传热之对流传热与传热计算讲解

传热本章章节第一节概述（重点）第二节热传导（重点）第三节对流传热（重点）第四节传热过程计算（重点）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对流传热对流传热过程分析湍流主体传热方式为对流传热层流底层传热方式为热传导固体层传热方式为热传导热量从热流体经过固体层传递到冷流体过程中，两侧壁面处的层流底层是传热阻力的主要部分强化对流传热，就要加大流体湍流程度，减小层流底层的厚度对流传热对流传热速率方程---牛顿公式阻力推动力速率推动力系数1tdQdAtdA量均为某一局部参数局部对流传热系数tAQ工程计算中采用平均值：平均对流传热系数总传热面积iwidATTdQ)(管内00)(dAttdQw管外α不是物性参数传热过程计算一、热量衡算二、总传热速率计算热量衡算冷流体热流体1c2c1h2h热交换器目的：计算冷、热流体传热过程中热量的多少----热负荷（单位：W）1、冷、热流体均不发生相变变化：1221()()hphhhcpcccQWCttWCttCp---平均定压比热容，取进出口温度平均值下的比热容值2、热流体有相变无温变，冷流体无相变：21()hcpcccQWrWCttr---冷凝潜热，kJ/kg3、热流体有相变且有温变，冷流体无相变：12()hhphhhQWrWCtt21()cpcccWCtt传热过程计算热量衡算1、冷、热流体均不发生相变变化：1221()()hphhhcpcccQWcttWctt2、热流体有相变无温变，冷流体无相变：21()hcpcccQWrWctt3、热流体有相变且有温变，冷流体无相变：12()hhphhhQWrWCtt21()cpcccWctt例在一列管式换热器中，壳程有绝压为180kPa水蒸气冷凝。某种液体在管内流动，其流量为2000kg/h，进出口温度分别为20和70℃，平均温度下比热容为2.5kJ/(kg•℃），试求蒸汽用量。假设换热器热损失可忽略，蒸汽冷凝后排出的为饱和水。解180kPa下水蒸气冷凝潜热为2210.9kJ/kg21()hcpcccWrWctt2210.920002.5(7020)hW113.08/hWkgh传热过程计算总传热速率计算mtKAQ---总传热速率方程总传热系数W/（m2•℃）与K相对应的总传热面积m2传热平均温差℃K---总传热系数00)(dAtTKdQiidAtTK)(mmdAtTK)(局部（管外、管内、管内外平均）总传热系数000dddAdAKKiii000dddAdAKKmmm00iiimKdAdKdAd传热过程计算总传热速率计算mtKAQ---总传热速率方程K---总传热系数间壁传热包括三个步骤：（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001)(dATTdQwmwwdAtTbdQ)(2iwidAttdQ)(3对于稳定传热：dQ1=dQ2=dQ3001dATTdQwmwwdAbtTiiwdAtt1传热过程计算总传热速率计算mtKAQ---总传热速率方程K---总传热系数iimdAdAbdAtTdQ1100iimdAdAdAbdAdAdAtTdAdQ000000两侧同除以dA0000dddAdAKKiii000dddAdAKKmmm00iiimKdAdKdAdiimdddbdtT0001传热过程计算总传热速率计算mtKAQ---总传热速率方程K---总传热系数00001miidQTtbdddAdd比较：与00)(dAtTKdQiimdddbdK000011iimdddbdK000011---总传热系数---传热热阻如无特别说明，通常以管子外壁表面为基准，即式中的K就指Ko传热过程计算总传热速率计算mtKAQ---总传热速率方程K---总传热系数iimdddbdK000011总传热热阻管外侧对流传热热阻管壁导热热阻管内侧对流传热热阻通常管子表面有污垢会产生污垢热阻：内外表面污垢热阻分别为Rsi和Rso00000011ssimiiibdddRRKddd传热过程计算总传热速率计算mtKAQ---总传热速率方程K---总传热系数00000011ssimiiibdddRRKddd传热面为平壁或薄管壁oimddd000111ssiibRRK当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时iK11100提高总传热系数的方法如果两侧对流传热系数相差较大，需要提高较小侧的对流传热系数才能够提高总传热系数如果两侧对流传热系数相差不大，需要同时提高两侧的对流传热系数才能够提高总传热系数阻碍污垢产生或及时清除污垢传热过程计算总传热速率计算mtKAQ---总传热速率方程△tm---传热平均温差恒温传热时的平均温度差hcttt变温传热时的平均温度差与冷热流体流动方向有关流动方向并流：冷热流体同向流动逆流：冷热流体反向流动错流：冷热流体相互垂直交叉流动折流：流体存在折返流动折流传热过程计算总传热速率计算mtKAQ---总传热速率方程△tm---传热平均温差变温传热时的平均温度差并流逆流1t1t2t2t热端温差热端温差冷端温差冷端温差1212lntttttm---对数平均温差传热过程计算总传热速率计算mtKAQ---总传热速率方程△tm---传热平均温差变温传热时的平均温度差1212lntttttm---对数平均温差例在套管式换热器中，热流体温度由90℃冷却到75℃，冷流体温度由20℃加热到50℃，分别计算两流体逆流和并流时的对数平均温差。解逆流时热流体009075CC冷流体005020CCt040C055C02121554047.255lnln40mtttCtt并流时043.7mtC其他条件一定时，逆流平均温差比并流大,可节省传热面积章节小结热量衡算1、冷、热流体均不发生相变变化：1221()()hphhhcpcccQWcttWctt2、热流体有相变无温变，冷流体无相变：21()hcpcccQWrWctt3、热流体有相变且有温变，冷流体无相变：12()hhphhhQWrWCtt21()cpcccWctt总传热速率计算mtKAQ00000011ssimiiibdddRRKddd1212lntttttm传热计算示例例在一逆流操作的单程列管式换热器中，用冷水将1.25kg/s的某液体（比热容为1.9kJ/kg•℃），从80℃冷却到30℃。冷水在管内流动，进出口温度分别为20℃和50℃。换热器的列管规格为Φ25×2.5，若已知管内外的对流传热系数分别为0.85和1.7kW/m2•℃，试求传热面积。假设污垢热阻、管壁热阻及换热器的热损失均可忽略。热量衡算1、冷、热流体均不发生相变变化：1221()()hphhhcpcccQWcttWctt2、热流体有相变无温变，冷流体无相变：21()hcpcccQWrWctt3、热流体有相变且有温变，冷流体无相变：12()hhphhhQWrWCtt21()cpcccWctt总传热速率计算mtKAQ00000011ssimiiibdddRRKddd1212lntttttm传热计算示例例在一逆流操作的单程列管式换热器中，用冷水将1.25kg/s的某液体（比热容为1.9kJ/kg•℃），从80℃冷却到30℃。冷水在管内流动，进出口温度分别为20℃和50℃。换热器的列管规格为Φ25×2.5，若已知管内外的对流传热系数分别为0.85和1.7kW/m2•℃，试求传热面积。假设污垢热阻、管壁热阻及换热器的热损失均可忽略。解12()hphhhQWctt001.25/1.9/(8030)118.75/kgskJkgCCkJs因为污垢热阻、管壁热阻及换热器的热损失均可忽略，所以00011iidKd2010.0252.056/1.70.850.02mCkW2000.486/KkWmC因为换热器为逆流操作，所以热流体008030CC冷流体005020CCt030C010C02121301018.230lnln10mtttCtt2013.43mQAmKt所以