工程热力学与传热学（第二十四讲）17.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑工程热力学与传热学（第二十四讲）17 《工程热力学与传热学》教案（24）第十七章 第一、二节 第十七章 传热过程 工业生产中经常需要在温度不同的两种流体之间实现热交换，而流体又不能混合在一起，因此热交换过程是在热交换器或换热器中来实现的 换热器中，一般冷、热流体分别处在固体壁面的两侧，热量由热流体经固体壁面传递给冷流体的过程中，往往同时存在着导热、对流换热和辐射换热三种根本方式 本章议论这三种根本传热方式联合作用时的传热过程，分析传热量计算以及巩固与削减传热的方法 第一节 传热过程及计算 一、根本概念 传热过程：指热量由热流体经固体壁面传递给另一侧冷流体的过程 例如，柴油机汽缸中高温燃气向缸壁外侧冷却水的传热； 制冷设备中蒸发器的管外空气与管内制冷工质的传热； 各种换热器中热流体通过管壁向冷流体的传热都属于传热过程 传热过程的特点： （1）传热过程至少包含了三个串联的环节，其中两个环节有流体参与换热； （2）传热过程至少包含了两种以上的换热方式： 固体本身的导热、流体与固体壁面的对流换热。

其中，对流换热有以下四种可能： ① 强制对流—如油冷却器水侧； ② 自然对流—如暖气散热器空气侧； ③ 相变对流换热—如蒸发器和冷凝器的制冷剂侧； ④ 对流与辐射的复合换热 对于复合换热，一般认为稳定状态下各种换热过程互不干扰，总换热系数是各种根本换热过程单独作用的总和即 α=α 对流 +α 辐射 共9页 第1页 《工程热力学与传热学》教案（24）第十七章 第一、二节 二、平壁传热过程计算 由图17-1可以看出通过平壁传热过程中的温度分布曲线 冷、热流体被一无限大平壁隔开平壁侧面积为F，厚度为δ，导热系数为λ； 热流体测流体温度、制止温度和总换热系数分别为tf1、tW1和α冷流体测流体温度、制止温度和总换热系数分别为tf2、tW2和α热流体传给壁面的总换热量为： 1 ； 2 . Q1=α1(tf1- tW1)F （17-1） 平壁导热量为： ttf1tW1?2tw2????F(tf1?tw2)（17-2）?10?tf2壁面传给冷流体的总换热量为： x图17-1通过平壁的传热Q2=α2(tf2- tW2)F （17-3） 当系统达成稳定状态时，由热流体向壁面传递的热量等于经过平壁所传递的热量，也等于壁面传给冷流体的热量。

即 Q2=Qλ=Q2=Q 将式（17-1）、（17-2）和（17-3）移项整理后可得传热热流量的计算公式 单位面积上的热流量（即热流密度）为 Q?tf1?tf21?1F??1??F?F2?KF(tf1?tf2)W/m2（17-5）W（17-4）q? QF?K(tf1?tf2)式中，K为传热系数，单位为W/(m2?0C) K?11???1???1W/(m2?0C)2共9页 第2页 《工程热力学与传热学》教案（24）第十七章 第一、二节 K的意义：表示冷热介质温差为10C时，单位传热面积在单位时间内所传递的热量 传热系数综合了各个环节的特点，反映传热过程的整体传热才能 K值的大小取决于传热系数α1、α2、导热系数λ和壁厚δ数值的大小 要巩固传热，就理应设法提高K值；要削减传热，那么应设法减小K值 传热系数的倒数称为传热过程的总热阻（R）： R的意义：传热是串联着的三个传热环节的组合，传热过程的总热阻为各个环节的热阻的叠加与电流依次通过串联的三个电阻的处境类似） 对于多层平壁的传热，传热热流量计算公式为 课堂练习：自学P152-例17-1 三、圆筒壁传热过程计算 如图17-2所示，设有一长为L、内径为d1、外径为d2的圆管，管壁的导热系数为λ，内、外壁面温度分别为tw1和度和换热系数分别为tf1、α ?111R?K??????21(m2?0C)/WQ?1??1Ftf1?tf2?i?1nW(17?6)?i1??iF?2Ftw2。

设管内热流体、管外冷流体的温 1和tf2、α2 在稳定传热过程中，热流体传给管内壁的热量、管壁的导热量和管外壁传给冷流体的热量均相等，那么对每米管长有： 共9页 第3页 QL?q1??1?d1(tf1?tw1)《工程热力学与传热学》教案（24）第十七章 第一、二节 q1?tw1?tf2d2lnd2??11 q1??2?d2(tw2?tf2)由以上三式可推导出，单位管长的传热热流量 q1? tw1?tf211??1?d12??d1lnd2???12d2?k1(tf1?tf2)(17?7)每米管长的传热系数k1为 每米管长的热阻R为 同平壁传热一样，根据总热阻等于各环节热阻之和，多层圆筒壁的单位管长传热量为 共9页 第4页 k1?R?1K11?1?d1?2??1d2lnd??12?d21??1?d1?2??ln11d2d11??2?d2q1?tf1?tf21??1?d1?i?1n2??i1lndi?11?di?2?d2(17?8)《工程热力学与传热学》教案（24）第十七章 第一、二节 其次节 强化传热与削减传热 一、强化传热 利用换热器实现流体间的热交换时，都梦想能够加强换热。

强化传热的目的： （1）巩固换热强度，提高传热过程中单位时间内传递的热量； （2）裁减传热面积，降低换热设备材料消耗，缩小体积、节省空间； （3）有效地降低电子元件、发动机等高温设备的温度 强化传热技术对于节省能源、废热利用、降低换热器本金、保证高温设备的安好运行具有重要意义，因此也是传热研究的热门问题 根据传热过程热流量计算的一般公式（Q=KFΔt）可知，要想提高热流量，就务必增大K、F和Δt三个参数 1．提高传热系数K 由于传热系数是几个环节热阻之和的倒数，裁减每一个环节的热阻都可以使传热系数增大 但是，不同环节热阻的降低对提高传热系数的作用往往是不一致的，甚至区别很大 要强化传热，务必找到哪个环节的热阻最大，只要裁减这个环节的热阻，就会使传热系数明显提高 几种常见处境的热阻对比： ① 金属壁面厚度不大时，导热系数较高，热阻很小； ② 固体壁面两那么的对流换热中，自然对流的热阻大于强制对流的热阻； ③ 工质为气体的热阻大于液体的热阻； ④ 单相对流换热热阻高于有相变的对流换热 根据上述原那么，不难判断出热阻最大的环节。

如有空气参与换热，空气侧的换热通常热阻最大，是最需要强化的环节 例如，家用空调、冰箱通常需要强化蒸发器和冷凝器空气侧的换热 更加留神：换热器在使用过程中，若壁面两侧附着水垢、油垢、烟垢等导热 共9页 第5页 — 7 —。