新乡学院化工原理精品课程PPT.ppt

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1、新乡学院化工原理精品课程第四章 传热新乡学院化工原理精品课程4.1 4.1 概述概述4.1.1 4.1.1 传热过程在化工生产中的应用传热过程在化工生产中的应用4.1.2 4.1.2 冷热流体的接触方式冷热流体的接触方式4.1.3 4.1.3 热载体及其选择热载体及其选择 4.1.3 4.1.3 传热的三种基本方式传热的三种基本方式4.1.4 4.1.4 间壁式换热器的传热过程间壁式换热器的传热过程新乡学院化工原理精品课程4.1.1 4.1.1 传热过程在化工生产中的应用传热过程在化工生产中的应用加热或冷却换热 保温 强化传热过程 削弱传热过程 作用：目的：新乡学院化工原理精品课程4.1.2

2、4.1.2 冷热流体的接触方式冷热流体的接触方式一、直接接触式一、直接接触式板式塔板式塔 此方法传热效率高、时间短。但冷、热介质必须能直接混合。新乡学院化工原理精品课程 二、蓄热式二、蓄热式优点：结构较简单耐高温缺点：设备体积大有一定程度的混合低温流体高温流体新乡学院化工原理精品课程三、间壁式：三、间壁式：冷热介质中间由一层固体壁面所隔开传热面为内管壁的表面积 套管换热器冷流体t1t2热流体T1T2新乡学院化工原理精品课程列管换热器传热面为壳内所有管束壁的表面积 热流体T1T2冷流体t1t2由壳体、管板、管束、顶盖、接管组成。新乡学院化工原理精品课程4.1.3 4.1.3 热载体及其选择热载体

3、及其选择 热源热源：热水、饱和水蒸气 矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等 用电加热冷却剂冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等 冷却温度30C 水 加热温度180C 饱和水蒸气新乡学院化工原理精品课程4.1.4 4.1.4 传热的三种基本方式传热的三种基本方式 一、热传导一、热传导定义定义：物体中由于分子的振动，与相邻分子发生碰撞而物体中由于分子的振动，与相邻分子发生碰撞而将热量从高温传向低温的传递方式。将热量从高温传向低温的传递方式。特点：特点：没有物没有物质质的宏的宏观观位移位移,靠微靠微观观分子的分子的热热运运动动。气体气体 分子做不分子做不规则热规则热运运动时动时相互碰撞的相互碰撞的结结果

4、。果。固体固体 导电导电体：自由体：自由电电子在晶格子在晶格间间的运的运动动。非非导电导电体：通体：通过过晶格晶格结结构的振构的振动动来来实现实现的。的。液体液体 机理复杂机理复杂化工操作 固体中、静止或层流流动的流体中。新乡学院化工原理精品课程 二、对流二、对流流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。特点：靠流体质点的宏观运动进行热量传递。三、热辐射三、热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。自然对流：由于温差而引起密度差产生的对流。强制对流：依靠机械施加外力使流体运动。能量转移、能量形式的转化 不需要任何物质作媒介 仅发生在流体中。新乡学院化工原理精品课程t2t1T1T2对流对流导

5、热冷流体Q热流体4.1.5 4.1.5 间壁式换热器的传热过程间壁式换热器的传热过程新乡学院化工原理精品课程4.2 4.2 热传导热传导4.2.1 4.2.1 有关热传导的基本概念有关热传导的基本概念4.2.2 4.2.2 傅立叶定律傅立叶定律4.2.3 4.2.3 导热系数导热系数4.2.4 4.2.4 通过平壁的稳定热传导通过平壁的稳定热传导4.2.5 4.2.5 通过圆筒壁的稳定热传导通过圆筒壁的稳定热传导新乡学院化工原理精品课程4.2.1 4.2.1 有关热传导的基本概念有关热传导的基本概念式中 t 某点的温度，；x,y,z 某点的坐标；时间。温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。

6、与时间和位置有关。(1)(1)温度场温度场新乡学院化工原理精品课程不不稳稳定温度定温度场场 稳定温度场稳定温度场 从时间上：一维温度场：二维温度场：三维温度场：从位置上：本书研究的是稳定的、一维温度场tf(x)新乡学院化工原理精品课程（2）等温面）等温面等温面等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。t1t2t1t2等温面Q不同温度的等温面不相交不同温度的等温面不相交。新乡学院化工原理精品课程(3)(3)温度梯度温度梯度 t+tt-ttnQdA 温度梯度是一个点点的概念。温度梯度是一个向量。方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正 一维稳定热传导新乡学院化工原理精品课程热负荷热

7、负荷Q：工艺要求，同种流体需要温升或温降时，吸收或放出的热量，单位 J/s或W。传热速率传热速率Q：热流量，单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位 J/s或W。热流密度热流密度q：热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位 J/(s.m2)或W/m2。（4）其他）其他式中 A总传热面积，m2。新乡学院化工原理精品课程4.2.2 4.2.2 傅立叶定律傅立叶定律 式中 dQ 热传导速率，W或J/s；dA 导热面积，m2；dt/dn 温度梯度，/m或K/m；导热系数，W/(m)或W/(mK)。新乡学院化工原理精品课程 负号表示传热方向与温度梯度方向相反 表征材料导热性能的物性参数

8、 越大，导热性能越好 对一维稳态热传导 新乡学院化工原理精品课程(2)是分子微观运动的宏观表现。4.2.3 4.2.3 导热系数导热系数(1)在数值上等于单位温度梯度下的热通量。=f(结构,组成,密度,温度,压力）(3)各种物质的导热系数金属固体 非金属固体 液体 气体 新乡学院化工原理精品课程在一定温度范围内：式中 0,0,t时的导热系数，W/(mK)；a 温度系数。对大多数金属材料a 0 ，t 1)固体 金属：纯金属 合金 非金属：同样温度下，越大，越大。新乡学院化工原理精品课程2)液体 金属液体较高，非金属液体低，水的最大。t （除水和甘油）3)气体 一般来说，纯液体的大于溶液 t 气体

9、不利用导热，但可用来保温或隔热。新乡学院化工原理精品课程 4.2.4 4.2.4 通过平壁的稳定热传导通过平壁的稳定热传导 一、一、通过单层平壁的稳定热传导通过单层平壁的稳定热传导 假设：假设：(1)A大，b小；(2)材料均匀；(3)温度仅沿x变化，且不随时间变化。t1t2btxdxQxQx+dx新乡学院化工原理精品课程得：设不随t而变 式中 Q 热流量或传热速率，W或J/s；A 平壁的面积，m2；平壁的厚度，m；平壁的导热系数，W/(m)或W/(mK)；t1,t2 平壁两侧的温度，。新乡学院化工原理精品课程讨论：1可表示为推动力：热阻：若随t变化关系为：则tx呈抛物线关系。2.不随t变化，t

10、x成呈线形关系。新乡学院化工原理精品课程 二、二、通过多层平壁的稳定热传导通过多层平壁的稳定热传导 假设：假设：(1)A大，b小；(2)材料均匀；(3)温度仅沿x变化，且不随时间变化。(4)各层接触良好，接触面两侧温度相同。t1t2b1txb2b3t2t4t3新乡学院化工原理精品课程推广至n层：新乡学院化工原理精品课程三、各层的温差三、各层的温差 思考：厚度相同的三层平壁传热，温度分布如图所示，哪一层热阻最大，说明各层的大小排列。t1t2t3t4312新乡学院化工原理精品课程 4.2.5 4.2.5 通过圆筒壁的稳定热传导通过圆筒壁的稳定热传导 一、一、通过单层圆筒壁的稳定热传导通过单层圆筒壁

11、的稳定热传导 假定：假定：(1)稳定温度场；(2)一维温度场。新乡学院化工原理精品课程对于稳定温度场 傅立叶定律 新乡学院化工原理精品课程边界条件 得：设不随t而变 式中Q 热流量或传热速率，W或J/s；导热系数，W/(m)或W/(mK)；t1,t2 圆筒壁两侧的温度，；r1,r2 圆筒壁内外半径，m。新乡学院化工原理精品课程讨论：1上式可以为写 对数平均面积新乡学院化工原理精品课程2 3圆筒壁内的温度分布tr成对数曲线变化(假设不随t变化)4平壁：各处的Q和q均相等；圆筒壁：不同半径r处Q相等，但q却不等。新乡学院化工原理精品课程 二、通过多层圆筒壁的稳定热传导二、通过多层圆筒壁的稳定热传导

12、新乡学院化工原理精品课程应用：1、确定壁的热传递速率。2、求所需加的保温层厚度。3、求层之间的温度。新乡学院化工原理精品课程4.3 4.3 对流传热对流传热4.3.1 4.3.1 对流传热过程分析对流传热过程分析4.3.2 4.3.2 对流传热速率对流传热速率4.3.3 4.3.3 影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素4.3.4 4.3.4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立4.3.5 4.3.5 无相变时对流传热系数的经验关联式无相变时对流传热系数的经验关联式4.3.6 4.3.6 有相变时对流传热系数的经验关联式有相变时对流传热系数的经验关联式新乡学院化工原理

13、精品课程4.3.1 4.3.1 对流传热过程分析对流传热过程分析dA t2G1，T1G2，t1 T2新乡学院化工原理精品课程d dt tA2A1tWtTWT传热壁冷流体热流体层流底层层流底层温度梯度大，热传导方式湍流核心湍流核心温度梯度小，对流方式过渡区域过渡区域热传导和对流方式新乡学院化工原理精品课程4.3.2 对流传热速率对流传热速率牛顿冷却定律牛顿冷却定律式中 Q 对流传热速率，W；对流传热系数，W/(m2)；Tw 壁温，；T 流体平均温度，；A 传热面积，m2。新乡学院化工原理精品课程式中 t总有效膜厚度；e湍流区虚拟膜厚度；层流底层膜厚度。下面来推导牛顿冷却定律建立膜模型膜模型：流体

14、被冷却：TTWttWt新乡学院化工原理精品课程1.牛顿冷却定律是一种推论，假设Qt。2.复杂问题简单化表示。推动力：阻力：新乡学院化工原理精品课程4.3.3 4.3.3 影响对流传热系数影响对流传热系数 的因素的因素1.1.引起流动的原因引起流动的原因自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。强 自 2.2.流体的物性流体的物性 ，cp 新乡学院化工原理精品课程5.是否发生相变是否发生相变 蒸汽冷凝、液体沸腾 相变 无相变4.传热面的形状，大小和位置传热面的形状，大小和位置形状：如管、板、管束等；大小：如管径和管长等；位置：如管子的排列方式（管束有正四

15、方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。3.3.流动形态流动形态 层流、湍流 湍 层 新乡学院化工原理精品课程4.3.4 4.3.4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立一、因次分析一、因次分析 式中 l特性尺寸；u特征流速。基本因次：长度L，时间T，质量M，温度变量总数：8个由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。f(u，l，cp，gt)新乡学院化工原理精品课程新乡学院化工原理精品课程 Nusselt待定准数Reynolds，流动型态对对流传热的影响Prandtl，流体物性对对流传热的影响Grashof，自然对流对对流传热的影响新乡学院化工原理精品课程二、实

16、验安排及结果整理二、实验安排及结果整理以强制湍流为例：NuAReaPrf1采用不同Pr的流体，固定Re lgNuflgPrlgARea双对数坐标系得一直线，斜率为f2不同Pr的流体在不同的Re下 lgNu/PrfalgRelgA双对数坐标系中得一直线 斜率为a，截距为APrNufReNu/PrkAa新乡学院化工原理精品课程定性温度的取法：三、定性温度、特性尺寸的确定三、定性温度、特性尺寸的确定2特性尺寸 取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。3准数关联式的适用范围。1确定物性参数数值的温度称为定性温度。新乡学院化工原理精品课程公式分类公式分类无相变有相变强制对流自然对流管内管外湍流层流过渡流

17、直管非圆管弯管短管黏度修定垂直流过管束列管换热器管间无限大空间有限大空间蒸汽冷凝液体沸腾膜状冷凝滴状冷凝在垂直管外或垂直板侧在水平管外核状沸腾膜状沸腾Nu=f(Pr,Re)Nu=f(Pr,Gr)新乡学院化工原理精品课程一、流体在管内的强制对流一、流体在管内的强制对流适用范围：Re10000，0.7Pr60，10000，0.7Pr60定性温度取tm；特征尺寸为di壁温数据 未知时，可近似。新乡学院化工原理精品课程(2)短管 l/d60 (3)过渡流（2000Re10000)(4)弯曲管内 新乡学院化工原理精品课程(5)非圆形管强制湍流1)当量直径法2)直接实验法套管环隙:水-空气系统适用范围：1

18、2000Re膜 新乡学院化工原理精品课程2.冷凝过程的热阻：液膜的厚度3.蒸汽冷凝的1）水平管束外式中 n水平管束在垂直列上的管子数；r汽化潜热（ts下），kJ/kg。特性尺寸l：管外径do定性温度：膜温 新乡学院化工原理精品课程湍流2）竖壁或竖管上的冷凝层流适用条件：Re2100特性尺寸l：管或板高H定性温度：膜温 新乡学院化工原理精品课程4冷凝传热的影响因素和强化措施1)流体物性 冷凝液,；冷凝液,；潜热r,2)温差 液膜层流流动时，t=tstW，,3)不凝气体 不凝气体存在，导致，定期排放。4）蒸汽流速与流向（u10m/s）同向时，；反向时，；u 新乡学院化工原理精品课程5)蒸汽过热 包

19、括冷却和冷凝两个过程。6)冷凝面的形状和位置 目的：减少冷凝液膜的厚度 垂直板或管：开纵向沟槽；水平管束：可采用错列新乡学院化工原理精品课程沸腾种类沸腾种类 1）大容积沸腾大容积沸腾 2）管内沸腾 1.汽泡产生的条件问题：为什么汽泡只在加热面个别地方产生？过热度过热度：t=tWts 汽化核心汽化核心：一般为粗糙加热面的细小凹缝处汽化核心生成汽泡长大脱离壁面新汽泡形成搅动液层 二、二、液体沸腾液体沸腾新乡学院化工原理精品课程2.沸腾曲线沸腾曲线 1）自然对流阶段 t t5C3）不稳定膜状沸腾 25C t5C工业上：核状沸腾4）稳定膜状沸腾 250C t25C 优点：大，tW小新乡学院化工原理精品

20、课程3、沸腾传热的影响因素及强化措施、沸腾传热的影响因素及强化措施1）液体的性质 强化措施：加表面活性剂（乙醇、丙酮等）2）温差 在核状沸腾阶段温差提高，3）操作压强新乡学院化工原理精品课程4）加热面 新的、洁净的、粗糙的加热面，大 强化措施：将表面腐蚀，烧结金属粒新乡学院化工原理精品课程4.4 4.4 传热过程的计算传热过程的计算4.4.1 4.4.1 总传热速率总传热速率4.4.2 4.4.2 热量衡算和传热速率方程间的关系热量衡算和传热速率方程间的关系4.4.4.4.3 3 总传热系数总传热系数4.4.4 4.4.4 传热平均温度差传热平均温度差 4.4.5 4.4.5 壁温的计算壁温的

21、计算4.4.6 4.4.6 传热计算示例传热计算示例新乡学院化工原理精品课程 一一、总传热速率方程、总传热速率方程式中 K平均总传热系数；tm平均温度差。总传热速率方程（1）求K平均值。（2）热量衡算式与传热速率方程间的关系。（3）tm的求解。4.4.1 4.4.1 总传热速率方程总传热速率方程新乡学院化工原理精品课程4.4.2 4.4.2 热量衡算和传热速率方程间的关系热量衡算和传热速率方程间的关系无热损失：热流体W1,T1,cp1,H1T2 H2冷流体W2,t2,cp2,h1t2 h2新乡学院化工原理精品课程无相变时无相变时 热量衡算：式中 Q 热冷流体放出或吸收的热量，J/s；w1,w2

22、热冷流体的质量流量，kg/s；cp1,cp2 热冷流体的比热容，J/(s.)；h1,h2 冷流体的进出口焓，J/kg；H1,H2 热流体的进出口焓，J/kg。新乡学院化工原理精品课程相变时相变时 热量衡算：式中 r 热流体的汽化潜热，kJ/kg；TS 热流体的饱和温度，。传热计算的出发点和核心：新乡学院化工原理精品课程4.4.3 4.4.3 总传热系数总传热系数dA t2W1，T1W2，t1 T2新乡学院化工原理精品课程热流体 固体壁面一侧固体壁面一侧 另一侧固体壁面另一侧 冷流体twTw对流对流导热冷流体热流体tTQ新乡学院化工原理精品课程（3）管内对流（1）管外对流（2）管壁热传导对于稳定

23、传热 新乡学院化工原理精品课程式中 K总传热系数，W/(m2K)。新乡学院化工原理精品课程污垢热阻污垢热阻 式中 R1、R2传热面两侧的污垢热阻，m2K/W。新乡学院化工原理精品课程讨论：讨论：1当传热面为平面时，A=Ai=A0=Am2以外表面为基准(dA=dA0):新乡学院化工原理精品课程式中 K1以换热管的外表面为基准的总传热系数；dm换热管的对数平均直径。以壁表面为基准：以内表面为基准：新乡学院化工原理精品课程3.近似用平壁计算工程上习惯以A外为表面积作为计算基准面，所以以后所遇的传热系数K（如没有特殊说明）均为相对于外管表面。4.当管壁和污垢热阻忽略时，总热阻取决于a小的一侧流体的热阻

24、。当 时，K5.壁温接近于热阻较小一侧的流体温度。新乡学院化工原理精品课程6.1/K值的物理意义 新乡学院化工原理精品课程一、恒温传热一、恒温传热二、变温传热二、变温传热tm与流体流向有关4.4.4.4.4.4.传热平均温度差传热平均温度差逆流并流错流折流新乡学院化工原理精品课程1、逆流和并流时的、逆流和并流时的tmt2t1T1T2t1t2T1T2 t2tAt1T2T1 t2tAt1T2T1逆流逆流并流并流新乡学院化工原理精品课程以逆流为例推导假设：1）定态传热、定态流动，W1、W2一定 2）cp1、cp2为常数，为进出口平均温度下的3）K沿管长不变化。4）热损失忽略不计。新乡学院化工原理精品

25、课程T2t1t2T1dTdtdAAtt2t1Tt新乡学院化工原理精品课程1）也适用于并流 T2t1t2T1At2t1新乡学院化工原理精品课程2）较大温差记为t1，较小温差记为t2；3）当t1/t22，则可用算术平均值代替4）当t1t2新乡学院化工原理精品课程：逆流时的平均温度差：逆流时的平均温度差2、错流、折流时的、错流、折流时的新乡学院化工原理精品课程4.4.5 4.4.5 壁温的计算壁温的计算稳态传热 1大，即/Am小，热阻小，tW=TW新乡学院化工原理精品课程TW接近于T，即大热阻小侧流体的温度。3两侧有污垢 2当tW=TW，得 新乡学院化工原理精品课程4.5 4.5 热辐射热辐射4.5

26、.1 4.5.1 基本概念基本概念4.5.2 4.5.2 物体的辐射能力物体的辐射能力4.5.3 4.5.3 两固体间的相互辐射两固体间的相互辐射4.5.44.5.4 高温高温设备及管道的热损失设备及管道的热损失新乡学院化工原理精品课程4.5.1 4.5.1 基本概念基本概念1.辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。2.热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向 外发射能量的过程。特点：特点：能量传递的同时还伴随着能量形式的转换；内能1 电磁波能内能2温度较高时考虑；不需要任何介质。新乡学院化工原理精品课程辐射传热的特性辐射传热的特性具有反射、折射和吸收的特性；服从光的反射、折射定律；能在均一介

27、质中作直线传播。新乡学院化工原理精品课程新乡学院化工原理精品课程QRQDQANQ能量守恒定律：式中 吸收率；反射率；穿透率。3.热辐射对物体的作用总能量Q；被物体吸收QA；被反射QR；穿过物体QD A,R,D=f(物体性质、温度、表面、辐射波长）新乡学院化工原理精品课程44.黑体、镜体（白体）、透热体、灰体能全部吸收辐射能的物体A=1,R=D=0黑体能全部反射辐射能的物体R=1,A=R=0镜体能透过全部辐射能的物体D=1,A=R=0透热体 无光泽的煤A=0.97近于黑体 干净的雪R=0.985近于白体 磨光的金属R=0.97近于白体 一般的物体，既不是黑体，也不是镜体。液、固体D=0,A+R=

28、1；气体R=0,A+D=1其吸收率A和物体的性质、状态和波长有关。灰体对各种波长的辐射能都能同样吸收的理想物体。特点：吸收率A不随波长而变是不透D=0,A+R=1新乡学院化工原理精品课程4.5.2 4.5.2 物体的辐射能力物体的辐射能力 物体在一定温度下，单位表面积，单位时间内所发射的全部辐射能（波长从全部辐射能（波长从0到到），W/m2。物体的单色辐射能力：物体在一定温度下，发射某某种波长种波长的能力；以E表示，单位W/m3。新乡学院化工原理精品课程式中 0黑体辐射常数，=5.67 10-8W/(m2.K4)；C0黑体辐射系数，=5.67W/(m2.K4)斯蒂芬-波尔茨曼定律一、黑体一、黑

29、体四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感。新乡学院化工原理精品课程 二、二、实际物体实际物体物体的黑度：1 物体的黑度：物体的种类、表面温度、表面状况、波长。是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度。式中 C灰体的辐射系数，C=5.669W/(m2.K4)三、灰体三、灰体新乡学院化工原理精品课程四、克希霍夫定律四、克希霍夫定律 设设：A-灰体 B-黑体 A发射辐射能全部被B吸收。B发射辐射能：部分被A吸收-；部分被A反射-；热平衡时，对灰体而言：新乡学院化工原理精品课程结论：（1）任何物体的发射能力与吸收率的比值均相同，且等于同温度下绝对黑体的发射能力。物体的发射能力越强，其吸收率越大。（2）A=即

30、同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等。（），即在任何温度下，各种物体中以绝对黑体的发射能力为最大。善于吸收的物体也善于发射。新乡学院化工原理精品课程A和的比较在同一温度下，物体的吸收率和黑度在数值上相等。表示灰体发射能力占黑体发射能力的分数A为外界投射来的辐射能被物体吸收的分数 新乡学院化工原理精品课程一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射4.5.3 4.5.3 两固体间的相互辐射两固体间的相互辐射新乡学院化工原理精品课程式中 A平面的传热面积；1-2角系数(物体1发射辐射能被2拦截分率)。当两平行壁面间距离与表面积相比不是很小时，辐射传热速率应写为：在面

31、积均为A相距很小的平行面间的辐射传热速率为：新乡学院化工原理精品课程 C1-2：物体1对物体2的总发射系数，取决于壁面的性质和两个壁面的几何因素。P165表 4-11 例：车间内有一高和宽各为3m的铸铁炉门，其温度为227，室内温度为27。为了减少热损失，在炉门前50mm处设置一块尺寸和炉门相同的而黑度为0.11的铝板，试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。：几何因子或角度系数，表示从辐射面积A所发射出的能量为另一物体表面所拦截的分数。数值与两表面的形状、大小、相互位置以及距离有关。新乡学院化工原理精品课程解解：(1)放置铝板前因辐射损失的热量取铸铁的黑度为新乡学院化工原理精品课程（2）放置铝

32、板后因辐射损失的热量用下标1、2和i分别表示炉门、房间和铝板。假定铝板的温度为TiK，则铝板向房间辐射的热量为：新乡学院化工原理精品课程式中：炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热，故放置铝板后因辐射损失的热量为：新乡学院化工原理精品课程式中：当传热达到稳定时，新乡学院化工原理精品课程放置铝板后因辐射的热损失减少百分率为：结结论论：设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法，而且挡板材料的黑度愈低，挡板的层数愈多，则热损失愈少。新乡学院化工原理精品课程三、影响辐射传热的因素三、影响辐射传热的因素1.温度的影响 T4，低温时可忽略，高温时可能成为主要方式2.几何位置的影响3.表面黑度的影响

33、，可通过改变黑度的大小强化或减小辐射传热。4.辐射表面间介质的影响 减小辐射散热，在两换热面加遮热板（黑度较小的热屏）。新乡学院化工原理精品课程4.5.4 4.5.4 高高温温设设备备及及管管道道的的热热损损失失(辐辐射射对对流流联合传热联合传热)对流散热：辐射散热：总热损失：式中 T对流-辐射联合传热系数，W/(m2.K)。新乡学院化工原理精品课程(1)空气自然对流，当tW5m/s时 新乡学院化工原理精品课程4.5.5 气体的热辐射气体的热辐射 气体气体：单、对称双原子气体（H2、O2、空气）近似透热体，透热体，无吸收、发射能力 多原子气体(CO2、H2O蒸汽)高温时具有很强发射和吸收能力。

34、气体热辐射特点：气体热辐射特点：*选择性选择性 只发射和吸收某一波长范围的辐射能；*容积辐射特性容积辐射特性 吸收和发射在整个体积内进行。气体发射能力：气体发射能力：新乡学院化工原理精品课程4.6 4.6 换热器换热器4.6.1 4.6.1 换热器的分类换热器的分类4.6.2 4.6.2 间壁式换热器的类型间壁式换热器的类型4.6.3 4.6.3 列管换热器的选用列管换热器的选用4.6.4 4.6.4 传热的强化措施传热的强化措施4.6.5 4.6.5 新型的换热设备新型的换热设备新乡学院化工原理精品课程4.6.1 4.6.1 换热器的分类换热器的分类按用途分类：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器

35、和再沸器按冷热流体热量交换方式分类：混合式、蓄热式和间壁式主要内容：1.根据工艺要求，选择适当的换热器类型；2.通过计算选择合适的换热器规格。新乡学院化工原理精品课程4.6.2 4.6.2 间壁式换热器的类型间壁式换热器的类型一、一、夹套换热器夹套换热器新乡学院化工原理精品课程二、蛇管换热器二、蛇管换热器1.沉浸式强化措施：可减少管外空间；容器内加搅拌器。新乡学院化工原理精品课程2.喷淋式新乡学院化工原理精品课程 优点：结构简单；便于耐腐蚀；管内能耐高压；管外 比沉浸式大。缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果；只能安装在室外，占地面积大。新乡学院化工原理精品课程三、套管换热器三、套管换热器新乡学

36、院化工原理精品课程四、列管换热器四、列管换热器新乡学院化工原理精品课程圆缺形圆盘形多管程：增大管内流体u，提高管内的加挡板：增大壳程流体的湍动，提高壳程的新乡学院化工原理精品课程1.固定管板式特点：结构简单；但壳程检修和清洗困难。新乡学院化工原理精品课程2.浮头式特点：可完全消除热应力,便于清洗和检修,结构复杂新乡学院化工原理精品课程3.U型管式特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。新乡学院化工原理精品课程一、列管换热器的设计和选用原则一、列管换热器的设计和选用原则1.流径的选择不清洁、易结垢流体宜走管程有腐蚀性流体，宜走管程饱和蒸汽宜走壳程：因饱和蒸汽干净冷凝水易从壳程排出饱和蒸汽大，无须用

37、流速增大饱和蒸汽大，走壳程与壳体和管子都接触，因此产生热应力小。新乡学院化工原理精品课程高压流体宜走管程被冷却流体宜走壳程(6)对流传热系数低走管程。(7)流量小的或黏度大的走壳程。新乡学院化工原理精品课程2.流速选用 一般流速较大，则传热大，但流速过大会增加阻力，增大动力消耗，因此有一适宜流速范围。流体种类一般流体 易结垢流体气体流速 m/s管程0.531530壳程0.21.50.5315新乡学院化工原理精品课程3.管子规格及排列方式规格管径：换热器直径越小，换热器单位体积管子数可增多，则换热面积就越大，但管径太小，则阻力会加大，且易堵塞。目前我国换热器管子有192mm和252.5mm两种。

38、管长：管长选取以清洗方便、合理使用管子为准，我国管子长度为6m，所以换热器管长取6m的倍数如：1.5、2、3、6几种。排列方式等边三角形：优点为排列紧凑，在同样管间距情况下，单位面积可排较多管子，且管外流体扰动大，管外大。缺点为：管外清洗较困难。新乡学院化工原理精品课程正方形：管子排列较松散，管外较正三角形排列。小，但管外清洗较易，如将管束旋转一个角度，可使管外加大。4.折流挡板安装折流挡板，目的是为了提高管外，为取得良好效果，挡板的形状和间距必须适当。新乡学院化工原理精品课程5、流向的选择(1)从提高传热推动力来言，逆流最佳。(2)工艺上要求加热某一热敏性物质时，易于控制流体出口温度,采用并

39、流。(3)采用折流和其它复杂流型的目的是为了提高传热系数，从而提高K来减小传热面积。用来表示某种流动型式在给定工况下接近逆流的程度，最好使0.9，否则另外选其他流型。(4)当换热器一侧流体发生相变，可能其温度保持不变，此时就无所谓逆并流，不论何种流动形式，只要进出口温度相同，则tm均相等。6.流体两端的温度及温度差的确定新乡学院化工原理精品课程4.6.3 4.6.3 列管换热器的选用列管换热器的选用1.根据工艺任务，计算热负荷2.计算tm3.依据经验选取K，估算A4.确定冷热流体流经管程或壳程，选定u 先按单壳程多管程的计算，如果0.8，应增加壳程数；由u和V估算单管程的管子根数，由管子根数和

40、估算的A，估算管子长度，再由系列标准选适当型号的换热器。新乡学院化工原理精品课程5.核算K 分别计算管程和壳程的，确定垢阻，求出K，并与估算的K进行比较。如果相差较多，应重新估算。6.计算A 根据计算的K和tm，计算A，并与选定的换热器A相比，应有10%25%的裕量。新乡学院化工原理精品课程4.6.4 4.6.4 传热过程的强化途径传热过程的强化途径一、增大一、增大 tm 提高加热剂T1的温度或降低冷却剂t1的温度 两侧变温情况下，尽量采用逆流流动为了增强传热效率，可采取tm、A/V、K。二、增大二、增大A/V 直接接触传热，可增大A 和湍动程度，使Q新乡学院化工原理精品课程 采用高效新型换热

41、器改进传热面结构入手来增大A 和湍动程度，使Q(a)光直翅片 (b)锯齿翅片 (c)多孔翅片新乡学院化工原理精品课程三、增大三、增大K尽可能利用有相变的热载体（大）用大的热载体，如液体金属Na等减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻提高较小一侧有效 提高的方法(无相变)：增大流速 管内加扰流元件 改变传热面形状和增加粗糙度新乡学院化工原理精品课程4.6.5 4.6.5 新型的换热器新型的换热器一、平板式换热器一、平板式换热器新乡学院化工原理精品课程新乡学院化工原理精品课程优点：传热效率高，K大结构紧凑，操作灵活，安装检修方便缺点：耐温、耐压差易渗漏，处理量小新乡学院化工原理精品课程二、螺旋板式换热器二、螺旋板式换热器新乡学院化工原理精品课程优点：传热效率高不易堵塞结构紧凑，成本较低缺点：压力、温度不能太高难以维修新乡学院化工原理精品课程