第三章传热过程

第三章传热过程第三章传热过程1第1页，课件共159页，创作于2023年2月1、生产中对传热过程的基本要求：

①要求高的传热速率，以减小设备尺寸；②隔绝热的传递，以减小热损失。2、传热的基本方式热传导(conduction)；热对流(convection)；热辐射(radiation)。热力学第二定律指出了热传递的方向：在不消耗外界功的条件下，热仅能从高温往低温方向传递或传播。热的传递是由于系统内或物体内温度不同而引起的，根据传热机理不同，传热的基本方式有三种：一、概述研究传热的目的：正确的选定、使用换热器。两者目的不同，但传热机理和设备基本结构在很多方面是相同的。第2页，课件共159页，创作于2023年2月热传导：

热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。导热是静止物体的一种传热方式，不依靠物质的宏观位移。

物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递。热传导在气、液、固三相中均可以进行，但传导的机理不同。金属——自由电子的扩散运动；非金属和大部分液体（除水银等）——分子的动量传递；气体——分子的不规则热运动。如：一根铁棒一端放在火炉上烧，热量会通过铁棒传递到另一侧，但无物质的宏观位移。第3页，课件共159页，创作于2023年2月热量传递方式之一热传导：依靠物体中微观粒子的热运动。第4页，课件共159页，创作于2023年2月强制对流：搅拌器3维动态模拟.gif因泵（或风机）或搅拌等外力所导致的对流称为强制对流。

流动的原因不同，对流传热的规律也不同。在同一流体中有可能同时发生自然对流和强制对流。一般来说，强制对流比自然对流有较好的传热效果。热对流的两种方式：自然对流：由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产生相对位移，这种对流称为自然对流。热对流：流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中。第5页，课件共159页，创作于2023年2月热量传递方式之二：热对流①流体内部传热；②固体与流体之间的传热。流体质点（微团）发生宏观相对位移而引起的传热现象，对流传热只能发生在流体中，通常把传热表面与接触流体的传热也称为对流传热。第6页，课件共159页，创作于2023年2月热辐射：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何介质作媒介（即可在真空中传播）。任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高的时候，热辐射才成为主要的传热形式。实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互伴随着出现的。第7页，课件共159页，创作于2023年2月热量传递方式之三：热辐射高温物体以电磁波的形式进行的一种传热现象。热辐射不需要任何介质作媒介。在高温情况下，辐射传热成为主要传热方式。第8页，课件共159页，创作于2023年2月机理：三种传热的基本方式传导：分子运动（层流、固体）对流：流体宏观运动（流体与固体界面）辐射：电磁波温差大三种方式通常组合形式出现第9页，课件共159页，创作于2023年2月传热机理实例分析天气冷热变化原因管式石油加热炉：由耐火材料建造的燃烧室，向其中喷入可燃性气体混合物并令其在室内燃烧。石油流过悬挂在炉壁与炉顶附近的管网，温度高达2000℃的燃烧气体向管子的外壁面传递热量。电暖器与暖气片的作用热水瓶胆的两层玻璃之间抽真空，内胆外壁和外胆内壁涂了发射率很低的银，试分析保温机理，碰破抽气口有什么影响？

热量的传递过程很少以单一机理进行，而通常是几种机理的串联或并联组合方式进行。地球内部热量的释放方式？第10页，课件共159页，创作于2023年2月再说热辐射！第11页，课件共159页，创作于2023年2月3、定态传热和非定态传热

定态传热：传热面各点的温度不随时间而改变，均衡的连续操作多属于这种情况。

非定态传热：传热面各点的温度随时间而变化，间歇操作大多是非定态传热。4、工业常用的换热方法间壁式换热混合式（直接接触式）换热蓄热式换热间壁式换热工业上应用最多的一种传热方式。第12页，课件共159页，创作于2023年2月

特点：是在冷、热两种流体之间用一金属壁（或石墨等导热性能好的非金属壁）隔开，以使两种流体在不相混合的情况下进行热量传递。间壁式换热器第13页，课件共159页，创作于2023年2月列管式换热器管内流体的行程称为管程（管内）。壳体与管间流体的行程称为壳程（管间）。第14页，课件共159页，创作于2023年2月混合式（直接接触式）换热传热同时伴随传质过程，常用于气体或水蒸汽的冷却。在此类换热器中，冷、热两流体通过直接混合进行热量交换。在工艺上允许两种流体相互混合的情况下，这是比较方便和有效的，且其结构也比较简单。它常用于气体的冷却或水蒸汽的冷凝。第15页，课件共159页，创作于2023年2月蓄热式换热冷流体

蓄热式换热器又称蓄热器，它主要由热容量较大的蓄热室构成。室中可充填耐火砖或金属带等作为填料。当冷、热两种流体交替地通过同一蓄热室时，即可通过填料将得自热流体的热量，传递给冷流体，达到换热的目的。此类换热器的结构较为简单，且可耐高温，常用于气体的余热及其冷量的利用。其缺点是设备体积较大，而且两种流体交替时难免有一定程度的混合。交替：一通一停。（间歇操作）第16页，课件共159页，创作于2023年2月基本概念1传热速率Φ=Q/τ(W)传热速率是指单位时间内传递的热量。第17页，课件共159页，创作于2023年2月基本概念2传热强度（热流密度）q=Q/Aτ=Φ/A(W/m2)

传热强度是单位时间内、单位传热面所传递的热量。它是传热设备的性能标志之一。第18页，课件共159页，创作于2023年2月冷、热两种流体通过列管换热器的管壁进行热量交换，管壁表面积即为传热面积，若已知管数n、管外径d2和管长l，则可求得基于管外表面的传热面积：若换热管内径为d1，管程数为m，则管程流体的流通截面积为：显热（无相变、温升或温降）：Q=m·CP·△t、Φ=qm·CP·△t

潜热（相变、无温度变化）：Q=m·γ、Φ=qm·γ基本概念3第19页，课件共159页，创作于2023年2月二、传导传热温度场(temperaturefield)：某一瞬间空间中各点的温度分布，称为温度场(temperaturefield)。

式中：t——温度；

x,y,z——空间坐标；

τ——时间。

物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即

t=f(x，y，z，τ)

1、导热基本定律——傅里叶定律

1）温度场和温度梯度

第20页，课件共159页，创作于2023年2月

一维温度场：温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。一维温度场的温度分布表达式为：

t=f(x,τ)等温面的特点：（1）等温面不能相交；（2）沿等温面无热量传递。非定态温度场：温度场内如果各点温度随时间而改变。定态温度场：若温度不随时间而改变。等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组成的面。第21页，课件共159页，创作于2023年2月

注意：沿等温面将无热量传递，而沿和等温面相交的任何方向，因温度发生变化则有热量的传递。温度随距离的变化程度以沿与等温面的垂直方向为最大。对于一维温度场，等温面x及(x+Δx)的温度分别为t(x,τ)及t(x+Δx,τ)，则两等温面之间的平均温度变化率为：温度梯度:

温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以温度增加的方向为正。随传热距离（即物料厚度）而引起的温度变化。第22页，课件共159页，创作于2023年2月

傅里叶定律是热传导的基本定律，它指出：单位时间内传导的热量与温度梯度及垂直于热流方向的截面积成正比，即

导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，其值与物质的组成、结构、密度、温度及压强有关。式中Φ——单位时间内传导的热量，简称传热速率，W；A——导热面积，即垂直于热流方向的表面积，m2；λ——导热系数(thermalconductivity)，W/(m

K)。

（注意：与上一章中摩擦阻力系数λ的区别！）式中的负号指热流方向和温度梯度方向相反。2）傅里叶定律第23页，课件共159页，创作于2023年2月xdAΦt+△ttt-△tdt/dx图温度梯度和傅里叶定律第24页，课件共159页，创作于2023年2月3）导热系数

：表征物质导热能力的物性参数。①固体

式中：

0为固体在0C的导热系数，W/(m

K)或W/(m

C)；α为温度系数，1/

C。

金属的导热系数最大，其中以银和铜的导热系数值最高；若金属材料的纯度不纯，会使λ值大大降低；固体非金属次之；绝热材料λ<0.23W/(m

K)。②液体导热系数较小

(1)

金属液体：t

,

(2)

非金属液体（除水、甘油外）：t

,

（略减小）(3)

有机化合物水溶液的导热系数估算式为第25页，课件共159页，创作于2023年2月

式中ωi——组分i的质量分率。(4)有机化合物互溶混合液的导热系数估算式为

③气体

导热系数最小，对导热不利，但有利于保温和绝热(1)

(2)

压力对固体、液体导热系数的影响很小，可忽略不计；对气体P↑→λ↑

(3)

常压下气体混合物的导热系数估算式为

式中——组分i的摩尔分率。——组分i的摩尔质量，kg/kmol。④一般规律(1)

(2)

(3)

(4)

第26页，课件共159页，创作于2023年2月第27页，课件共159页，创作于2023年2月第28页，课件共159页，创作于2023年2月推算壁面的热损失第29页，课件共159页，创作于2023年2月如图所示：bt1t2Φtt1t2obx平壁壁厚为b，壁面积为A；壁的材质均匀，导热系数λ不随温度变化，视为常数；平壁的温度只沿着垂直于壁面的x轴方向变化，故等温面皆为垂直于x轴的平行平面。平壁侧面的温度t1及t2恒定。2、平壁的定态热传导

1）单层平壁定态的热传导第30页，课件共159页，创作于2023年2月式中Δt=t1-t2为导热的推动力(drivingforce)，而R=b/（λA）则为导热的热阻(thermalresistance)。

根据傅里叶定律分离积分变量后积分，积分边界条件：当x=0时，t=t1；x=b时，t=t2，第31页，课件共159页，创作于2023年2月如图所示：以三层平壁为例Φb1b2b3xtt1t2t3t4假定各层壁的厚度分别为b1、b2、b3，各层材质均匀，导热系数分别为λ1、λ2、λ3，皆视为常数；层与层之间接触良好，相互接触的表面上温度相等，各等温面亦皆为垂直于x轴的平行平面。壁的面积为A，在定态导热过程中，穿过各层的传热速率必相等。2）多层平壁的定态热传导

第32页，课件共159页，创作于2023年2月第一层第三层第二层对于定态导热过程：Φ1=Φ2=Φ3=Φ第33页，课件共159页，创作于2023年2月同理，对具有n层的平壁，穿过各层传热速率的一般公式为式中i为n层平壁的壁层序号。

多层平壁定态热传导时，传热的推动力是内壁面和外壁面间的总温差；传热的总热阻是各层热阻的总和；各层的温度降与该层的热阻成正比。q=Φ/A=q1=q2=q3=·····=qn第34页，课件共159页，创作于2023年2月例：某冷库外壁内、外层砖壁厚均为12cm，中间夹层厚10cm，填以绝缘材料。砖墙的热导率为0.70W/m·K，绝缘材料的热导率为0.04W/m·K，墙外表面温度为10℃，内表面为-5℃，试计算进入冷库的热流密度及绝缘材料与砖墙的两接触面上的温度。按温度差分配计算t2、t3℃、℃解：根据题意，已知t1=10℃，t4=-5℃，b1=b3=0.12m，b2=0.10m，λ1=λ3=0.70W/m·K，λ2=0.04W/m·K。按热流密度公式计算q：第35页，课件共159页，创作于2023年2月Qt2t1r1rr2drL如图所示：设圆筒的内半径为r1，内壁温度为t1，外半径为r2，外壁温度为t2。温度只沿半径方向变化，等温面为同心圆柱面。圆筒壁与平壁不同点是其面随半径而变化。在半径r处取一厚度为dr的薄层，若圆筒的长度为L，则半径为r处的传热面积为A=2πr·L。3、圆筒壁的定态热传导

1）单层圆筒壁的定态热传导第36页，课件共159页，创作于2023年2月将上式分离变量积分并整理得

根据傅里叶定律，对此薄圆筒层可写出传导的传热速率为上式也可写成与平壁热传导速率方程相类似的形式，即第37页，课件共159页，创作于2023年2月上两式相比较，可得其中式中rm——圆筒壁的对数平均半径，m

当1/2<r2/r1<2时，可认为rm=（r1+r2）/2Am——圆筒壁的内、外表面对数平均面积，m2

当1/2<A2/A1<2时，可认为Am=（A1+A2）/2第38页，课件共159页，创作于2023年2月r1r2r3r4t1t2t3t4

对定态导热过程，单位时间内由多层壁所传导的热量，亦即经过各单层壁所传导的热量。

如图所示：以三层圆筒壁为例。假定各层壁厚分别为b1=r2-r1，b2=r3-r2，b3=r4-r3；各层材料的导热系数λ1、λ2、λ3皆视为常数；层与层之间接触良好，相互接触的表面温度相等，各等温面皆为同心圆柱面。2)多层圆筒壁的定态热传导第39页，课件共159页，创作于2023年2月多层圆筒壁的热传导计算，可参照多层平壁。对于第一、二、三层圆筒壁有第40页，课件共159页，创作于2023年2月根据各层温度差之和等于总温度差的原则，整理上三式可得同理，对于n层圆筒壁，穿过各层传热速率的一般公式为注意：对于圆筒壁的定态热传导，通过各层的传热速率都是相等的，但是传热强度却不相等。q1r1=q2r2=q3r3=·····=qnrn第41页，课件共159页，创作于2023年2月结论：

（1）多层壁的定态热传导，传热推动力和热阻可以加和；总热阻等于各层热阻之和，总推动力等于各层推动力之和。

（2）在定态多层壁导热过程中，哪层热阻大，哪层温差就大；反之，哪层温差大，哪层热阻一定大。当总温差一定时，传热速率的大小取决于总热阻的大小。第42页，课件共159页，创作于2023年2月

分析：当r1不变、r0增大时，热阻R1增大，R2减小，因此有可能使总热阻（R1+R2）下降，导致热损失增大。

通常，热损失随着保温层厚度的增加而减少。对于小直径圆管外包扎性能不良的保温材料，随着保温层厚度的增加，可能反而使热损失增大。假设保温层内表面温度为t1，环境温度为tf，保温层的内、外半径分别为r1和r0，保温层的导热系数为λ，保温层外壁与空气之间的对流传热系数为α。热损失为：保温层的临界直径第43页，课件共159页，创作于2023年2月上式对r0求导，可求出当Φ最大时的临界半径，即解得r0=λ/α当保温层的外径do<2λ/α时，则增加保温层的厚度反而使热损失增大。当保温层的外径do>2λ/α时，增加保温层的厚度才使热损失减少。对管径较小的管路包扎λ较大的保温材料时，要核算d0是否小于dc。所以，临界半径为rc=λ/α

或

dc=2λ/α第44页，课件共159页，创作于2023年2月例在一

60×3.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/m·℃，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数λ=0.15W/m·℃。现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁的导热系数λ=45W/m·℃。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。解：每米管长的热损失此处，r1=(0.06-2×0.0035)/2=0.0265mr2=0.06/2=0.03mr3=0.03+0.04=0.07mr4=0.07+0.02=0.09m第45页，课件共159页，创作于2023年2月保温层界面温度t3解得t3=131.2℃

第46页，课件共159页，创作于2023年2月选用隔热材料包裹管路时，在耐热性等条件允许下，导热系数小的应包在内层。见教材P109页例题4-3第47页，课件共159页，创作于2023年2月对流传热：是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密切相关。流体流动的形态对于对流传热有决定性的影响。①当流体作层流流动时，在垂直于流体流动方向上的热量传递，主要以热传导（亦有较弱的自然对流）的方式进行，即传热主要依靠流体分子传导传热；导热系数比较小，因而在这层中有较大的温度梯度，其热阻为主要热阻。②过渡流这部分的传热既有传导传热，也有因流体质点位移而碰撞的传热。此层中存在较小的温度梯度。③在湍流中，传热依靠流体质点的骚动、位移和混合，此层中基本上不存在温度梯度。

1、对流传热机理三、对流传热第48页，课件共159页，创作于2023年2月传热过程高温流体湍流主体壁面两侧层流底层湍流主体低温流体湍流主体对流传热温度分布均匀层流底层导热温度梯度大壁面导热(导热系数较流体大)有温度梯度不同区域的传热特性：传热边界层（thermalboundarylayer）：温度边界层。有温度梯度较大的区域。传热的热阻即主要集中在此层中。温度距离TTwtwt热流体冷流体传热壁面湍流主体湍流主体传热壁面层流底层层流底层传热方向对流传热示意图第49页，课件共159页，创作于2023年2月传热边界层

①．形成当流体流过与其温度不同的壁面时，因其本身受热或冷却而使壁面附近流体的温度发生变化，从而产生温度梯度。

传热边界层（温度边界层）：壁面附近存在温度梯度的流体层χ，一般取传热边界层外缘的过余温度。

主流区：边界层以外的区域。②．发展（限于管内）与流动边界层类似，传热边界层的形成也有一个发展的过程，但传热边界层在充分发展后因传热过程的继续而不能形成稳定的传热边界层，最后会消失。虽然管道内充分发展后的传热边界层（温度分布）不能稳定，但局部传热膜系数

可以基本稳定。因为传热膜系数取决于层流底层的厚度，见

的物理意义。

进口段（稳定段）：从进口处到局部传热膜系数

基本稳定的这一段距离。

若流动边界层在管中心汇合时仍为层流，则

从进口处开始降低到某一极限值后基本上保持恒定。若汇合前已发展为湍流，则在层流向湍流过渡时，

有所回升，然后趋于恒定。当湍流十分激烈时，进口段的影响即消失。

第50页，课件共159页，创作于2023年2月式中

Φ——对流传热速率，W；A——传热面积，m2;Δt——对流传热温度差，Δt=T-TW或Δt=tW-t，K或℃；T—热流体平均温度，K或℃；TW—与热流体接触的壁面温度，K或℃；

t—冷流体平均温度，K或℃；tW—与冷流体接触的壁面温度，K或℃；

αh、αc——分别为热、冷流体对流传热系数(heattransferconfficient)，又称为传热膜系数或称为传热分系数，W/m2·K或W/m2·℃。上式称为牛顿传热方程。简化处理：认为流体的全部温度差集中在厚度为δt的有效膜内，但有效膜的厚度δt又难以测定，所以以α代替λ/δt

而用下式描述对流传热的基本关系：

Φ=αhA（T-TW）2、对流传热速率Φ=αcA（tW-t）第51页，课件共159页，创作于2023年2月1）

流体的状态：液体、气体、蒸汽及在传热过程中是否有相变。有相变时传热膜系数比无相变时大的多；

2）流体的物理性质：影响较大的物性如密度ρ、比热cp、导热系数

λ、粘度μ等；3）流体的流动形态和对流情况：层流、过渡流或湍流；自然对流、强制对流；4）传热的温度：温度对流体的物理性质有显著的影响。间接、明显的作用。5）传热表面的形状、位置及大小：如管、板、管束、管径、管长、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。3、影响传热膜系数的主要因素第52页，课件共159页，创作于2023年2月无相变时，影响传热膜系数的主要因素可用下式表示：

八个变量个数涉及四个基本因次：质量kg、长度m、时间s、温度K。通过因次分析可得，在无相变时，准数关系式为：即4、对流传热中的因次分析第53页，课件共159页，创作于2023年2月准数符号及意义准数名称符号意义努塞尔特准数（Nusselt）Nu=αl/λ

表示传热膜系数的准数雷诺准数（Reynolds）Re=duρ/μ

确定流动状态的准数普兰特准数（Prandtl）Pr=cpμ/λ

表示物性影响的准数格拉斯霍夫准数（Grashof）Gr=βgΔtl3ρ2/μ2

表示自然对流影响的准数第54页，课件共159页，创作于2023年2月

准数关联式是一种经验公式，在利用关联式求传热膜系数时，不能超出实验条件范围。在应用关联式时应注意以下几点：①应用范围用在一定变数范围内（有条件）的经验公式。②特性尺寸无因次准数Nu、Re等中所包含的传热面尺寸称为特性尺寸（特征尺寸、定性尺寸）。通常是选取对流体流动和传热发生主要影响的尺寸作为特征尺寸。③定性温度流体在对流传热过程中温度是变化的。确定准数中流体物理特性参数的温度称为定性温度。一般定性温度有三种取法：进、出口流体的平均温度，壁面平均温度，流体和壁面的平均温度（膜温）。④准数是一个无因次数群，其中涉及到的物理量必须用统一的单位制度。第55页，课件共159页，创作于2023年2月定性温度、特性尺寸、特征速度的确定（1）定性温度在给热过程中，流体的温度各处不同。以什么温度为基准查取所需的物性数据？选定性温度，应以简单、方便为准，所以流体主体的平均温度便成为一个广为使用的定性温度。使用经验公式时，要注意实际测定和关联时所选用的定性温度。第56页，课件共159页，创作于2023年2月（2）特性尺寸也即特征数中的l，一般选取对流动和传热情况起决定作用的几何尺寸作为定性尺寸:

管内流动取管内径作为定性尺寸；管外的横向流动取管外径作为定性尺寸；非圆形管取当量直径作为定性尺寸。第57页，课件共159页，创作于2023年2月（3）特征速度

在Re中的速度u称为特征速度，此速度需根据不同情况选取有意义的流速：

流体在管内流动时取横截面上流体的平均速度；流体在换热器内管间流动时取根据管间最大横截面积计算的速度。第58页，课件共159页，创作于2023年2月

Nu=0.023Re0.8Prn

式中n值视热流方向而定，当流体被加热时，n=0.4；被冷却时，n=0.3。？见教材P113-114页应用范围：Re>10000，0.7<Pr<120，管长与管径比l

/di>60。若l

/di<60时，α须乘以［1+（di/l

）0.7］进行校正。特性尺寸：取管内径。定性温度：流体进、出口温度的算术平均值。5、传热膜系数的特征关联式

1）流体无相变时传热膜系数的特征关联式

（1）流体在圆形直管内强制对流时的传热膜系数

①圆形直管内强制湍流时的传热膜系数

低粘度流体

第59页，课件共159页，创作于2023年2月

一般，液体的Pr>1，Pr0.4>

Pr0.3，加热时α值较大。这是因为：当液体被加热时，管壁处层流底层的温度高于液体主体的平均温度，由于液体粘度随温度升高而降低，故紧贴壁处液体粘度较小，使层流底层的实际厚度比用液体主体温度计算的厚度要薄，而导热系数随之变化不大，其总效果使α值较大。

气体的Pr<1，Pr0.4<

Pr0.3，冷却时α值较大。这是由于气体粘度随温度升高而增大，气体被加热时的边界层较厚的缘故，虽然导热系数随温度升高而稍有增大，但总效果使传热膜系数变小。第60页，课件共159页，创作于2023年2月Nu=0.027Re0.8Pr1/3（μ/μw）0.14应用范围Re>10000，0.7<Pr<16700，l

/di>60。特性尺寸取管内径。定性温度除μw取壁温外，均为流体进、出口温度的算术平均值。当液体被加热时（μ/μw）0.14=1.05当液体被冷却时（μ/μw）0.14=0.95

对于气体，不论加热或冷却皆取1。

高粘度流体

第61页，课件共159页，创作于2023年2月例：常压下，空气以15m/s的流速在长为4m，φ60×3.5mm的钢管中流动，温度由150℃升到250℃。试求管壁对空气的传热膜系数。解：此题为空气在圆形直管内作强制对流定性温度t=（150+250）/2=200℃查200℃时空气的物性数据（附录）如下

Cp=1.026×103J/kg·℃λ=0.03928W/m·℃μ=26.0×10-6N·s/m2ρ=0.746kg/m3

Pr=cpμ/λ=0.68特性尺寸d=0.060-2×0.0035=0.053m

l/d=4/0.053=75.5>60第62页，课件共159页，创作于2023年2月Re=duρ/μ=(0.053×15×0.746)/(26.0×10-6)=2.28×104>104(湍流)Pr=cpμ/λ=(1.026×103

×26.0×10-6)/0.03928=0.68W/m2·℃本题中空气被加热,n=0.4代入Nu=0.023Re0.8Pr0.4

=0.023×(22800)0.8×(0.68)0.4

=60.4第63页，课件共159页，创作于2023年2月流体在圆形直管内作强制滞流时，应考虑自然对流及热流方向对传热膜系数的影响。当自然对流的影响比较小且可被忽略时，按下式计算：

Nu=1.86Re1/3Pr1/3（di/l）1/3（μ/μw）0.14应用范围：Re<2300，0.6<Pr<6700，（Re·Pr·di/l

）>100。

特性尺寸：取管内径di

定性温度：除μw取壁温外，均为流体进、出口温度的算术平均值。②流体在圆形直管内作强制滞流第64页，课件共159页，创作于2023年2月

当自然对流的影响不能忽略时，而自然对流的影响又因管子水平或垂直放置以及流体向上或向下流动方向不同而异。对水平管，按下式计算应用范围：Re<2300；l

/d>50；

当管子较短，l

/d<50时，计算所得的α值应校正。特性尺寸：取管内径di。定性温度：壁面温度tw与流体进、出口平均温度tm的算术平均值，即膜温。t=(tw+tm)/2Nu=0.74Re0.2(Gr·Pr)0.1Pr0.2第65页，课件共159页，创作于2023年2月对于垂直管，自然对流的影响较大，可作近似校正。如强制对流方向和自然对流方向相同时，α值按上式计算结果减少15%，方向相反时，加大15%。l

/d4030201510f1.021.051.131.181.28校正系数f的数值在过渡流时，传热膜系数可先用湍流时的计算公式计算，根据所得的α值再乘以校正系数f，即可得到过渡流下的传热膜系数。③流体在圆形直管内作过渡流第66页，课件共159页，创作于2023年2月流体在弯管内流动时，由于受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使传热膜系数较直管内大。式中α'——弯管中的对流传热系数，W/（m2•℃

）

α

——直管中的对流传热系数，W/（m2•℃

）

R——弯管轴的弯曲半径，m④流体在弯管内作强制对流第67页，课件共159页，创作于2023年2月例：一套管换热器，套管为φ89×3.5mm钢管，内管为φ25×2.5mm钢管。环隙中为p=100kPa的饱和水蒸气冷凝，冷却水在内管中流过，进口温度为15℃，出口为35℃。冷却水流速为0.4m/s，试求管壁对水的传热膜系数。

解：此题为水在圆形直管内流动定性温度t=（15+35）/2=25℃查25℃时水的物性数据（见附录）如下：Cp=4.179×103J/kg·℃λ=0.608W/m·℃μ=90.27×10-5N·s/m2ρ=997kg/m3

Re=d

uρ/μ=(0.02×0.4×997)/(90.27×10-5）=8836

Re在2300～10000之间，为过渡流区。第68页，课件共159页，创作于2023年2月Pr=cpμ/λ=(4.179×103

×90.27×10-5)/60.8×10-2=6.2a可按式

Nu=0.023Re0.8Prn

进行计算,水被加热,n=0.4。校正系数f第69页，课件共159页，创作于2023年2月采用上述各关联式计算，将管内径改为当量直径de即可。当量直径按下式计算具体采用何种当量直径，根据所选用的关联式中的规定而定。或⑤

流体在非圆形管内强制对流流体力学当量直径传热当量直径

例如：内管外径为d2，外管内径为d1的同心套管环状通道，内管传热时的传热当量直径：第70页，课件共159页，创作于2023年2月在错列管束外流过时Nu=0.33Re0.6Pr0.33在直列管束外流过时Nu=0.26Re0.6Pr0.33应用范围：

Re>3000。定性温度：流体进、出口温度的算术平均值。定性尺寸：管外径，流速取每排管子中最狭窄通道处的流速。管排数为10，若不为10时，计算结果应校正。（2）流体在管外强制对流

①流体在管束外强制垂直流动第71页，课件共159页，创作于2023年2月换热器内装有圆缺形挡板（缺口面积为25%的壳体内截面积）时，壳内流体的传热膜系数的关联式为：多诺呼法

Nu=0.23Re0.6Pr1/3（μ/μw）0.14应用范围:Re=(2～3)×104。特性尺寸:取管外径，流速取每排管子中最狭窄通道处的流速。定性温度:除μw取壁温外，均为流体进、出口温度的算术平均值。②流体在换热器的管间流动第72页，课件共159页，创作于2023年2月凯恩法

Nu=0.36Re0.55Pr1/3（μ/μw）0.14注意：

若换热器的管间无挡板，管外流体沿管束平行流动，则仍用管内强制对流的公式计算，只须将公式中的管内径改为管间的当量直径。应用范围:Re=2×103～1×105

特性尺寸:取当量直径，管子排列不同，计算公式也不同。定性温度:除μw取壁温外，均为流体进、出口温度的算术平均值。第73页，课件共159页，创作于2023年2月加热表面形状特征尺寸Gr·Pr

范围cn水平圆管外径d0104～1090.531/4109～10120.131/3垂直管或板高度L104～1090.591/4109～10120.101/3Nu=c（Gr

·Pr）n定性温度:取膜的平均温度，即壁面温度和流体平均温度的算术平均值。式中的c、n值见表（3）自然对流

定性尺寸：与加热方向有关，对水平管取管外径d0，对垂直管或板取垂直高度L。第74页，课件共159页，创作于2023年2月自然对流传热

设加热面附近的液体（密度为）温度和远离加热面处的液体（密度为）温度差为

t，液体的体积膨胀系数为。则有：

强制对流由于外力的作用，对流表面传热系数要比自然对流表面传热系数大几倍至几十倍。即传热效果好。第75页，课件共159页，创作于2023年2月蒸汽冷凝有膜状冷凝和滴状冷凝两种方式。膜状冷凝：由于冷凝液能润湿壁面，因而能形成一层完整的膜。在整个冷凝过程中，冷凝液膜是其主要热阻。（小）滴状冷凝：冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下。（大）在实际生产过程中，多为膜状冷凝过程。蒸汽冷凝时的传热推动力是蒸汽的饱和温度与壁面温度之差。2）流体有相变时的传热膜系数

（1）蒸汽冷凝时的传热膜系数

膜状冷凝的热量要通过液膜才能进一步传热，增加了传热的热阻；而滴状冷凝的冷凝液不能全部润湿壁面，且不断重新露出壁面。所以相对来说滴状冷凝的传热膜系数大。但膜状冷凝为稳定形式，滴状冷凝为非稳定形式，不能长久维持；另，膜状冷凝其热阻很小，在传热全过程中不是主要热阻；故，在生产中实现滴状冷凝并无实际意义。第76页，课件共159页，创作于2023年2月在垂直管或垂直板上作膜状冷凝在水平管壁上作膜状冷凝式中：l——垂直板或管的高度

ρ、λ、μ——冷凝液的密度、导热系数、粘度

r——饱和蒸汽的冷凝潜热

Δt——蒸汽的饱和温度和壁面温度之差

d——管子外径

n——管束在垂直面上的列数①膜状冷凝时对流传热系数第77页，课件共159页，创作于2023年2月不凝性气体的影响

在蒸汽冷凝时不凝性气体（λ小）在液膜表面形成一层气膜，使传热阻力加大，冷凝传热膜系数降低，要定期排放。冷却壁面的高度及布置方式流体物性的影响物性ρ↑、μ↓→膜流速加快→液膜厚度↓→α↑。②影响冷凝传热的因素第78页，课件共159页，创作于2023年2月冷凝液膜两侧的温度差Δt↑→蒸汽冷凝速率↑→液膜厚度↑→α↓。蒸汽流速和流向的影响蒸汽流动时，将在汽液界面上产生一定的摩擦力，如与液膜同向，会使液膜加速，膜层厚度减薄→α↑；若两者反向→α↓。蒸汽过热的影响

温度高于其饱和温度的蒸汽称为过热蒸汽；实验表明，在大气压力下，过热30℃的蒸汽较饱和蒸汽的表面传热膜系数高1%，而过热540℃的蒸汽的表面传热膜系数高30%。所以在一定情况下不考虑过热的影响，仍按饱和蒸汽进行计算。第79页，课件共159页，创作于2023年2月

对液体对流加热时，在液相内部伴有由液相变成气相的过程称为沸腾。工业上沸腾的方法有两种：A管内沸腾：液体在管内流动时受热沸腾。B大容积沸腾（池内沸腾）：加热壁面浸没在液体中，液体在壁面受热沸腾。沸腾传热的应用：精馏塔的再沸器、蒸发器、蒸汽锅炉等。（2）液体沸腾时的传热膜系数

①沸腾传热的特点第80页，课件共159页，创作于2023年2月α温度差ΔtqABCD

α线

q线液体沸腾传热过程的推动力是加热面温度和液体饱和温度之差。在大空间内沸腾时，随着此温度差的不同，过程中的传热膜系数α和热流密度q都发生变化。②液体的沸腾过程第81页，课件共159页，创作于2023年2月

根据传热温差的变化，可将液体沸腾传热过程分为以下三个阶段：A.自然对流阶段

如AB段所示，温差小，无明显沸腾现象。此阶段α和q均很小，且随着温差增大而缓慢增加。B.泡核沸腾阶段

如BC段所示，由于气泡运动所产生的对流和扰动作用，此阶段α和q均随着温差增大而迅速增加。温差越大，汽化核心越多，气泡脱离表面越多，沸腾越强烈；α和q将达到一最大值。（工业操作区）第82页，课件共159页，创作于2023年2月C.膜状沸腾阶段

如CD段所示，继续增大传热温差，蒸汽在传热面上大量形成，以致传热面与液体间形成蒸汽膜层，此阶段α和

q

均随着温差继续增大反而减小。因为蒸汽的导热系数比液体小，所以膜状沸腾的传热膜系数反而比泡核沸腾有所降低。传热温差最大。管壁温度急剧升高，可导致传热管烧毁的严重事故，在生产中应避免此区域操作。

当饱和蒸汽中含有不凝性气体（如空气）时，其传热膜系数随不凝性气体含量增大而显著下降。因此，用蒸汽加热的设备总附有排气阀，当不凝性气体积累时随时或定期予以排走。C点（临界点）——泡核（核状）沸腾转变为膜状沸腾的临界点，又称烧毁点。α和q值达到一最大值。第83页，课件共159页，创作于2023年2月产生沸腾现象的必要条件：液体过热、

有汽化核心沸腾曲线第84页，课件共159页，创作于2023年2月第85页，课件共159页，创作于2023年2月A.温度差：温度差是控制沸腾传热的重要参数，应尽量在泡核沸腾阶段操作。B.操作压力：提高操作压力可提高液体的饱和温度，从而使液体的粘度及表面张力均下降，有利于气泡的生成与脱离壁面，其结果是强化了对流传热过程。C.流体物性：气泡离开表面的快慢与液体对金属表面的浸润能力及液体的表面张力的大小有关，表面张力小，润湿能力大的液体，形成的气泡易脱离表面，对沸腾传热有利。此外λ、μ、ρ等也有影响。D.加热面的影响：加热面的材料、粗糙度的影响。③影响沸腾传热的因素第86页，课件共159页，创作于2023年2月对流传热计算公式有两种类型：准数关系式和纯经验公式。在应用这些方程时应注意以下几点：1、首先分析所处理的问题是属于哪一类，如：是强制对流或是自然对流，是否有相变等。2、选定相应的传热膜系数计算式，特别应注意的是所选用的公式的使用条件。3、当流体的流动类型不能确定时，采用试差法进行计算，再进行验证。4、计算公式中的各物性数据的单位。传热膜系数小结第87页，课件共159页，创作于2023年2月传热膜系数的获得主要有三种方法：（1）理论分析法：用量纲分析法结合实验，建立无量纲准数之间的经验关系式。把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比到热量传递过程。建立理论方程式，用数学分析的方法求出α的精确解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简单的几个传热过程，如管内层流、平板上层流等。（2）实验方法*：（3）类比方法：第88页，课件共159页，创作于2023年2月对流传热分类

对流传热有相变传热无相变传热冷凝传热沸腾传热自然对流强制对流管外对流管内对流圆形直管非圆管道弯管湍流过渡流滞流滴状冷凝传热膜状冷凝传热泡核沸腾传热膜状沸腾传热第89页，课件共159页，创作于2023年2月传热计算主要有两种类型：设计计算根据生产要求的热负荷确定换热器的传热面积。热负荷：按工艺要求所计算出的对换热设备要求的传热速率。校核计算计算给定换热器的传热速率、流体的温度或流量。四、热交换计算第90页，课件共159页，创作于2023年2月第91页，课件共159页，创作于2023年2月两相流体之间的传热过程热流体将热量传递给热流体一侧器壁(对流传热）热量由热流体一侧器壁传递到冷流体一侧器壁（传导传热）冷流体一侧器壁将热量传递给冷流体(对流传热）化工中典型的传热过程第92页，课件共159页，创作于2023年2月1、传热方程与传热系数在化工生产中，最常用的传热操作是热流体经管壁或器壁向冷流体传热的过程——热交换或换热。热量传递属对流——传导——对流形式。定态传热，各阶段的传热速率相等。第93页，课件共159页，创作于2023年2月1）热流体－器壁对流传热φ=α1A1(T-Tw)=(T-Tw)/(1/α1A1)2）器壁间的传导传热

3）器壁－冷流体对流传热φ=α2A2(Tw’-T’)=

(Tw’-T’)/(1/α2A2)

4）总传热速率：总传热方程第94页，课件共159页，创作于2023年2月A.平面壁：

A1=Am=A2式中K——传热系数或总传热系数，W·m-2·K-1。当间壁为复合壁时，传热系数为：B.圆筒壁：由于A1≠Am≠A2（A=2πrL），则有：或：

第95页，课件共159页，创作于2023年2月当间壁为复合壁时，总传热方程为：热量恒算对间壁式换热器作热量恒算，在忽略热损失的情况下有：

①若换热器中两流体无相变时，且认为流体的比热不随温度而变，则有式中cp——流体的平均比热，kJ/（kg·℃

）t——冷流体的温度，℃

T——热流体的温度，℃Φ=qmhcph(T1-T2)=qmccpc(t2-t1)第96页，课件共159页，创作于2023年2月②若换热器中的热流体有相变，如饱和蒸汽冷凝时，则有

当冷凝液的温度低于饱和温度时，则有

式中qmh——饱和蒸汽（热流体）的冷凝速率，kg/s

r——饱和蒸汽的冷凝潜热，kJ/kgΦ=qmhr=qmccpc(t2-t1)注：上式应用条件是冷凝液在饱和温度下离开换热器。Φ=qmh[r+cph(T1-T2)]=qmccpc(t2-t1)③若换热器中的冷流体有相变，如液体汽化。（同上分析！）第97页，课件共159页，创作于2023年2月

在计算总传热系数K时，污垢热阻一般不能忽视。总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所控制，即当两个传热膜系数相差较大时，欲提高

K

值，关键在于提高传热膜系数较小一侧的α。若两侧的α相差不大时，则必须同时提高两侧的α，才能提高

K

值。若污垢热阻为控制因素，则必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。要提高总传热系数K值，就要设法减小主要热阻。第98页，课件共159页，创作于2023年2月

两种流体进行热交换时，在沿传热壁面的不同位置上，并在任何时间两种流体的温度皆不变化，这种传热称为定态的恒温传热。如蒸发器中，饱和蒸汽和沸腾液体间的传热。Δt=T-t式中T——热流体的温度℃；

t——冷流体的温度℃。2、传热平均温度差的计算

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，可将传热分为恒温传热与变温传热两类。

1）恒温传热

第99页，课件共159页，创作于2023年2月在传热过程中，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，但各点的温度皆不随时间而变化，即为定态的变温传热过程。该过程又可分为下列两种情况：①间壁一侧流体恒温另一侧流体变温，如用蒸汽加热另一流体以及用热流体来加热另一种在较低温度下进行沸腾的液体。②间壁两侧流体皆发生温度变化，这时参与换热的两种流体沿着传热面两侧流动，其流动方式不同，平均温度差亦不同。即平均温度差与两种流体的流向有关。生产上换热器内流体流动方向大致可分为四种情况。

2）变温传热

第100页，课件共159页，创作于2023年2月并流

参与换热的两种流体在传热面的两侧分别以相同的方向流动。生产上换热器内流体流动方向大致可分为下列四种情况：

逆流

参与换热的两种流体在传热面的两侧分别以相对的方向流动。错流

参与换热的两种流体在传热面的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。第101页，课件共159页，创作于2023年2月T2T1t1t2T1T2t1t2图两侧流体变温时的温度变化并流逆流错流折流12121212图换热器中流体流向示意图第102页，课件共159页，创作于2023年2月假设：传热为定态操作过程。两流体的比热为常量。总传热系数为常量（K不随换热器的管长而变化）。换热器的热损失可忽略。以逆流为例：热量衡算微分方程为

dΦ=-qmhcphdT=qmccpcdt根据假定，则有3）逆流和并流时的传热平均温度差第103页，课件共159页，创作于2023年2月Φ～T和Φ～t为直线关系，即T=mΦ+k

t=m'Φ+k'Δt=T-t=(m-m')Φ+(k-k')温度T1传热速率ΦT2t1Δt1t2Δt20第104页，课件共159页，创作于2023年2月从上式可以看出：Δt~Φ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，整理并积分上式有第105页，课件共159页，创作于2023年2月式中Δtm称为对数平均传热温差。当1/2≤Δt2/Δt1≤2时，可用算术平均温差（Δt2+Δt1）/2代替对数平均传热温差。注意：（1）应用上式求Δtm时，取换热器两端的Δt。（2）上式对并流也适用。第106页，课件共159页，创作于2023年2月例现用一列管式换热器加热原油，原油在管外流动，进口温度为100℃，出口温度为160℃；某反应物在管内流动，进口温度为250℃，出口温度为180℃。试分别计算并流与逆流时的传热平均温度差。解：并流逆流℃

℃

第107页，课件共159页，创作于2023年2月逆流操作时，因1/2<Δt2/Δt1<2，则可用算术平均值℃由上例可知：当流体进、出口温度已经确定时，逆流操作的传热平均温度差比并流时大，即有更大的平均传热推动力。在换热器的传热速率Φ及总传热系数

K

值相同的条件下，采用逆流操作，可以节省传热面积，或者可以节省加热介质或冷却介质的用量。在生产中的换热器多采用逆流操作，只是对流体的温度有限制时才采用并流操作。并流传热有初期传热速率大，后期小的特点；对某些放热反应传热以及换热时防止过热或过冷的场合适用。

注：流体流动方向的选择第108页，课件共159页，创作于2023年2月逆流和并流传热的比较

在相同的条件下，逆流平均传热温差大于并流平均传热温差。当传热速率一定时，逆流操作所需的传热面积小于并流操作所需的传热面积。逆流时热流体的出口温度可低于冷流体的出口温度（不低于冷流体的进口温度），并流时热流体的出口温度必不低于冷流体的出口温度。当加热任务一定时，采用逆流传热可最大限度地利用热能，节约载热体的用量。在换热器中，若参与换热的两流体都变温，则一般都采用逆流操作，但是并流也有它的特点，例如工艺上要求被加热的流体不得高于某一温度，或被冷却的流体不得低于某一温度，采用并流较易控制。但需要注意，倘若采用逆流代替并流而节省了载热体，则其平均传热温差就未必仍比并流的大。

第109页，课件共159页，创作于2023年2月方法：先按纯逆流的情况求得其对数平均传热温度差Δtm逆，然后再乘以校正系数εΔt,即

Δtm=εΔt·Δtm逆

校正系数εΔt与冷、热两种流体的温度变化有关，是

R

和

P

的函数，即

εΔt=f(R，P)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

两参数从相应的图或表中查得。4）错流和折流时的传热平均温度差第110页，课件共159页，创作于2023年2月

几点说明：在传热过程中，冷热流体的温差是沿传热面连续变化的，但由于此温差与冷、热流体温度成线性关系，故可用换热器两端温差的某种组合（即对数平均传热温差）来表示。对数平均温度差（或推动力）恒小于算术平均温度差；换热器两端温度差相差越大，对数平均温度差将急剧减小，与算术平均温度差的差距加大。当1/2≤△t1/△t2≤2时，可用算术平均温度差代替对数平均温度差。在冷、热流体进出口温度相同的情况下，并流操作的两端推动力相差较大，其对数平均值必小于逆流操作。因此，就增加传热过程推动力而言，逆流操作总是优于并流操作。并流操作在加热热敏性物料时应用。当一侧为饱和蒸汽冷凝或沸腾液体汽化时，无并流、逆流之分。在列管换热器内增设了折流挡板及采用多管程，使得换热的冷、热流体在换热器内呈折流或错流，导致实际平均传热温差恒低于纯逆流时的平均传热温差。若一侧为饱和蒸汽冷凝或沸腾液体汽化的复杂流动，其△tm=△tm逆。第111页，课件共159页，创作于2023年2月换热过程中，热流体温度沿程降低，冷流体温度沿程升高（变温情况），故冷热流体温度差在换热器表面各点不同。当用传热基本方程式计算整个换热器的传热速率时，必须使用整个传热面积上的传热平均温差。第112页，课件共159页，创作于2023年2月在相同条件下，逆流比并流换热更完全。就沿壁面的传热温差的前后变化而言，并流则远较逆流为剧烈。

并流时，最大的温差位于流体进入换热器的一端，最小的温差则位于其离开换热器的一端；逆流时，则不一定。

在传热面同一侧（同一位置上）：Th≥tc。注意：在计算时，要严格区分传热温差和流体因焓变化而引起的温差（温升或温降）。传热温差是传热的推动力，用以计算传热速率、换热设备的面积等。温升或温降则用于热量衡算以求换热量；当然，进行热量衡算也必须包括潜热在内。第113页，课件共159页，创作于2023年2月对定态传热过程式中A1、A2、Am分别代表热流体侧传热面积、冷流体侧传热面积和平均传热面积。

Tw、tw分别代表热流体侧和冷流体侧的壁温。

α1、α2分别代表热流体侧和冷流体侧的对流传热膜系数。整理上式可得壁温的计算第114页，课件共159页，创作于2023年2月例在一由φ25×2.5mm

钢管构成的废热锅炉中，管内通入高温气体，进口500℃，出口400℃。管外为p=981kN/m2压力（绝压）的水沸腾。已知高温气体对流传热膜系数a1=250W/m2·℃，水沸腾的对流传热膜系数a2=10000W/m2·℃。忽略管壁、污垢热阻。试求管内壁平均温度

Tw

及管外壁平均温度tw

。解：(a)总传热系数以管子内表面积A1为基准第115页，课件共159页，创作于2023年2月(c)计算单位面积传热速率

℃(d)管壁温度

Φ/A1=K1Δtm=242×271=65580W/m2

T——热流体的平均温度，取进、出口温度的平均值

T=(500+400)/2=450℃管内壁温度

(b)传热平均温度差在p=981kN/m2，水的饱和温度为179℃℃第116页，课件共159页，创作于2023年2月管外壁温度

℃

由此题计算结果可知：由于水沸腾（相变）对流传热膜系数很大，热阻很小，则壁温接近于水的温度，即壁温总是接近对流传热膜系数较大一侧流体的温度。又因管壁热阻很小，所以管壁两侧的温度比较接近。第117页，课件共159页，创作于2023年2月强化传热的目的：以最小的传热设备获得最大的生产能力。强化传热的途径：根据总传热方程Φ=KA△tm，强化传热过程，提高传热速率，可从以下几方面采取措施：1、增大传热面积A

加大传热面积可以增大传热速率，这常用于传热膜系数小的流体这一侧；但设备增大，投资和维修费也随之增加；另，在一定情况下，传热速率并不随传热面积增大而成正比地增大（参见教材P125例题4-13）。常采用翅片或螺旋翅片管代替普通金属管。2、提高传热的温度差△tm

在理论上可采取提高加热介质温度或降低冷却介质温度的办法，但受客观条件（蒸汽压强、气温、水温）和工艺条件（热敏性、冰点）的限制。提高蒸汽压强，设备造价会随之提高。在一定气源压强下，可以采取降低管道阻力的方法来提高加热蒸汽的压强。在一定条件下应尽量采用逆流代替并流操作。（有限）3、提高传热系数K

要提高

K

值，就要设法减小主要热阻。（1）减少壁厚或使用热导率较高的材料；（2）防止及减慢污垢生成速率或经常清除污垢；（3）加大流速，提高湍动程度，减少层流内层的厚度均有利于提高对流传热膜系数；（4）选择传热膜系数高的载热体。五、强化传热的途径第118页，课件共159页，创作于2023年2月翅片管第119页，课件共159页，创作于2023年2月换热器的分类：按用途分：加热器、冷却器、蒸发器、再沸器、冷凝器等按传热方式分：间壁式、混合式（直接接触式）、蓄热式按换热器结构和传热面形式对间壁式换热器分类：管式和板式