度 & L8 ~: |; B: t2 M2 w$ zt2= 冷侧出口温度热负荷热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为：0 B N/ I" A+ m0 z' H9 ~（热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量）在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。
（1）无相变化传热过程式中Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；# Q/ p3 p: I4 ~0 N' I)Wmh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s；+ Z: I9 b- h9 h" r3 P) {/ ^Cph,Cpc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)；6 L8 t6 b3 o&m/ nT1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K；T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。
（2）有相变化传热过程两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为：& w3 v) j4 I4 R一侧有相变化1 Y# e$ B6 c& z% C3 W- W* J两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程式中r,r1,r2--------物流相变热，J/kg；D,D1,D2--------相变物流量，kg/s。
FHP-Vc板围护结构体系热桥阻断技术及传热系数简化算法
１ Ｆ — ｃ围 护 结构 体 系 ＨＰ Ｖ
Ｆ Ｐ Ｖ 体 系是 一 种 新 型 围 护 结 构节 能 体 系 ， Ｈ—ｃ 以
Ｆ Ｐ Ｖ 复 合硅 酸盐 板 为保 温 隔热 材 料 。 墙 保 温 隔 Ｈ — ｃ 外
ａＫ ［１２ （２ｋ ｘ ］Ｌ Ｈ ＝ｋ Ｈ＋ｋ ３ Ｌ／ ｘ ） ｘ －） （ （） ２ 式 中 ： 为构 造柱综 合传 热 系数 ［ （ ｚＫ １Ｋ本 Ｋ Ｗ／ ・ ）； 为 ｍ
： － ￣ ｃ
一 三
图１ 构 造柱 及 圈 梁热 桥 阻 断构 造
梁 自身 传 热 系数 ［ （ Ｋ 】 ａＫ为 圈梁 附 加 传 热 系 Ｗ／ ・ ）； ｍ
数 ［ （ Ｋ 】ｋ、２ｋ分 别 为 圈梁 左 右侧 构 造 柱 、 Ｗ／ ・ ）； ｋ ，， ｍ 上 侧 楼板 、 侧 墙 体 的线 性 附 加 传 热 系数 ［ （ ・ ）； 下 Ｗ／ Ｋ 】Ｌ ｍｚ 为 圈 梁 宽 ｍ）Ｈ为 圈 梁 高 （ ） 代 人 数 值 计 算 出 Ｋ为 ； Ｉ。 ｎ
传热 除 了其 自身 的传 热 外 ，还 有 与之 相 连 的楼 板 、 墙
２ Ｆ Ｐ— ｃ 系 热 桥 阻 断 的构 造 及 其 传 热 系 Ｈ Ｖ 体 数 简 化 算 法
２１ 构造 柱 ．
体、 构造 柱 的传 热 。传 统 的一 维传 热 计算 并 没 考虑 其 它 部 分 的传 热 ，故 把 这几 部 分 传 热 附 加 到 圈 梁 传热
２ Ｆ Ｐ Ｖｃ 合硅 酸盐 保 温 隔 热 板 ， 泥砂 浆找 平 层 上 ２． 圈 梁 Ｈ — 复 水 Ｆ — ｃ 系圈梁 热桥 阻断 构造 如 图１ ＨＰ Ｖ 体 。圈 梁处 的 做 Ｓ Ｓ 性 防 水 层 。 平 后 部 分 贴 浅Leabharlann 色 地 面 砖 ． 分 Ｂ柔 找 部
对流传热系数详解课件
利用粒子图像测速系统，结合温度 测量技术，获取流体的速度场和温 度场分布，从而计算对流传热系数 。
数值模拟优化
计算流体动力学（CFD）
通过建立流体的数学模型，利用计算机模拟流体的流动和传热过 程，优化对流传热系数的预测。
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习算法，对大量历史数据进行分析和学习， 提高对流传热系数的预测精度。
通过对流传热系数的测量和评估，可 以合理设计建筑外围护结构，提高建 筑物的保温、隔热性能，降低建筑能 耗，同时为建筑环境设备如空调系统 的优化提供依据。
能源利用与节能
在能源利用与节能领域，对流传热系数是评估能源转换和利用效率的关键参数。在燃烧、热力发电等 过程中，对流传热系数的优化有助于提高能源转换效率。
在工业热力过程中，对流传热系数的大小直接影响到换热 器的设计、热能利用率以及工业设备的性能。通过研究和 优化对流传热系数，可以提高工业生产的效率和能源利用 水平。
建筑环境与设备工程
在建筑环境与设备工程中，对流传热 系数是评估建筑外围护结构热工性能 的重要参数。外围护结构的传热性能 直接影响到建筑物的能耗和室内环境 舒适度。
多物理场耦合模拟
考虑流体的多物理场特性，如流动、传热、化学反应等，进行耦合 模拟，以更准确地模拟对流传热过程。
强化传热技术
01
02
03
表面强化技术
通过改变流体接触面的材 料和结构，如采用粗糙表 面、微细沟槽或添加增强 材料，提高传热效率。
插入物强化技术
在流道中插入导热性能良 好的材料或结构，如肋片 、螺旋线圈等，增加传热 面积和传热速率。
经验公式法通过对大量实验数据进行统计分析，得出对流传热系数的计算公式。 这些公式通常基于一些物理参数，如流体的性质、温度、压力等。使用经验公式 法可以快速估算对流传热系数，但精度受到实验数据和经验总结的限制。
11平均温差法设计计算
dA
1 A t m t x dAx A 0
Δtx
对于顺流和逆流换热器，对数平均温差计算式为
t max t min t m t max ln t min
tmax 、 tmin
分别表示换热器端差
t 、t
中的大者和小者
例题1 有一管壳式水—水换热器，管内为热水，进、出口温度分别为 100℃和 80℃；壳侧为冷水，进、出口温度分别为 20℃和 70℃。试确定： （1）该换热器的算术平均温差； （2）顺流布置时的对数平均温差； （3）逆流布置时的对数平均温差。
（3）逆流布置的对数平均温差为
100℃ 70℃ 100-70=30 ℃ 80℃ 20℃ 80-20=60 ℃
t m
t max t min 80 10 = 33.6℃ t max 80 ln ln 10 t min
t m
t max t min 60 30 = 43.3℃ t max 60 ln ln 30 t min
P 0.625 R 0.4
温差修正系数
0.9
该换热器的对数平均温差为
t m t m 0.9 43.3 39o C
1壳程，2、4、6、8…管程的 值
P
二、换热器热计算的两种类型
换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算。 设计计算：根据换热任务（一般已知两种流体的流量、进口温度、 出口温度其中的5个量），设计一个新的换热器，确定所需的换热面 积。 校核计算：对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设计工况条 件下（一般已知两种流体的流量和进口温度），核算它能否胜任规定 的新任务。
再见！
解： （1）该换热器的算术平均温差为
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1 侯玮等•《利用DeST分析建筑冷热负荷指标》[J].全国暖通空调制冷2008 年学术
年会论文集•
围护结构综合传热系数K定义：
式中：K i，F i为外墙、外窗和屋顶等与室外环境接触的部分的围护结构传热系数和面积。
2 孙大明等.《建筑热桥研究现状与展望》[J].建筑科学,2010, 26(2): 128-134.
作者对不同结构、不同保温形式墙体的二维热桥传热进行研究后得出，考虑热桥传热的综合墙体传热系数是主墙体传热系数的1. 2〜1. 8倍。
3 李京美等.《供暖住宅房间开窗热损失的测试与分析》[J].暖通空调,2008, 38(3):
111 〜113.
开窗情况下建筑围护结构综合传热系数即围护结构实际综合传热系数KF'
可根据实测建筑的供热量和室内外温度计算。
建筑围护结构基本综合传热系数
KF在建筑未开窗情况下计算得到。
由于围护结构的热惯性，某一时刻供给建筑的热量与此时刻从建筑围护结构散出的热量不相等。
在计算围护结构综合传热系数时，需考虑历史时刻的影响，计算时，某时刻的供热量、室外温度值通过对前几个时刻值进行加权平均得到。
以某测试建筑为例进行计算。
图3给出了一测试住宅楼室内外温差和供热量的关系。
图中各点与原点连线的斜率即为该状况下的建筑围护结构实际综合传热系数KF '选取最冷天计算得到的建筑围护结构实际综合传热系数作为建筑围护结构基本综合传热系数KF。
图3中所示直线的斜率即为该建筑在未开窗情况下的建筑围护结构基本综合传热系数。
测试期间各天综合传热系数的平均值即为实际情况下建筑的综合传热系数。
宅内外
S3供热■和室内外厦差关杲。