传热专升本复习

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 传热,1,学习目的：,通过本章学习，掌握传热的基本原理、传热的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程的有关问题。,2,本章知识点的重点,：,（,1,）热传导速率方程及其应用。,（,2,）对流传热系数及其影响因素。,（,3,）总传热速率方程及其应用,(,换热器的能量衡算，总传热系数，平均温度差,),（,1,）传热的基本方式。,（,2,）导热及导热过程的计算。,（,3,）对流传热及对流传热系数计算。,（,4,）传热过程的计算（,Q,、,K,、,S,、,t,m,),。,（,5,）换热器的结构型式（列管和套管换热器）和强化途径。,3,、本章应掌握的内容：,传热的三种基本方式,质点发生相对位移,静止物质,导热,概念,：导热系数,公式,：,1,、傅立叶定律,2,、一维稳态导热,p2,应用,:,3.,平壁、圆筒壁的计算,链接,链接,单层平壁的定态热传导,多层平壁的稳定热传导的计算：,Q,p2,通过单层圆筒壁的定态热传导,热传导,p2,Q=,常数，但,q,常数,多层圆筒壁定态热传导,p2,对流传热,概念：,对流传热,?,公式：,牛顿冷却定律,:,关键是求,对流传热,:,是指流体质点发生相对位移而引起的热量传递过程，其特点是伴随着流体的运动而进行。,对流传热通常是指流体与固体壁面之间的传热过程,。,对流传热系数关联式,(,经验式,),强制对流,自然对流,管内,管外,层流,水平圆管外,管束外,湍流,在使用由实验得到的各种,的经验公式时，须注意以下几点,:,应用范围,经验式中,Re,、,Pr,等的数值范围；,特性尺寸,传热面特性尺寸,l,应如何确定；,定性温度,各准数中流体的物性应按什么温,度确定。,特征尺寸（定性尺寸）,l,：,定性温度,t,：,对流动或传热过程产生直接影响的尺寸。,如管径、当量直径、管板高度等。,确定物理性质参数的温度。,如：流体进出口平均温度；,壁面平均温度；,平均膜温（流体温度与壁面温度平均）。,无相变管内强制湍流时,思考：,与,u,、,d,有何比例关系？,数量级,空气中,水中,总之：,p2,注意,:,使用条件、定性温度、定性尺寸的确定,对流传热速率：,(,牛顿冷却定律,),对流传热系数的经验公式,(,管内强制湍流,),：,对流传热小结：,冷、热流体通过间壁式换热器进行热量传递,传热过程可分为,三步,：,热流体将热量传给固体壁面,热量从壁的热侧传到冷侧,热量从壁的冷侧面传给冷流体,Q,(,对流传热,),(,对流传热,),(,热传导,),总传热速率方程,传热过程的计算,总传热速率方程,三个串联传热环节：,热流体侧的对流传热,间壁的导热,冷流体侧的对流传热,Q,K-,总传热系数，单位,w/m,2,总传热速率方程,S-,传热面积，单位,m,2,工艺要求,:,考虑到实际传热时间壁两侧还有,污垢热阻,，,则上式变为：,总热阻,对流热阻,污垢热阻,导热热阻,污垢热阻,对流热阻,平壁或薄园筒壁,：,S=S,o,=,S,m,=S,i,污垢热阻可忽略时,结论：,K,的值总是接近热阻大的一侧的,值,(,即,值小的一方）,。,金属壁的热阻可略,园筒壁,：,S,o,S,m,S,i,一般取,S=S,o,污垢和 壁热阻可忽略时,传热基本方程可分别表示为：,式中：,K,i,、,K,o,、,K,m,分别为管内表面积、外表面积和内外侧的平均表面积的传热系数，,w/m,2,K,S,i,、,S,o,、,S,m,换热器管内表面积、外表面积和内外侧的平均面积，,m,2,。,注：工程上大多以外表面积为计算基准,，,K,o,不再加下标“,o,”,返回,（逆、并流）,（,其他流动情况）,传热平均温度差,:,t,1,、,t,2,为换热器两端的传热温度差。,p2,传热过程的计算小结：,污垢和管壁 热阻可忽略时,p2,换热器*,列管式换热器的结构,;,热补偿方法,;,流程选择原则；,设计内容和步骤；,强化传热措施。,p2,导热系数,、对流传热系数,、总传热系数,K,的区别,对流传热系数,与导热系数,不同，它不是流体的物理性质，而是受诸多因素影响的一个系数，反映对流传热热阻的大小。,总传热系数,K,（简称传热系数）是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。,K,的数值取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等，因而,K,值变化范围很大。,导热系数,物性参数，表示物质导热性能好坏的,/,反映导热热阻的大小。,p2,例,4-1.,如图所示,有一稳定导热的平壁炉墙,墙厚,240mm,导热系数,=0.2W/m,若炉墙外壁温度,t,3,=45,为测得炉墙内壁温度,t,1,在墙深,100mm,处插入温度计,测得该处温度,t,2,=100,试求炉墙内壁温度,t,1,。,240mm,t,3,t,1,t,2,Q,解,:,例,4-2,一燃烧炉的平壁由耐火砖、保温砖和普通砖构成。已测得内、外表面的温度分别为,950,和,40,。其它数据如下：,耐火砖,b,1,=200mm,，,1,=1.4Wm,-1,-1,；,保温砖,b,2,=180mm,，,2,=0.15Wm,-1,-1,；,普通砖,b,3,=220mm,，,3,=0.8Wm,-1,-1,。,求：单位面积的热损失、各层接触面的温度和各层热阻之比。,解：求单位面积的热损失,求各层接触面温度,t,2,=t,1,-t,1,=950-80.4=869.6(,耐火砖与保温砖接触面温度,),t,3,=t,2,-,t,2,=869.6-675=194.6,(,保温砖与普通砖接触面温度,),t,3,=t,3,-t,4,=194.6-40=154.6,此外，从计算结果可得,:,各层的温度差,(t),耐火砖：保温砖：普通砖,=80.4,：,675,：,154.6,各层的热阻,(R),耐火砖：保温砖：普通砖,=0.143,：,1.2,：,0.275,说明哪层热阻大，哪层的温差就大。,例,4-3,为了安全工作和减少热损失，在一内径为,162mm,、,外径为,180mm,的蒸气管道外包一层厚为,48mm,的石棉保温层。蒸气管壁的导热系数为,16.3 W/,（,mK),石棉层的导热系数为,0.24W/,（,mK,）。,蒸气管内壁温度为,180,，保温层外表面温度为,50,。试求,每米管长的热损失,;,蒸气管与石棉保温层接触面上的温度（设接触良好）。,解：求每米管长的热损失,t,1,=180,t,3,=50,r,1,=81mm,r,2,=90mm,r,3,=138mm,t,1,t,2,t,3,求蒸气管与石棉保温层接触面上的温度,t,2,对石棉保温层的导热速率：,t,2,=179.5,从本例结果可见，温度降集中在保温层内，这是因为保温层的热阻远远大于蒸气管壁的热阻。,例,4-4.,有一套管换热器，内管尺寸为,252.5mm,，管长为,2m,，蒸汽走管间，冷却水走管内，水的流速为,1m/s,。,进、出口温度分别为,20,和,60,。求管内水的对流传热系数。,已知：在,定性温度,下水的物性数据为：,=992.2Kg/m,3,=0.6338w/m,=6.5610,-4,Pa.s,，,Pr=4.31,。,=5023.7w/m,2,流体被加热,n=0.4,解：,10000,（,0.6 120,）,例,4-5.,常压下空气以,120m,3,/h,的流量流过长,6m,，,管径,76,3.5mm,的钢管，温度从,200,冷却到,80,。试求空气的对流传热系数。若空气的流量增加一倍，而进出口温度保持不变，则对流传热系数又为多少？,解：定性温度,t=(200+80)/2=140,查得空气的物性为：,=0.854kg/m,3,，,=2.37,10,-5,Pa,s,，,c,p,=1.013kj/kg,，,=0.0349W/m,，,链接,空气被冷却,n=0.3,当空气的流量增加一倍时，其流态肯定为湍流，,则,u,0.8,/,=(u,/u),0.8,=2,0.8,=1.741,=1.741,31.2=54.3W/m,例,4-6,已知冷、热流体进出口温度分别为,20,和,60,、,90,和,70,。求逆流和并流时的平均温度差。,在,相同进、出口温度情况下，逆流的传热温度差大于并流的传热温度差。,1),逆流时：,2),并流时：,4-7,.,有一列管换热器,用,-15,的液氨蒸发来冷却空气。空气在换热器的簿壁列管内作湍流流动,由,40,冷却到,-5,液氨侧的对流传热系数为,1880W/m,2,.K,空气侧的对流传热系数为,46.5W/m,2,.K,。,忽略管壁和污垢热阻。求,1),平均温度差,;2),总传热系数,;3),若空气流量增加,20%,其他条件不变,总传热系数将变为多少,?,忽略管壁和污垢热阻。,解：,1,）,解：,2,）,平壁或薄园筒壁：,S=S,o,=,S,m,=S,i,污垢热阻可忽略时,金属壁的热阻可略,K,接近于 的值,3,）空气流量增加,20%,管内湍流,:,4-8.,温度为,20,比热为,2.1KJ/kg,的溶剂以,5000Kg/h,的流率流过套管换热器内管,被加热至,64,环隙内为,170,饱和水蒸汽冷凝。,换热器内管直径,108,10mm,总长,12m,。,求：,1,）传热量；,2,）传热的平均推动力；,3,）总传热系数和管内对流传热系数。,污垢和壁的热阻可忽略，管外饱和蒸汽冷凝给热系数为 。,解,：,1,）,2,）,污垢和壁的热阻可忽略,3,）,4-9.,有一列管式换热器,装有,25,2.5mm,钢管,300,根,管长为,2m,。要求将质量流量为,8000Kg/h,的常压空气于管程由,20,加热到,85,选用,108,饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热系数为,1,10,4,W/m,2,.K,管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计,而且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为,Cp=1kJ/kg.K,=2.85,10,-2,W/m.K,=1.98,10,-5,Pa.S,Pr=0.7,。,试求,:,1),空气在管内的对流传热系数,;,2),求换热器的总传热系数,(,以管子外表面为基准,);,3),通过计算说明该换器能否满足需要,?,2),解：,1),Pr=0.7,3,）,满足要求,