宁夏大学化学化工学院：《化工原理》课程教学资源（电子教案）第五章 传热过程基础

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 第五章传热过程基础 第一节传热导论 传热:冷热物体间的热量交换 、传热在化工中的应用 1.加热 2.去热 3.隔热 4.热能的综合利用 传热方向。 高温→→低温,推动力是温差ΔT AT 传热速率q、阻力R与推动力△T之间的关系qR 、学习本章的目的: 研究传热机理,了解设备结构,强化传热过程 强化传热:提高传热速率Q,即提高单位时间传热量。 第二节传热物理量与传热基本方程 传热中的一些物理量和单位 1热量:是能量的一种形式。用Q表示,[J] 2传热速率:单位时间内传递的热量q=/x[1即[w1 3热强度(热通量、热流密度):单位时间、单位传热面积所传递的热量。Q[w/m2 4.焓:单位质量的物质所具有的热量称为焓。[J/kg]或[J/mol] 5.潜热:单位质量的物体在一定的温度下发生相变时所吸收或放出的热量: 6恒压比热:压强恒定时(常指一个绝对大气压)单位质量的物体温度升高1K]时所需要的 热量。[Jkg.K-或[J·mol-.k] 7.显热:物体的质量与比热及温度变化值的乘积。[Q Cn△T]。 二.稳态传热与非稳态传热 当与热流方向垂直的任一截面上、某点的温度和传热速率随位置变化而不随时间而变化时,称 为稳态传热。 当与热流方向垂直的任一截面上、某点的温度和传热速率既随位置变化又随时间而变化时,称 为非稳态传热 工业上的换热方法 1.直接换热(混合式换热〕冷热两种流体在换热中直接混合而交换。例如:硫酸工业中,对高温 的SO2炉气进行降温,就是用冷水与SO2直接接触进行换热。 1/35

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 1/35 第五章 传热过程基础 第一节 传热导论 传热：冷热物体间的热量交换。 一、传热在化工中的应用： 1.加热 2.去热 3.隔热 4.热能的综合利用 二、传热方向。 高温 低温，推动力是温差ΔT。 传热速率 q、阻力 R 与推动力ΔT 之间的关系 R T q   三、学习本章的目的： 研究传热机理，了解设备结构，强化传热过程。 强化传热：提高传热速率 Q，即提高单位时间传热量。 第二节 传热物理量与传热基本方程 一、传热中的一些物理量和单位： 1.热量：是能量的一种形式。用 Q 表示，[J]； 2.传热速率：单位时间内传递的热量  Q q = [ s J ]即[ w ]； 3.热强度（热通量、热流密度）：单位时间、单位传热面积所传递的热量。 QS Q [ w/ m 2 ]； 4.焓:单位质量的物质所具有的热量称为焓。 [J/㎏]或[J/mol] 5.潜热：单位质量的物体在一定的温度下发生相变时所吸收或放出的热量； 6.恒压比热：压强恒定时（常指一个绝对大气压）单位质量的物体温度升高 1[K]时所需要的 热量。[ −1 −1 J  kg  K ]或[ −1 −1 J  mol  K ]； 7.显热：物体的质量与比热及温度变化值的乘积。[ Q县 = m Cp T ]。 二.稳态传热与非稳态传热 当与热流方向垂直的任一截面上、某点的温度和传热速率随位置变化而不随时间而变化时，称 为稳态传热。 当与热流方向垂直的任一截面上、某点的温度和传热速率既随位置变化又随时间而变化时，称 为非稳态传热。 三、工业上的换热方法 1.直接换热（混合式换热）冷热两种流体在换热中直接混合而交换。例如:硫酸工业中，对高温 的 2 SO 炉气进行降温，就是用冷水与 2 SO 直接接触进行换热

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 2.间壁换热:冷热流体处于固体壁面的两侧,热流体将热量传给壁面,通过间壁由另一壁面将 热量传给冷流体。 3.蓄热式换热:热流体通过炉内,放出热量使炉温升高,然后将需要加热的冷流体通过炉内,吸 收热量炉温下降,然后使热流体再次λ炉,如此交替使冷、热流体换热 四,热量传递的基本方式 1.导热(热传导):物体分子振动或物体内部自由电子的转移而引起的传热过程。(可以发生在 固、液、气三相中。) 2.热对流(给热):流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程。(仅发生在流体中,如 气体、液体。) 3.热辐射:因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。(固、液、气都可以进行热辐射,一般 500°C以上才考虑热辐射影响。) 五.总传热速率方程 q=kSMm9xMm9N传热推动力 1/KS传热总阻力 q一传热速率[] K一总传热系速[ S一传热面积[m2] △Tm—平均温度差[°C] K的物理意义:K=-q 内 外 热流体 冷流体 金属管壁面 2/35/

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 2/35/ 2.间壁换热：冷热流体处于固体壁面的两侧，热流体将热量传给壁面，通过间壁由另一壁面将 热量传给冷流体。 3.蓄热式换热：热流体通过炉内，放出热量使炉温升高，然后将需要加热的冷流体通过炉内，吸 收热量炉温下降，然后使热流体再次入炉，如此交替使冷、热流体换热。 四，热量传递的基本方式 1.导热（热传导）：物体分子振动或物体内部自由电子的转移而引起的传热过程。（可以发生在 固、液、气三相中。） 2.热对流（给热）：流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程。（仅发生在流体中，如 气体、液体。） 3.热辐射：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。（固、液、气都可以进行热辐射，一般 C o 500 以上才考虑热辐射影响。） 五.总传热速率方程 m q = KSt m q  St KS t q m 1/  = = 传热总阻力 传热推动力 q —传热速率 [ w ]； K —总传热系速 [ m C w o 2 ]； S —传热面积 [ 2 m ]； Tm —平均温度差 [ C o ]。 K 的物理意义： S Tm q K  = 冷 流 体 t t 热 流 体 内 外 金属管壁面

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 当S=Ⅱm2],△Tn°C]即K=q。K是单位面积,单位温度差时的总传热速率。 我们比较传热系数的好坏,只比较K值大小就行了。如同流体内摩擦力大小,只比较粘度μ就 可以了 △T↑操作的重点 为了强化传热过程,即q个S个设计的重点,为了研究K我们以间壁传热为例, K个研究的重点 必须进行传热过程的分析:热流体给热,管壁内侧导热、管壁外侧给热冷流体 T>t,>t>t 第三节热传导 5.3.1热传导与傅立叶定律 、热传导(又称导热) 现象:火棍温度是物体平均动能的量度。 导热:所有物体(固、液、气)均由分子组成,有温差、分子振动快慢有差异,振动速度快的分子 将其本身动量(m)传递给邻近振动速度较慢的分子,热量就这样从高温向低温的传递下去,导 热就其本质上讲:分子振动传热 、温度场和温度梯度 1.温度场:任一瞬间物体或系统内各点温度分布的总和。 般情况下,物体内任一点的温度为该点的位置及时间的函数,故温度场的数学表达式为: t=f(x,, z, 0) 若温度场内各点的温度随时间而变,此温度场为不稳定场 若温度场内各点的温度不随时间而变,即为稳定温度场,(与稳定流动相似)其数学表达式为 f=f(X, Y,Z) 在特殊的情况下,若物体内的温度仅沿一个坐标方向发生变化,此温度场为稳定的一维温度场, 即:t=f(X) 2.等温面:温度场中同一时刻下,相同温度各点所组成的面称为等温面 3.温度梯度:两相邻等温面(t+M)及t之间的温度差Mt,与该两面之间的垂直距离△n之比值 的为度度的学式加2、其是温 3/35/

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 3/35/ 当 1[ ] 2 S = m ， T 1[ C] o  m 即 K = q 。 K 是单位面积，单位温度差时的总传热速率。 我们比较传热系数的好坏，只比较 K 值大小就行了。如同流体内摩擦力大小，只比较粘度  就 可以了。 为了强化传热过程，即           研究的重点 设计的重点 操作的重点 K S T q m ，为了研究 K 我们以间壁传热为例， 必须进行传热过程的分析：热流体 给热 管壁内侧 导热 管壁外侧 给热 冷流体 T w1 t w2 t t T> w1 t > w2 t >t 第三节 热传导 5.3.1 热传导与傅立叶定律 一、热传导（又称导热） 现象： 火棍 温度是物体平均动能的量度。 导热：所有物体（固、液、气）均由分子组成，有温差、分子振动快慢有差异，振动速度快的分子 将其本身动量（ mv ）传递给邻近振动速度较慢的分子，热量就这样从高温向低温的传递下去，导 热就其本质上讲：分子振动传热。 二、温度场和温度梯度 1. 温度场：任一瞬间物体或系统内各点温度分布的总和。 一般情况下，物体内任一点的温度为该点的位置及时间的函数，故温度场的数学表达式为： t = f (X ,Y,Z, ) 若温度场内各点的温度随时间而变，此温度场为不稳定场； 若温度场内各点的温度不随时间而变，即为稳定温度场，（与稳定流动相似）其数学表达式为： t = f (X,Y,Z) 在特殊的情况下，若物体内的温度仅沿一个坐标方向发生变化，此温度场为稳定的一维温度场， 即： t = f (X )。 2. 等温面：温度场中同一时刻下，相同温度各点所组成的面称为等温面。 3. 温度梯度：两相邻等温面（ t + t ）及 t 之间的温度差 t ，与该两面之间的垂直距离 n 之比值 的极限称为温度梯度。温度梯度的数学定义式为：gradt= 0 lim  →  =    → n n n t t ，( n t   → 其含义是温

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 度只随n而变化,其它因素可作为常量。对稳定的一维温度场,温度梯度可表示为:gmsa dx 三.傅立叶定律 表示通过等温表面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比,即: q-导热速率,即单位时间内传导的热量[W n一与传热面相垂直厚度[m] s一等温表面的面积[m2] 一比例系数,称为导热系数 (m.式中的负号表示热流方向和温度梯度的方向相反。 5.3.2导热系数 由傅式写为:2=-g ds=1[m2],at=1[℃]an=1[m] 上式即为导热系数的定义式导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量。=c (热通量:单位面积上的传热速率。[W/m2]) 我们比较物体导热速率大小,只要比较导热系数就行了 、影响λ的因素 1.不同的物体有不同的,金>>液>A气(与分子距离有关) 2.同种物体的化学组成愈纯、λ越大,如纯铜λ=330[千卡/米.时.°C] 如纯铜中含有微量的砷时A=122[千卡/米.时.°C] 3.内部结构愈紧密、λ值愈大,如聚异氰酸酯塑料λ=0.18[千卡/米.时.°C]而聚异氰酸酯 泡沫塑料(低温保冷材料),λ=0.015~0.023[千卡/米.时.°C]。 4.物理状态:λ水=1.93[千卡/米时,°C] λ=0.49[千卡/米时.°C] A水蒸气=0.0139[千卡/米.时,°C] 5.湿度:湿材料的导热系数比同样组成的材料要高。因为湿材料含水多,而干材料有空气 4/35/

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 4/35/ 度只随 n 而变化，其它因素可作为常量。对稳定的一维温度场，温度梯度可表示为： dx dt grart = 。 三.傅立叶定律 表示通过等温表面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比，即： n t dq ds n t dq ds   = −    − 或  q —导热速率，即单位时间内传导的热量[ W ]； n—与传热面相垂直厚度[m]； s —等温表面的面积[ 2 m ]；  —比例系数，称为导热系数[ (m C) W o  ]式中的负号表示热流方向和温度梯度的方向相反。 5.3.2 导热系数 由傅式写为： n t ds dq    = − , ds =1 [m2 ]， t=1 [℃] n =1 [m] 上式即为导热系数的定义式,导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量。 = dq （热通量：单位面积上的传热速率。 [ ] 2 W m ds dq ） 我们比较物体导热速率大小，只要比较导热系数就行了。 一、影响  的因素： 1.不同的物体有不同的  ， 金属  固   液   气 （与分子距离有关） 2.同种物体的化学组成愈纯、  越大，如纯铜  = 330 [千卡/米.时. C o ] 如纯铜中含有微量的砷时  =122 [千卡/米.时. C o ] 3.内部结构愈紧密、  值愈大，如聚异氰酸酯塑料  = 0.18 [千卡/米.时. C o ]而聚异氰酸酯 泡沫塑料（低温保冷材料），  = 0.015 ~ 0.023 [千卡/米.时. C o ]。 4.物理状态： 冰 ＝1.93 [千卡/米.时. C o ] 水 ＝0.49 [千卡/米.时. C o ] 水蒸气 ＝0.0139 [千卡/米.时. C o ] 5.湿度：湿材料的导热系数比同样组成的材料要高。因为湿材料含水多，而干材料有空气

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 6.温度:气体,蒸汽,建筑材料和绝热材料的λ值,随温度升高而増大。大部分液体(水与甘 油除外)和大部分金属的λ值随温度升高而降低。 气体空隙大升温∫空隙大 分子运动快 但分子运动速度快是矛盾主要的方面 固体液体升温{空隙大 分子运动快但空隙大是矛盾主要的方面 导热本质是分子振动传热,它取决于物质(分子排列)的疏松程度和温度(分子振动的速度)。 矛盾的主要方面决定事物的性质,所以气体,蒸汽,建筑材料和绝热材料的值,随温度升高而增 大;大部分液体(水与甘油除外)和大部分金属的λ值随温度升高而降低 7.压强:因为液体可视为不可以压缩,因此压强影响可以忽略。压强对气体的影响(高于2× 103[kPa]或低于3[Kpa])下,才考虑压强的影响,此时导热系数随压强增高而变大。 二、A的计算:对纯组分依据定性温度tm2’去查值,对于大多数固体=10(1+a 混合液体λm=k∑a1 对于混和组分 A.v.M 常压下气体混合物n= y ∑yM (a1-各组分质量分率;一各组分导热系数;k-常数,固体为1.0,有机物水溶液为0.9;y; 各组分摩尔分率;M一各组分摩尔质量[kg/kmol]) 传热遵循能量守恒,稳定传热为前提。稳定传热下,传热速率q常数,传热面各点温度不变; 如下式中1,t2都不随时间而变化为常量。q传=4导=9给=9放=q吸(无热损失) 生产中,对已选定的材料,影响A的主要因素是温度,在计算时,各种材料λ值可根据温度查 阅有关手册。必须指出,导热时,由于物质各点温度不同,导热系数不同,计算时可取两端温度下 导热系数的平均值,较常用的是先求出两端的算术平均温度即t 再查值。 2 5.3.3平壁的热传导 单层平壁的热传导 由于面积S》厚度b,壁边缘处散热可以忽略,可简化为一维热传导。(即又大又薄,热量来不

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 5/35/ （ 水  气 ） 6.温度：气体，蒸汽，建筑材料和绝热材料的  值，随温度升高而增大。大部分液体（水与甘 油除外）和大部分金属的  值随温度升高而降低。 气体 空隙大 升温    分子运动快 空隙大 但分子运动速度快是矛盾主要的方面 固体 液体 升温    分子运动快 空隙大 但空隙大是矛盾主要的方面 导热本质是分子振动传热，它取决于物质（分子排列）的疏松程度和温度（分子振动的速度）。 矛盾的主要方面决定事物的性质，所以气体，蒸汽，建筑材料和绝热材料的  值，随温度升高而增 大；大部分液体（水与甘油除外）和大部分金属的  值随温度升高而降低。 7.压强：因为液体可视为不可以压缩，因此压强影响可以忽略。压强对气体的影响(高于 2× 10 5 [kPa]或低于 3[Kpa])下，才考虑压强的影响，此时导热系数随压强增高而变大。 二、  的计算：对纯组分依据定性温度 2 1 2 t t tm + = ，去查  值，对于大多数固体 (1 )  = 0 + at 对于混和组分             1/ 3 1/ 3 i i i i i m m i i y M y M k      常压下气体混合物 ＝ 混合液体 ＝ (  i —各组分质量分率； i —各组分导热系数；k—常数，固体为 1.0，有机物水溶液为 0.9；y i － 各组分摩尔分率； Mi —各组分摩尔质量[kg/kmol] )。 传热遵循能量守恒，稳定传热为前提。稳定传热下，传热速率 q=常数，传热面各点温度不变； 如下式中 1 2 t ,t 都不随时间而变化为常量。 q传 ＝q导 ＝q给 ＝q放 = q吸 (无热损失) 生产中，对已选定的材料，影响  的主要因素是温度，在计算时，各种材料  值可根据温度查 阅有关手册。必须指出，导热时，由于物质各点温度不同，导热系数不同，计算时可取两端温度下 导热系数的平均值，较常用的是先求出两端的算术平均温度即 2 1 2 t t tm + = 再查  值。 5.3.3 平壁的热传导 一、 单层平壁的热传导 由于面积 S>>厚度 b，壁边缘处散热可以忽略，可简化为一维热传导。（即又大又薄，热量来不

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 及向周围传递,由内(高温)向外(低温)的传导过程已结束。) 因为稳定的一维平壁导热 ℃ qs,λ不随温度而变 dt q=-s,积后 (因为dx很薄、dt很小,设 该薄层λ值不变取为常量)。 dx=-As dt dt t 取进出口平均温度下的λ值 即q=,s(1-12)或 -t2 b R 式中b-平壁厚度,[m] Mt一温度差,导热推动力,[°C]: R=b/λs导热热阻,[°C/W 二.多层平壁热传导 ℃ L2 七 以三层平壁为例:各层的壁厚分别为b1,b2和b;导热系数分别为A,A2,和3

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 6/35/ 及向周围传递，由内（高温）向外（低温）的传导过程已结束。） 因为稳定的一维平壁导热 q,s, 不随温度而变。 dx dt q = −s 积后 （因为 dx 很薄、dt 很小，设 该薄层  值不变取为常量）。   = = − b t t q dx s dt 0 2 1  。 取进出口平均温度下的  值， 即 ( ) 1 2 s t t b q = −  或 R t s b t t q  = − =  1 2 。 式中 b－平壁厚度,[m]； t －温度差，导热推动力，[ C o ]； R=b/ s 导热热阻，[ C o /W]。 二.多层平壁热传导 以三层平壁为例：各层的壁厚分别为 1 b ， 2 b 和 3 b ；导热系数分别为 1 ，2 ，和 3 。 ℃ ℃

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 假设层与层之间接触良好,即相接触的两表面温度相同,各表面温度分别为1,t2,l3和14设 t1>t2>13>t4 在稳定导热时通过各层的导热速率相等,即: λs(1-12)A2(2-13)A3s(t3-14) 由上式可得 I, -t2=q A2=t2-13=q M3=13-14=q 将上式相加整理得: △t,+Mt、+△t ns ns ns s n 对n层平壁其热导速率方程可表示为: △t S 5.3.4圆筒壁的热传导 、单层圆筒壁热传导 圆筒壁与平壁热传导的不同之处,在于圆筒壁的传热面积不是常数,随半径而变,同时,温度 也随半径而变 热传导温度随半径而变这是很正常的,但如何把导热的面积变成常量,即不随半径而变,这只 有通过微积分去解决。 设圆筒内半径为F,外半径为n2,长度为1,圆筒内外壁温度分别为t1和t2,且t1>12,若在 半径为r处沿半径方向取微分厚度山的薄壁圆筒,其传热面积可视为常量。等于2m:同时通 过该薄层的温度为dr。对这一薄层的导热,完全可依照平壁导热的公式去解决 即:q=-As2,=-1(2m1),因为稳定导热,q是常量,λ=f(物质、平均温度),也 取为常数 将上式分离变量积分整理得: 2r dt d-ar=/x+c) 1 XX 7/35/

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 7/35/ 假设层与层之间接触良好，即相接触的两表面温度相同，各表面温度分别为 1 t ， 2 t ， 3 t 和 4 t 设 1 t > 2 t > 3 t > 4 t 。 在稳定导热时通过各层的导热速率相等，即： q = q1 = q2 = q3 或 3 3 3 4 2 2 2 3 1 1 1 2 ( ) ( ) ( ) b s t t b s t t b s t t q − = − = − =    由上式可得： s b t t t q 1 1 1 1 2   = − = s b t t t q 2 2 2 2 3   = − = s b t t t q 3 3 3 3 4   = − = 将上式相加整理得： s b s b s b t t s b s b s b t t t q 2 3 2 1 1 1 4 3 3 2 2 1 1 1 2 3       + + − = + +  +  +  = （1） 对 n 层平壁其热导速率方程可表示为：     = − = = + R t s b t t q n i i i n 1 1 1  （2） 5.3.4 圆筒壁的热传导 一、单层圆筒壁热传导 圆筒壁与平壁热传导的不同之处，在于圆筒壁的传热面积不是常数，随半径而变，同时，温度 也随半径而变。 热传导温度随半径而变这是很正常的 ，但如何把导热的面积变成常量，即不随半径而变，这只 有通过微积分去解决。 设圆筒内半径为 1 r ，外半径为 2 r ，长度为 l，圆筒内外壁温度分别为 1 t 和 2 t ，且 1 2 t  t ，若在 半径为 r 处沿半径方向取微分厚度 dr 的薄壁圆筒，其传热面积可视为常量。等于 2rl ；同时通 过该薄层的温度为 dt 。对这一薄层的导热，完全可依照平壁导热的公式去解决。 即： dr dt rl dr dt q = −s = −(2 ) ，因为稳定导热，q 是常量，  = f (物质、平均温度 ），也 取为常数。 将上式分离变量积分整理得：   = − 2 1 2 1 2 t t r r l dt r dr q   ln ) 1 ( dx x c x = + 

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 dr 2ml(1-2) q 式(1)即为单层圆筒壁的热传导速率方程式。该式也可以写成与平壁热传导速率方程相同的形式 即 q=s(1-12) Sml(t1-t2)Smn1(1-12) (2) b n2-7 将(2)与(1)相比较,可解得平均面积为: 2 S S=2n( 2m:l(3) In 其中rm r2-F1 h与·m一圆间壁对数平均半径[m]或Sm 2m(V2-n)S2-5 (4) In 2u 其中sn一圆筒壁的内外壁面平均面积[m2]。 当≤2时,经常采用算数平均值代替对数平均值。当生=2时 0.96 F1+F2 2 、多层圆筒壁的热传导 8/35/

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 8/35/ 1 2 1 2 ln 2 ( ) r r l t t q − =   （1） 式（1）即为单层圆筒壁的热传导速率方程式。该式也可以写成与平壁热传导速率方程相同的形式， 即： ( ) 1 2 s t t b q = −  2 1 1 2 1 2 ( ) ( ) r r S t t b S t t q m m − − = − =   （2） 将（2）与（1）相比较，可解得平均面积为：  Q=Q 2 1 1 2 ln 2 r r S r r l m − =   r l r r l r r S m  m  2 ln 2 ( ) 1 2 2 1 = − = （3） 其中 1 2 2 1 ln r r r r rm − = , m r －圆间壁对数平均半径[m] 或 1 2 2 1 1 2 2 1 ln 2 2 ln 2 ( ) s s s s lr lr l r r sm − = − =    （4） 其中 m s －圆筒壁的内外壁面平均面积[ 2 m ]。 当 2 1 2  r r 时，经常采用算数平均值代替对数平均值。 当 0.96 2 ln 2 1 2 1 2 2 1 1 2 = + − = r r r r r r r r 时 二、多层圆筒壁的热传导

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 以三层为例,假设各层间接触良好,各层的导热系数分别是A1,入2,3厚度分别为b=(2-F), b2=(r3-n2),b3=(r4-r3) 将多层圆筒壁的每一层用单层圆筒壁的热传导公式表示: 2ml1(1-12)2m(1-12) ml(t2-13) 2l(t2-14) q1=q2=q3=q 等比定律 b-d b+d-b l(1-t2) q h2+1m2 M r n r2 2n(t-t,+) 对n层圆筒壁: q r 2. r 第四节对流传热 5.4.1对流传热机理 对流传热(给热):流体质点的移动和混和使热量从流体中某一处传到另一处 对流传热方式 1.自然对流(温度差一>密度差一>流体流动) 2.强制对流(机械作用一>对流) 三.对流传热机理: 流体在光滑管内作湍流流动,且R。<103时,滞流内层厚度估算式 61.5 zd为管内径 D一热流中心区 P一热流体层流内层膜外缘 W一管内壁 W2-管外壁 P2一冷流体层流内层膜外缘 9/35/

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 9/35/ 以三层为例，假设各层间接触良好，各层的导热系数分别是 1 2 3  , , 厚度分别为 ( ) 1 2 1 b = r − r ， ( ) 2 3 2 b = r − r ， ( ) 3 4 3 b = r − r 。 将多层圆筒壁的每一层用单层圆筒壁的热传导公式表示： 1 2 1 1 2 1 2 1 1 2 1 ln 1 2 ( ) ln 2 ( ) r r l t t r r l t t q     − = − = 2 3 2 2 3 2 ln 1 2 ( ) r r l t t q   − = 3 4 3 3 4 3 ln 1 2 ( ) r r l t t q   − = q1 = q2 = q3 = q 等比定律 （ a b a c b d c d a b = + + = , ） 3 4 2 3 3 1 2 2 1 1 2 ln 1 ln 1 ln 1 2 ( ) r r r r r r l t t q     + + − = 对 n 层圆筒壁： i i i n i n r r l t t q 1 1 1 1 ln 1 2 ( ) + = +  − =   。 第四节 对流传热 5.4.1 对流传热机理 一、对流传热（给热）：流体质点的移动和混和使热量从流体中某一处传到另一处。 二、对流传热方式： 1.自然对流（温度差－>密度差－>流体流动） 2.强制对流 （机械作用－>对流） 三.对流传热机理： 流体在光滑管内作湍流流动，且 5 Re  10 时，滞流内层厚度估算式 8 7 Re 61.5 = d  b d 为管内径。 D1 －热流中心区； P1 －热流体层流内层膜外缘； W1 －管内壁； W2 －管外壁； P2 －冷流体层流内层膜外缘；

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 D2-冷流体中心区 推动力==常数,R个则M也↑才能使Q=常数 因为稳定传热q三阻力R 热流体 管内传热方向 >管外 热流体 冷流体 电 中y体( 壁 >) W W2 P2 D TTT 冷流体 总结 1、间壁传热由给热I一导热一给热Ⅱ三个过程组成。 2、同一管壁界面上的温度以折线表示,且还步下降,其层流内层热阻最大,因而温降也最大。 3、给热是由层流内层的导热和层流内层外的流体质点作相对位移和混合传热的统称 4、为简化处理,给热作为通过厚度δ的传热边界层的导热处理。(C6一真实的层流内层的厚 度,δ一与层流内层外的湍流区热阻相当的虚拟层流内层的厚度。必须指出δ是不存在的,为了 处理问题而假设的 5、传热边界层中,层流内层热阻远比湍流区热阻力大,故提高给热速率,须从降低层流内层厚 度入手。(如增加油动,管内加麻花铁等)。 10/35/

宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 10/35/ D2 －冷流体中心区。 因为稳定传热 ＝ 常数 阻力 推动力 =  = R t q ， R 则t也 才能使 q＝常数。 热 流 体 传热方向 管 壁 温 度 冷流体 热 流 体 热 流 中 心 区 管内 b 冷 流 中 心 区 δ δ δf 管外 冷 流 体 a 总结： 1、间壁传热由给热  －导热－给热  三个过程组成。 2、同一管壁界面上的温度以折线表示，且逐步下降，其层流内层热阻最大，因而温降也最大。 3、给热是由层流内层的导热和层流内层外的流体质点作相对位移和混合传热的统称。 4、为简化处理，给热作为通过厚度  + 的传热边界层的导热处理。（  b －真实的层流内层的厚 度，  f －与层流内层外的湍流区热阻相当的虚拟层流内层的厚度。必须指出  f 是不存在的，为了 处理问题而假设的。 5、传热边界层中，层流内层热阻远比湍流区热阻力大，故提高给热速率，须从降低层流内层厚 度入手。（ 如增加湍动，管内加麻花铁等）