第四章传热本章主要内容4.1概述直接蒸汽加热蓄热式换热器间壁式换热器二、传热机理：热传导，热对流和热辐射三、传热速率热流量Q：即单位时间内通过换热器整个传热面所传递的热量（W）。热流密度（或热通量）q：单位时间内通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）。四、稳定传热和不稳定传热4.2热传导4.2.1傅里叶定律4.2.2导热系数λ二、液体的导热系数4.2.3平壁稳定热传导二、多层平壁热传导4.2.4圆筒壁的热传导多层圆筒壁热传导4.3对流传热湍流主体温度4.3.1牛顿冷却定律和对流传热系数影响α的因素１.流体的种类及相变化情况２.流体的物理性质（ρ、μ、cp、λ）３.流体运动状态４.对流状况：自然对流、强制对流５.传热壁的形状、大小及安装位置准数名称一、无相变强制对流传热过程f（Nu，Re，Pr）=0二、无相变自然对流传热过程f（Nu，Pr，Gr）=0定性温度:取流体平均温度。特征尺寸：圆管取管径d；非圆形管，通常取当量直径de为特征尺寸；对大空间内自然对流，取加热（或冷却）表面的垂直高度为特征尺寸。4.3.3对流传热系数的经验关联式Nu=0.023Re0.8Prn如果流体在圆直管内作强制过渡流(层流)，此时对流传热系数应增大还是减小？若Nu=0.023Re0.8Prnf,则f>1还是f<1？（2）流体在圆形直管中作过渡流Nu=CRemPrn计算得的α乘以小于1的系数f二、流体在圆型弯管内作强制湍流流体因离心力作用引起二次环流，加剧扰动，强化了传热。Nu=CRemPrn计算得的α乘以大于1的系数管外强制对流4.3.4有相变对流传热系数计算蒸汽垂直管或板外膜状冷凝对流传热系数计算修正式为：冷凝器中管子的切向旋转液体沸腾4.4传热过程的分析和计算4.4.1热量衡算(忽略热损失）Wh——饱和蒸气（即热流体）的冷凝速率(kg/h)；r——饱和蒸气的冷凝潜热(kJ/kg)；cph——冷凝液的比热容(kJ/(kg·℃))；Ts——冷凝液的饱和温度(℃)。4.4.2总传热速率微分方程T,αi令4.4.3总传热系数K污垢热阻二、提高总传热系数的途径1.减小任何环节的热阻都可提高传热系数。2.当各环节的热阻相差较大时，总热阻的数值将主要由其中的最大热阻所决定。此时强化传热的关键在于提高该环节的传热系数。4.4.4传热推动力和总传热速率方程逆流（并流）传热平均推动力的推导传热面积增加的方向（逆流）——对数平均温度差逆流时：并流时：在换热器的传热速率Q及总传热系数K相同的条件下，因为逆流时的Δtm大于并流时的Δtm，采用逆流操作可节省传热面积。逆流操作可节省加热介质或冷却介质的用量。2．错流和折流错流和折流时的平均温度差，先按逆流操作计算对数平均温度差，再乘以考虑流动方向的校正因素。4.4.5稳定传热的计算一、设计型计算(以热流体的冷却为例。)1．设计任务需要将一定流量Wh的热流体自给定温度T1冷却至T2，已知冷流体进口温度t1，计算传热面积及换热器其它尺寸。2．计算方法①计算换热器的热负荷（传热速率）Q：②选择流动方向和冷却介质出口温度t2，计算Δtm；③计算总传热系数K和选定污垢热阻的大小；④由总传热速率方程Q=KSΔtm计算传热面积。二、操作型计算操作型计算通常有以下两种类型：1．已知换热器的传热面积和有关尺寸，冷热流体的物理性质、流量、进口温度及流体流动方式，求冷热流体的出口温度。2．已知换热器的传热面积和有关尺寸，冷热流体的物理性质，热流体的流量和进出口温度，冷流体的进口温度和流体流动方式，求冷流体的流量和出口温度。传热效率—传热单元数法（ε－NTU）2．传热单元数NTU单程并流（假定热流体热容量流率最小）逆流时:热容量流率相等时列管式换热器冷、热流体流动通道的选择(1)不洁净和易结垢的液体宜走管程，因为管内清洗方便；(2)腐蚀性的流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀；(3)压强高的流体宜走管内，以免壳体承受压力；(4)饱和蒸汽宜走壳程，因为饱和蒸汽比较清净，对流传热系数与流速无关且冷凝液易排出；(5)被冷却的液体宜走壳程，便于散热；(6)若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将对流传热系数大的流体通入壳程，可减少热应力；(7)流量小而黏度大的液体一般宜走壳程，因在壳程Re>100即可达到湍流，但这不是绝对，如流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而能得到更多的对流传热系数。管式换热器喷淋式换热器1―弯管；2―循环泵；3―控制阀。板式换热器翅片管式换热器板翅式换热器