第四章传热(应化)(化工传递过程)

第四章传热(Heattransfer)1第四章传热(Heattransfer)第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节传热过程计算第五节对流传热系数经验关联式第六节辐射传热第七节换热器2第一节概述（Introduction）4.1.0传热的基本定义4.1.1传热过程在化工生产中的应用4.1.2传热的三种基本方式4.1.3冷热流体接触方式4.1.4传热速率和热通量4.1.5稳定传热和不稳定传热4.1.5载热体及其选择3第一节概述（Introduction）4.1.0

传热的基本定义

系统内由于温度的差异使热量从高温向低温转移的过程称之为热量传递过程，简称传热。4.1.1传热过程在化工生产中的应用对物料进行加热、冷却、汽化或冷凝

减少热损失，对高温及低温设备或管道保温或隔热

工业废热的回收与利用

强化传热过程削弱传热过程44.1.2传热的三种基本方式

工业生产中导热存在于：固体内部、接触良好的固体之间、换热器壁面、流体的层流内层。一、热传导(Conduction)物体内质点不发生宏观的相对位移，由微观粒子的热运动所引起的热量传递过程。金属—自由电子的运动气体—分子无规则热运动非金属、液体—分子、原子振动第一节概述-----导热5

工业生产中，对流传热发生在固体壁面与流体之间，同时伴有热传导。二、对流(Convection)流体质点间发生宏观相对位移而引起的热量传递。■按引起质点运动的原因分为：自然对流和强制对流。第一节概述自然对流：温度差产生密度差，使流体运动。强制对流：依靠外力（泵、风机、搅拌等）使流体运动。-------对流传热6物体因热的原因发出辐射能，以电磁波的形式传递热量的过程。只有温度较高时才成为主要传热方式不需任何介质，且伴随电磁能与热能的能量形式的转换三、热辐射(Radiation)第一节概述

实际生产中的传热过程很少是以一种方式进行，而是两种或三种基本方式的联合，如间壁式换热就是热对流和热传导的串联过程。74.1.3传热中冷、热流体的接触方式一、直接混合式---常用于热气体的水冷或热水的空冷。

第一节概述8二、蓄热式常用于气体余热的利用第一节概述----冷、热流体交替通过蓄热室传递热量91—内管2—外管三、间壁式第一节概述---冷、热流体用间壁隔开，其型式很多。10第一节概述(间壁式）传热步骤：（1）热流体将热量传递至固体壁面左侧（对流传热）（2）热量自壁面左侧传递至壁面右侧（导热）（3）热量自壁面右侧传递至冷流体（对流传热）热流体冷流体对流传热对流传热Q导热T1T2t1t2（4）总传热面积：固体间壁（1）（2）（3）11热通量q（热流密度）：单位传热面的传热速率，W/m2传热速率Q：单位时间内通过传热面的热量，J/s或W。

对于定态传热，通过换热器各传热面的传热速率为定值，而热通量与所选择的面积有关，选内侧、外侧和平均面积时q值不同。4.1.4传热速率和热通量第一节概述12第一节概述传热速率（Q）通式：R：整个传热面的热阻，R’：单位传热面积的热阻K：比例系数，总传热系数，W/m2·K134.1.5稳定传热和不稳定传热第一节概述稳定传热：在传热体系中各点的温度只随换热器的位置的变化而变，不随时间而变．

特点：传热速率为常量，热通量不一定为常数。不稳定传热：若传热体系中各点的温度，既随位置的变化，又随时间变化。

特点：传热速率、热通量均为变量。化工过程中连续生产主要为稳定传热。144.1.6载热体及其选择第一节概述1.载热体-----提供或取走热量的流体（1）加热介质（加热剂）热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯混合物、熔盐、烟道气等（2）冷却介质（冷却剂）

水、空气、盐水、氨蒸汽等2.选用原则温度易调，不易分解，无毒无害，便宜，易得15第一节概述

表4－1常用加热剂及其适用温度范围

表4－2常用冷却剂及其适用温度范围16第二节热传导（Conduction）4.2.1傅里叶定律4.2.2导热系数4.2.3平面壁的定态热传导4.2.4圆筒壁的定态热传导17

1.温度场：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布情况4.2.1傅里叶定律一、温度场(TemperatureField)和温度梯度定态温度场：定态一维温度场：t1

t2

t1>t2等温面Q等温面：同一时刻温度场中温度相同各点所组成的面。温度不同的等温面彼此不相交；沿等温面无热量传递；沿与等温面相交的任何方向有热量传递。18

2.温度梯度(TemperatureGradient)定态一维温度场：垂直于等温面(法线方向），以温度增加的方向为正。

温度沿等温面垂直方向的变化率，为矢量。4.2.1傅里叶定律19二、傅立叶定律(Fourier’slaw)A—导热面积，m2λ—导热系数，W/m·℃Q—导热速率，W实践证明：导热速率与温度梯度及传热面积成正比。“—”号表示导热方向总是和温度梯度方向相反。4.2.1傅里叶定律20

物质的物理性质之一，λ越大,导热性能越好4.2.2导热系数

定义式——单位温度梯度下的热通量

λ与组成、结构、温度等有关，用实验测定。

表4－3物质导热系数的数量级21（3）气体（2）液体液体中，水最大。

T↑，水和甘油↑，其它略↓导热系数很小，不利于导热，适于保温隔热。，（1）固体：a‘─温度系数，对大多数金属，a'<0

对大多数非金属，a'>0----------导热系数关联式4.2.2导热系数224.2.3平面壁的定态热传导一、单层平壁（Flat-walled）的定态热传导假设：①材料均匀，λ为常数；②面积与厚度相比无限大，忽略端热损失；②温度仅沿x方向变化，且不随时间变化——一维稳态热传导。t1t2δtxdxQ传热面为平面234.2.3平面壁的定态热传导24二、多层平壁的定态热传导4.2.3平面壁的定态热传导假设：① 面积相对于厚度无限大；② 各层材料均匀；③ 温度仅沿x变化，不随时间变化——维稳态热传导；各层接触面两侧温度相同。t1t2

b1tx

b2

b3t2t4t3254.2.3平面壁的定态热传导264.2.3平面壁的定态热传导n层平面壁：274.2.3平面壁的定态热传导【例】

一燃烧平壁炉，炉壁由三种材料构成，由内至外：耐火砖，厚度150mm，导热系数1.05W/m.℃

保温砖，厚度290mm，导热系数0.15W/m.℃

普通砖，厚度228mm，导热系数0.81W/m.℃t1=1016℃,t4=34℃。求单位面积的热损失及接触面温度。解：各层间温度如图所示284.2.3平面壁的定态热传导294.2.3平面壁的定态热传导2.

总阻力为各层热阻之和。即对多层壁面的定态热传导，传热推动力和传热阻力具有加和性；3.多层壁面的定态热传导，各分层温度降与该层的热阻呈正比。可以看出：1.过程的总推动力为各层推动力之和；304.2.4圆筒壁的定态热传导一、单层圆筒壁(Cylinder)的热传导分离变量，积分得：温度分布为曲线L传热面积A沿热量传递方向而变化，即传热面积A随圆筒的半径而变化。传热面为曲面314.2.4圆筒壁的定态热传导写成类似平壁导热速率方程形式：——对数平均半径(LogarithmicMeanRadius)当时，用算术平均值代替对数平均值（4%），令：b=r2-r132二、多层圆筒壁的热传导4.2.4圆筒壁的定态热传导334.2.4圆筒壁的定态热传导类似于多层平面壁，对三层圆筒壁：*bi

为层的厚度Ami为各层平均面积344.2.4圆筒壁的定态热传导n层圆筒壁通式：354.2.4圆筒壁的定态热传导【例】在φ60mm×3.5mm的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/（m·K）；外层为20mm的石棉层，平均导热系数λ=0.15W/（m·K）。测得管内壁温度500oC，最外层温度80oC，管壁导热系数λ=45W/（m·K）。求每米长的管道上的热损失和两层保温层面的温度。解（1）求每米管长的热损失Q/Lr1=53/2=26.5(mm),r2=60/2=30(mm)r3=30+40=70(mm),r4=70+20=90(mm)t1=500oC，t4=80oCλ1=45W/(m·K),λ2=0.07W/(m·K)λ3=0.15W/(m·K）36

4.2.4圆筒壁的定态热传导解得：t3=131oC

（2）求两保温层界面的温度t337第三节对流传热(Convection)4.3.1对流传热分析

4.3.2对流传热速率方程和对流传热系数384.3.1对流传热分析当流体沿壁面呈湍流流动时，临近壁面处总有一层层流内层（底层）存在，在此薄层内流体成层流流动。在层流内层和湍流主体之间为缓冲层（过渡流)。对流传热当流体流过固体壁面，因流体温度与壁面温度不同时发生的传热过程。394.3.1对流传热分析■湍流主体:流体质点湍动剧烈，传热热阻很小，温差极小，各处温度基本相同。■层流底层:在传热方向上因无质点位移，传热方式主要为热传导，传热温度差大，热阻大。■过渡流层:传热方式既有热传导又有对流，有一定的温度差及热阻。404.3.2对流传热速率方程和对流传热系数δ414.3.2对流传热速率方程和对流传热系数一、对流传热速率方程——牛顿公式

有效滞流膜理论:

将所有的传热阻力都集中在厚度为（δ=δb+δf

)

的一层层流膜中，其中的传热方式为导热，依据傅里叶定律，有：——牛顿公式42定义：二、对流传热系数α单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率

不是物性，而是受多种因素影响的一个参数[W/m2.℃]常用对流传热的α值范围可查表4.3.2对流传热速率方程和对流传热系数43第四节传热过程计算4.4.1热量衡算4.4.2总传热速率微分方程4.4.3总传热系数4.4.4传热平均温差4.4.5传热计算应用举例444.4.1热量衡算换热器的热负荷Q：换热器在单位时间内冷、热流体所交换的热量称为换热器的热负荷。

J/s或W。1.区别：■传热速率:换热器单位时间能够传递的热量，是换热器的生产能力，主要由换热器自身的性能决定。■热负荷:生产上要求换热器单位时间传递的热量，是由生产任务决定的。热负荷与传热速率的关系：

2.联系为确保换热器能完成传热任务，换热器的传热速率须大于至少等于其热负荷。454.4.1热量衡算1.若两流体无相变，且cp

为常数，则：2.若热流体有相变，如饱和蒸汽冷凝，则：低于Ts下离开冷凝液在Ts（饱和温度）下离开T-热t-冷

h-热c-冷

1-进2-出式中：r为饱和蒸汽冷凝潜热；Ｔs为冷凝液的饱和温度

热流体放出的热量被冷流体所吸收，冷流体获得的热量等于热流体放出的热量---热量衡算。464.4.2总传热速率微分方程

通过间壁换热器任一微元面积dA，流体间进行传热的总传热速率方程，可仿照对流传热速率方程写出，即：一、间壁式换热器总传热速率微分方程474.4.2总传热速率微分方程

式中：dQ－通过微元传热面积dA的传热速率，W；

K－局部总传热温度系数，W/（m.℃）；

Δt—局部传热温度差，℃；

T—换热器任一截面的热流体的温度，℃；

t—换热器任一截面的冷流体的温度，℃。上式为总传热速率微分方程式，也是总传热系数K的定义式。48

如无特别说明，手册中的K指Ko4.4.2总传热速率微分方程其他形式：49

间壁式传热的三个步骤：（1）热流体对流管壁（2）热管壁传导冷管壁（3）冷管壁对流冷流体4.4.3总传热系数（OverallHeat-transferCoefficient)二、总传热系数K对流对流传导504.4.3总传热系数则得：总传热系数与各分传热系数的关系为：对于稳定传热：dQ=dQ1=dQ2=dQ3514.4.3总传热系数对于平壁，A=Ao=Am=Ai对于圆筒壁，如以外表面Ao为基准，则K记为Ko，524.4.3总传热系数同理，如以内表面Ai为基准，则K记为Ki，同理，如以平均表面Am为基准，则K记为Km，534.4.3总传热系数●以内表面Ai为基准：●以平均表面Am为基准：●以外表面Ao为基准：

●平面壁：544.4.3总传热系数【例】某列管换热器的管束由Φ25×2.5mm的钢管（λ=45W·m-1·K-1）组成，热空气流经管程，冷却水在管外和空气呈逆流流动。已知管内热空气侧的αi为50W·m-2·K-1，管外水侧的αo为1000W·m-2·K-1，试求基于管外表面的传热系数Ko和基于内表面的传热系数Ki，并比较KoAo和KiAi。

解：按圆管公式计算，基于外表面时：代入已知数据计算得：554.4.3总传热系数

计算结果表明，选取不同的传热表面，计算所得K值不同，但KA是相同的！？

若以内表面为参考得：对一根管取单位长度有：56

总传热系数的数值范围

换热器的总传热系数主要与流体的物性和流动状态有关，下表为列管式换热器的总传热系数的经验值。4.4.3总传热系数57三、污垢热阻总热阻：若传热面为平壁或薄壁时：当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时：4.4.3总传热系数

换热器在一段时间运行后，传热壁面往往积存一层污垢，对传热形成了附加（额外）热阻，称为污垢热阻。因此在估算K值时，一般不能忽略污垢热阻。58流体种类污垢热阻m2·℃/W流体种类污垢热阻m2·℃/W水(u<1m/s,t<50℃)

蒸气

海水0.0001有机蒸汽0.0002河水0.0006水蒸气(不含油)0.0001井水0.00058水蒸气废气(含油)0.0002蒸馏水0.0001制冷剂蒸汽(含油)0.0004锅炉给水0.00026气体

未处理的凉水塔用水0.00058空气0.0003经处理的凉水塔用水0.00026压缩气体0.0004多泥沙的水0.0006天然气0.002盐水0.0004焦炉气0.002污垢热阻的大致数值4.4.3总传热系数594.4.3总传热系数【例】列管换热器由25×2.5mm的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈逆流流动。已知管内侧空气的i为50W/(m2℃)，管外水侧的o为1000W/(m2℃)，钢的为45W/(m℃)。空气侧污垢热阻Rsi=0.5×10-3m2

·℃/W，水侧污垢热阻Rso=0.2×10-3m2

·℃/W。试求基于管外表面积的总传热系数Ko。解：由其中do=0.025m,di=0.020m,b=(do-di)/2=0.0025mdm=(do-di)/ln(do/di)=(25-20)/ln(25/20)=22.4mm=0.0224m代入数据得：Ko=37.2W/(m2℃)

604.4.3总传热系数【例】在上例中，若管壁和污垢的热阻可忽略，为了提高总传热系数，在其它条件不变的情况下，分别提高不同流体的对流传热系数，即：(1)将i提高一倍；(2)将o提高一倍。试分别计算Ko。解：(1)将i提高一倍，i＝2×50＝100W/(m2℃)

Ko=74W/(m2℃)

(2)将o提高一倍，o＝2×1000＝2000W/(m2℃)，Ko=39W/(m2℃)讨论：i50100，Ko=74o10002000，Ko=39原Ko=37.2W/(m2℃)计算表明：提高大给热系数，总传热系数基本不变；提高小给热系数1倍，总传热系数提高近1倍。61（1）K值永远接近且小于α小（热阻大）侧流体的对流传热系数值。所以，提高K值的途径是提高小α。四、关于提高K值的讨论（2）两α接近时，须同时提高两侧对流传热系数值。（3）污垢热阻有时会成为传热的主要阻力：加强水质处理、加阻垢剂、定期除垢（机械、化学）。4.4.3总传热系数624.4.4总传热速率方程与传热平均温差前提：①K为常量；②用一平均温差Δtm代替温差（T-t），视为常量。——总传热速率方程A——换热器的总传热面积Δtm——两流体在整个换热器内的平均温差K——总传热系数一、总传热速率方程634.4.4总传热速率方程与传热平均温差二、传热平均温度差△tm的计算

按照参与热交换的两种流体在沿着换热器壁面流动时各点温度变化的情况，可将传热分为：恒温差传热；变温差传热。

641、恒温传热时的平均温度差4.4.4总传热速率方程与传热平均温差

两种流体进行热交换时，在沿传热壁面的不同位置上，在任何时间两种流体的温度皆不变化，这种传热称为稳定的恒温传热。如蒸发器中，饱和蒸汽和沸腾液体间的传热。

式中：T—热流体的温度℃，t—冷流体的温度℃。652、变温传热时的平均温度差4.4.4总传热速率方程与传热平均温差

在传热过程中，间壁一侧或两侧的流体沿着传热壁面，在不同位置时温度不同。生产上换热器内流体流动方向大致可分为下列四种情况：

并流:两种流体在传热面的两侧以相同的方向流动。逆流:两种流体在传热面的两侧以相反的方向流动。并流12逆流12传热面664.4.4总传热速率方程与传热平均温差

错流：换热的两种流体在传热面两侧彼此呈垂直方向流动。

折流：简单折流：一侧流体只沿一个方向流动，而另一侧的流体作折流，使两侧流体间有并流与逆流的交替存在。复杂折流：参与热交换的双方流体均作折流。674.4.4总传热速率方程与传热平均温差3.逆流和并流时的平均温度差传热为稳定操作过程。两流体的比热为常量。总传热系数K为常量。换热器的热损失可忽略。以逆流为例：热量衡算微分方程为

dQ=-WhcphdT=Wccpcdt

根据假定有：假设：684.4.4总传热速率方程与传热平均温差Q~T和Q~t为直线关系，即T=mQ+kt=m΄Q+k΄Δt=T-t=(m-m΄)Q+(k-k΄)温度T1传热面AT2t1Δt1t2Δt20694.4.4总传热速率方程与传热平均温差从上式可以看出：Δt~Q关系呈直线，其斜率为：将总传热速率微分方程代入上式，则有由于K为常量，积分上式有704.4.4总传热速率方程与传热平均温差（1）当Δt2/Δt1≤2时，可用(Δt2+Δt1)/2代替对数平均温度差。（2）应用上式求Δtm时，一般取Δt2＞Δt1。（3）上式对并流也适用。

——对数平均温差(LogarithmicAverageTemperatureDifference)714.4.4总传热速率方程与传热平均温差逆流：T进T出t出t进△t1△t2并流：△t1△t2T进T出t进t出A724.4.4总传热速率方程与传热平均温差【例】套管换热器用20℃的冷却水将某溶液从100℃冷却至60℃，溶液流量1500kg/h，溶液比热3.5kJ/(kg·℃)，已测得水出口温度为40℃，分别计算并流与逆流时的对数平均温差。若已知并流和逆流时总传热系数K=1000W/(m2·℃)，求并流操作和逆流操作所需的传热面积。解：逆流和并流的平均温差分别是：逆流并流73

结论：其他条件一定时，逆流Δtm比并流大，可节省传热面积。若有一方恒温，不必考虑流动方向4.4.4总传热速率方程与传热平均温差传热负荷为：逆流操作和并流操作时换热器的面积分别是：744.错流和折流时的平均温差—Underwood-Bowman图算法4.4.4总传热速率方程与传热平均温差先按纯逆流情况求得对数平均温度差，然后再乘以校正系数，即式中R=(T1-T2)/(t2-t1)=热流体的温降/冷流体的温升

P=(t2-t1)/(T1-t1)=冷流体的温升/两流体的最初温差

根据冷、热流体进、出口的温度，依上式求出R和P值后，校正系数εΔt值可根据R和P两参数从相应的图中查得。（P232）75单壳程4.4.4总传热速率方程与传热平均温差76双壳程4.4.4总传热速率方程与传热平均温差774.4.5传热计算应用举例设计型：操作型：根据工艺要求的传热量，确定传热面积。判断某一换热器能否满足生产要求，或预测某些参数变化后，换热器传热能力的变化。计算依据78【例】有一套管换热器，热流体走内管，进、出口温度分别为120℃和70℃；冷流体走环隙，进、出口温度分别为20℃和60℃，逆流操作。现把换热管加长，使传热面积增大一倍，若两流体的流量及进口温度保持不变，求热、冷流体的出口温度各为多少？设在前、后工况下，流体的物性数据和换热器的K值均没有变化。解：1.在原工况下：4.4.5传热计算应用举例792.在新工况下联立（a）和（b）求解，T2′=51℃，t2′=75.2℃4.4.5传热计算应用举例80第五节对流传热系数经验关联式4.5.1影响对流传热系数的主要因素4.5.2对流传热系数经验公式的建立4.5.3流体无相变时的对流传热814.5.1影响对流传热系数的主要因素由于对流传热的多样性，有必要将问题分类加以研究。对流传热系数无相变有相变强制对流自然对流管内管外圆形直管弯管非圆形直管管束外的垂直流动管间流动蒸气冷凝液体沸腾4.5.1影响对流传热系数的主要因素

α824.5对流传热系数经验关联式1.流体的种类(气、液、蒸气)和相变化(有、无)情况3.流体的流动类型(层、湍流)4.对流的种类(自然、强制)5.传热面的形状、布置和大小2.流体的物性()834.5.2对流传热系数经验公式的建立一、无相变时强制对流的影响因素通过因次分析，得准数关系式：二、无相变自然对流的影响因素准数关系式：式中：βg⊿t表示流体由于温差⊿t而产生的浮升力，

β称为流体的体积膨胀系数，因次为1/℃。l－传热设备的特征尺寸84准数的符号和意义4.5.2对流传热系数经验公式的建立854.5.2对流传热系数经验公式的建立在学习为数繁多的关联式时，应注意以下三个方面的问题。

定性温度：t定取流体进，出口温度的算术平均值作为定性温度；高粘度流体用壁温作粘度定性温度；冷凝传热取冷凝液主体温度和壁温的算术平均值作为定性温度。特征尺寸：传热面的几何因素有时是很复杂的，一般选取对传热起决定作用的几何因素作为特征尺寸，管内流动取管内径作为特征尺寸；非圆形管取当量直径作为特征尺寸。应用范围：只能在实验的范围内应用。Nu、Re864.5.3流体无相变时的对流传热1.流体在圆形直管内作强制湍流（1）低粘度液体（小于2倍常温水的粘度）一、流体在管内强制对流传热n——流体被加热时取0.4，被冷却时取0.3应用范围：

特征尺寸L：di（取管内径）

定性温度：流体进出口温度的算术平均值87（2）高粘度液体液体被加热≈1.05，被冷却≈0.95定性温度：μw取壁温时粘度，其余各物性取液体平均温度作定性温度。校正热流方向的影响4.5.3流体无相变时的对流传热应用范围：Re＞10000；0.7＜Pr＜16700；特征尺寸L：取管内径di。882.流体在圆形直管中作强制过渡流4.5.3流体无相变时的对流传热应用范围：Re=2300~10000按湍流传热的公式计算α值，然后乘以修正系数f

：893.流体在圆形直管内作强制层流应用范围：

4.5.3流体无相变时的对流传热特征尺寸L：取管内径di。定性温度：μw取壁温时粘度，其余各物性取液体平均温度作定性温度。904.流体在弯管中强制对流4.5.3流体无相变时的对流传热di为管内径，R为弯曲半径。

直管中的对流传热系数915.流体在非圆形直管内作强制对流将管内径di改为de，仍用上述关联式。如套管专用公式：

应用范围：

4.5.3流体无相变时的对流传热常用流体的α可查表！特征尺寸L：取管内径di。定性温度：取流体进、出口温度的算术平均值。92【例】空气以的流速通过一的钢管，管长。空气入口温度为，出口为。试计算空气对管壁间的对流传热系数。如空气流速增加一倍。其它条件不变，对流传热系数又为多少？4.5.3流体无相变时的对流传热解：设为湍流空气的定性温度

查表得：934.5.3流体无相变时的对流传热与假设相符！！！10000944.5.3流体无相变时的对流传热当u‘=2u时：95二、流体在管外强制对流传热1.流体横向流过管束4.5.3流体无相变时的对流传热96适用范围：Re＞3000特性尺寸：管外径do，流速u按每排管子中最窄处算。定性温度：同前错列：直列：排数：为10，否则修正4.5.3流体无相变时的对流传热972．流体在换热器管间流动4.5.3流体无相变时的对流传热98特征尺寸：当量直径de适用范围：Re=2×103～106弓形挡板（缺口面积为25%的壳体内截面）:4.5.3流体无相变时的对流传热99三、自然对流c、n值查表3-6流速u根据流体流过的最大截面积A计算h——相邻挡板间的距离D——壳体的内径4.5.3流体无相变时的对流传热1004.5.4流体有相变时的对流传热一、蒸汽冷凝1.膜状冷凝与滴状冷凝(a)、(b)膜状冷凝(c)滴状冷凝(a)(b)(c)101(1)蒸汽在垂直管（板）外冷凝适用范围：Re<21002.膜状冷凝的传热系数特征尺寸：垂直管或板的高度，m定性温度：取ts下的值，其余取g假设：①冷凝液膜呈滞流流动②蒸汽静止不动③蒸汽温度和壁面温度保持不变④冷凝液的物性可按平均液膜温度取值4.5.4流体有相变时的对流传热102M—冷凝负荷，kg/(m·s)液膜为湍流(Re＞2100)

4.5.4流体有相变时的对流传热103（2）蒸汽在水平管外冷凝特征尺寸：管外径d0若各列管子在垂直方向上的排数不等时4.5.4流体有相变时的对流传热104（3）影响冷凝传热的因素①不凝气体含量的影响②蒸汽流速和流向的影响③蒸汽过热的影响④冷凝面的高度和布置方式4.5.4流体有相变时的对流传热1054.6辐射传热(Radiation)4.6.1热辐射的基本概念4.6.2物体的辐射能力4.6.4对流和辐射的联合传热本节自学1064.6.1热辐射的基本概念一、热辐射热辐射：因热的原因引起的电磁辐射0.4~20μm热射线的波长范围：可见光0.4~0.8μm红外线0.8~20μm107A+R+D=1

二、黑体、镜体、透热体和灰体A—吸收率R—反射率D—透射率4.6.1热辐射的基本概念108灰体：能以相同的吸收率吸收所有波长范围辐射能的物体。黑体（绝对黑体）：A=1镜体（绝对白体）：R=1透热体：D=1特点：（1）A不随波长而变（2）不透热体，即A+R=1三、辐射传热净结果是热量从高温物体传向低温物体4.6.1热辐射的基本概念1094.6.2物体的辐射能力一、黑体的辐射能力—斯蒂芬-波尔茨曼定律

辐射能力E：物体在一定温度下单位表面积、单位时间内所发射的全部波长的辐射能，W/m2

。

110同一温度下灰体的辐射能力与黑体的辐射能力之比称为黑度ε二、灰体的辐射能力黑度和物体的性质、温度及表面情况（如表面粗糙度及氧化程度）有关，一般由实验测定（表3-7）。4.6.2物体的辐射能力111三、克希霍夫定律对板1而言：两板达到热平衡时，T1=T2——辐射能力E与吸收能力A间的关系1-灰体，2-黑体4.6.2物体的辐射能力112对任何物体，辐射能力与吸收率的比值为常数Eb；黑体的辐射能力最大；对于其它物体，吸收率愈大，辐射能力也愈大。对于任何灰体而言：——克希霍夫定律4.6.2物体的辐射能力113任意两灰体间的辐射传热：例3-184.6.2物体的辐射能力1144.6.3对流和辐射的联合传热设备热损失应等于对流传热和辐射传热之和1.由于对流传热而损失的热量为：2.由于辐射传热而损失的热量为：1153.设备热损失：4.6.3对流和辐射的联合传热116【例】在φ219×8mm的蒸汽管道外包扎一层厚75mm、λ为0.1W/(m·℃)的保温材料，管内饱和蒸汽温度为160℃，周围环境温度为20℃，试估算管道外表面的温度及单位长度管道的热损失。假设管内冷凝传热和管壁热传导热阻均可忽略。解:管道保温层外对流—辐射联合传热系数为:单位管长热损失为:4.6.3对流和辐射的联合传热1174.7换热器(HeatExchanger)4.7.1换热器的分类4.7.2间壁式换热器的类型4.7.3换热器传热过程的强化4.7.4列管式换热器的设计和选用118按用途分类：按传热原理和换热方式分类：间壁式换热器混合式换热器蓄热式换热器加热器、冷却器、蒸发器、再沸器、冷凝器等4.7.1换热器的分类按换热器结构和传热面形式对间壁式换热器分类：

管式：蛇管式、套管式、列管式、翅片管式等；板式：板式、螺旋板式、夹套式等。1191.蛇管式换热器（1）沉浸式4.7.2间壁式换热器的类型优点：结构简单、价格低廉，便于制造、能承受高压。缺点：管外液体的对流传热系数较小，从而总传热系数亦小，若增设搅拌装置，则可提高传热效果。120（2）喷淋式（多用作冷却器）4.7.2间壁式换热器的类型该换热器便于检修和清洗。其缺点是占地较大，水滴溅洒到周围环境，且喷淋不易均匀。1212.套管式换热器4.7.2间壁式换热器的类型

优点：结构简单、能耐高压、制造方便、应用灵便、传热面易于增减。缺点：单位传热面的金属消耗量很大，占地较大，故一般适用于流量不大、所需传热面亦不大及高压的场合。1223.列管式换热器（1）

固定管板式特点：结构简单；但壳程检修和清洗困难。4.7.2间壁式换热器的类型123（2）浮头式换热器特点：可完全消除热应力，便于清洗和检修，

结构复杂4.7.2间壁式换热器的类型124（3）U型管式换热器特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。4.7.2间壁式换热器的类型1254.翅片管式换热器4.7.2间壁式换热器的类型126

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4.7.2间壁式换热器的类型5.平板式换热器127

优点：