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模块二 传热
01
任务一 认识换热器的结构
02
任务二 认识换热装置的换热方式
03
任务三 认识传热的基本方式及换热流体
04
任务四 计算传热的过程速率
05
任务五 计算间壁换热器的传热速率
06
07
任务六 计算间壁换热器的壁温
任务七 管壳式换热器的设计与选型
任务八 换热器的操作与维护
08
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任务四 计算基本传热过程速率
子任务1 计算热传导传热速率
通过对换热基本方式的学习,掌握换热的机理与特点,掌握热传导、热对流、热辐射的传热过程速率的计算方法,并能根据生产的实际情况,提出强化传热的基本措施。
子
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任务四 计算基本传热过程速率
子任务1 计算热传导传热速率
一、计算平壁导热速率
1、计算单层平壁导热速率
如图所示为一个均匀固体物质组成的平壁，面积为A，壁厚为δ，壁面两侧的温度保持为t1和t2，对于此种稳定的一维平壁热传导，导热速率Q和传热面积A都为常量，若固体壁面两侧温度不同，热量就会从高温部位以热传导的形式传向低温部位。通过平壁的导热速率,可由傅里叶定律求取,即：
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任务四 计算基本传热过程速率
子任务1 计算热传导传热速率
若材料的热导率取平均值，则积分上式可得在平壁整个厚度内的导热速率：
式中： ——导热热阻，
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任务四 计算基本传热过程速率
子任务1 计算热传导传热速率
在平壁导热过程中，厚度 不同，则导热能力也不同；厚度相同，若材料不同，则热导率 不同，导热能力也不相同。平壁热导率越小、平壁越厚，则导热热阻越大。
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任务四 计算基本传热过程速率
子任务1 计算热传导传热速率
热导率：
表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一。物体的热导率与材料的组成、结构、温度、湿度、压强及聚集状态等许多因素有关。
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任务四 计算基本传热过程速率
固体热导率的大致范围
物质种类 纯金属 金属合金 液态金属 非金属固体 非金属液体 绝热材料 气体
热导率 /W·m-1·℃-1 100～1400 50～500 30～300 0.05～50 0.5～5 0.05～1 0.005～0.5
由上表可以看出，金属材料的热导率较大，常作为热导体。非金属固体的热导率较小，常作为保温材料。
（1） 固体的热导率
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任务四 计算基本传热过程速率
（1） 固体的热导率
固体材料的热导率与温度有关，对于大多数均质固体，其λ值与温度大致成线性关系：
λ——固体在t℃时的热导率，W/（m·℃）；
λ0——物质在0℃时的热导率，W/（m·℃）；
——温度系数，℃-1；对大多数金属材料 为负值，而对大多数非金属材料 为正值。
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任务四 计算基本传热过程速率
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任务四 计算基本传热过程速率
（2）液体的热导率
液态金属的热导率比一般液体高，而且大多数液态金属的热导率随温度的升高而减小。在非金属液体中，水的热导率最大。除水和甘油外，绝大多数液体的热导率随温度的升高而略有减小。
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任务四 计算基本传热过程速率
（3）气体的热导率
气体的热导率随温度升高而增大。在相当大的压强范围内，气体的热导率与压强几乎无关。由于气体的热导率太小，因而不利于导热，但有利于保温与绝热。工业上所用的保温材料，例如玻璃棉等，就是因为其空隙中有气体，所以热导率小，适用于保温隔热。
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任务四 计算基本传热过程速率
2、计算多层平壁导热速率
（1）计算多层平壁导热速率
在稳定传热过程中，每一层平面的传热速率均相等，由于平壁热流方向上的传热面积不变，则每层热流密度不变。
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任务四 计算基本传热过程速率
对于稳态导热过程，由于每一层的导热速率都相等，则
即：
由此看出：说明在多层平壁的定态热传导过程中，哪层热阻大，哪层温差就就大。
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任务四 计算基本传热过程速率
对多层平面的平壁来说，其传热速率的计算式也可表示为：
其中： ——间壁内外的温度差，在数值上等于各层内温度差值之和。
——各层导热热阻之和。
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任务四 计算基本传热过程速率
某燃烧炉由三层固体材料砌成。炉子最内层材料为耐火砖，其厚度225mm，热导率为1.4w/( m·℃.)；中间层为保温砖，其厚度115mm，热导率为0.15w/( m·℃)；最外层为普通砖，其厚度225mm，热导率为0.8w/( m·℃)现测得内壁温度为1000℃，外壁温度为60℃。试求：炉壁在单位面积上的导热速率。
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任务四 计算基本传热过程速率
解：炉子内外壁温存在温度差，必定会以热传导的方式向环境散失热量。经过三层平壁的形成热传导，导热过程中界面温度稳定，各层导热量相同，按 计算导热速率。
传热总推动力为:
= 1000-60=940 ℃
从内到外炉壁的总热阻为：
将各值带入，得炉壁单位面积上的导热速率为：
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任务四 计算基本传热过程速率
某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/（m·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的热导率不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？
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任务四 计算基本传热过程速率
解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为 ， 此时为双层平壁的热传导，其导热速率方程为：
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任务四 计算基本传热过程速率
加保温层后单位面积炉壁的热损失为
故加保温层后热损失比原来减少的百分数为：
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任务四 计算基本传热过程速率
（2）计算多层平壁的界面层温度
若各固体层导热过程中界面接触良好，则相邻两层接触界面温度可视为相等，在稳定传热过程中各层传热速率相等的前提下，可以由已知的最内层温度和最外层温度依次将各界面层温度计算出来。以三层平壁导热为例，如果材料材质均匀，层与层界面接触良好，各层热导率分别为 λ1、λ2、λ3（均为常数），已测得最内层和最外层温度分别为t1和 t2。传热过程属于一维稳定导热，平壁传热面积为A， 导热速率为Q常量，因各层传热速率相等：
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任务四 计算基本传热过程速率
则 或
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任务四 计算基本传热过程速率
由三层固体材料砌成的某燃烧炉，最内层材料厚度为230mm，热导率为1.5w/( m·℃.)；中间层厚度120mm，热导率为0.20w/( m·℃)；最外层厚度230mm，热导率为0.7w/( m·℃)。现测得内壁温度为1200℃，外壁温度为80℃。假设传热过程为稳定传热过程，
试求：
（1）炉壁在单位面积上的热损失。
（2）炉子各界面的温度。
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任务四 计算基本传热过程速率
解：（1）由多层平壁的传热速率方程,得：
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任务四 计算基本传热过程速率
将各值代入，得则炉壁在单位面积上的热损失为：
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任务四 计算基本传热过程速率
（2）第一层与第二层的界面温t2
第二层与第三层的界面温t3
或
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任务四 计算基本传热过程速率
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任务四 计算基本传热过程速率
二、 计算圆筒壁导热速率
1、计算单层圆筒导热速率
右图是一个单层圆筒壁的横截面，设圆筒的内、外半径分别为r1和r2，内、外表面分别维持恒定的温度t1和t2，管长L足够长。由于温度沿着半径而变化，故厚度为dr薄层的温度变化为dt。若在半径r处沿半径方向取一厚度为dr的薄壁圆筒，则其传热面传热面积可视为定值，即2πrL。于是，通过dr薄层的传热速率便可仿照平壁导热计算。根据傅里叶定律，得：
分离变量后积分，整理得：
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任务四 计算基本传热过程速率
2、计算多层圆筒壁导热速率
生产过程中，如果在圆筒设备外包有绝缘层或设备内产生一层污垢，这样就构成了多层圆筒壁的热传导。如图所示，为三层圆筒的导热示意图，从内向外传递热量。假设圆筒壁材料材质均匀，层与层界面接触良好，各层热导率分别为λ1、λ2、λ3（均为常数），厚度分别为δ1、δ2和δ3，已测得最内层和最外层温度分别为t1和t4。
第一层的导热速率为： 由于每层导热速率相同，即：
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任务四 计算基本传热过程速率
用Ф42×2.5mm的钢管作为蒸汽管。为了减少热损失，在管外包两层保温材料。
第一层是厚度为50mm的氧化镁，热导率为0.07 w/( m·℃)；
第二层是厚度为10mm的氧化镁石棉，热导率为0.15 w/( m·℃)。
若管内壁温度为180℃，氧化镁石棉外壁温度为30℃，试求：该蒸汽管每米长的热损失。
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任务四 计算基本传热过程速率
解：蒸汽管每米长的热损失可用三层圆筒的导热速率式计算：
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任务四 计算基本传热过程速率
将各值代入，得则炉壁在单位面积上的热损失为：
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任务四 计算基本传热过程速率
在Ф140×2.5mm的蒸汽钢管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ=0.1430 W/（m·℃））。若要求每米管长的热损失 Q/L 不大于450W/m，试求保温层的厚度。
，
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任务四 计算基本传热过程速率
解：第二层导热速率数值上等于总的热损失，即：
已知：
将上述各值代入，得
由钢管尺寸得：
故保温层厚度为：
计算出：
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任务四 计算基本传热过程速率
子任务2 计算对流传热速率
一、计算对流传热速率
对流传热速率是指流体质点在单位时间内通过对流传热由高温向低温质点传递的热量。在生产过程中，通常是流体通过固体表面时与该表面发生的热量交换。
流体与固体壁面对流传热包括两种情况，
其一是高温流体在流动过程中将热量传递给与它接触的固体壁面，流体放热而被冷却；
其二是固体壁面将热量传递给与它接触的低温流体，流体吸热而被加热。
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任务四 计算基本传热过程速率
1、认识间壁两侧流体的对流传热速率方程
大量实践证明：在单位时间内，对流传热速率与固体壁面的大小、壁面温度与流体主体温度的温度差成正比。传热过程的推动力Δt是流体与壁面间的温度差。具体传热过程见图，表明了在某一截面上壁面两侧流体与壁面的对流传热过程。
传热速率方程式可用牛顿冷却定律表示：
流体被冷却时吸热速率为：
流体被加热时放热速率为：
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任务四 计算基本传热过程速率
2、分析对流传热系数的影响因素
（1）流体的物理状态:液体的物理状态不同，如液体、气体、蒸汽，它们的对流传热系数也各不相同。
（2）流体的相态变化:在对流传热过程中，如果流体发生相变（沸腾或冷凝），则其对流传热系数要比没有相变时的对流传热系数要大得多。
（3）流体的物理性质:对α影响较大的流体的物理性质有热导率λ、比热容Cp、密度ρ、黏度μ、体积膨胀系数β、汽化潜热r等。
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任务四 计算基本传热过程速率
（4）流体的流动型态:流体的流动型态有两种，即层流型态和湍流型态。层流时对流传热系数较湍流时的小。
（5）流体流动的原因:对流传热可分为强制对流传热和自然对流传热。前者主要是由外力作用而引起质点运动，后者主要受温度不同造成密度不同而形成流体质点的扩散，一般强制对流的对流传热系数较自然对流的为大。
（6）传热面积的形状、位置及大小:管子有长有短，有粗有细，管子的排列有顺排、插排，管子的放置方位有竖直、水平、斜放，由于传热面积的形状、位置及大小都影响流体的流动状况，都会影响对流传热系数。
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任务四 计算基本传热过程速率
假设在壁面附近存在一层厚度为δt的流体虚拟膜，称为有效膜，所有的传热热阻都集中在这一层有效膜内。当流体的湍动程度增大，则有效膜厚度δt变薄，传热热阻减小，传热速率变大。有效膜内的传热速率可以仿照单层平壁的导热速率计算，即：
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任务四 计算基本传热过程速率
将诸多影响因素作一归纳，可用以下四个准数表示，再通过试验确定各准数之间关系，得出对流传热系数关联式。各准数的意义见下表：
准数的符号及意义
准数名称 符 号 意 义
努塞尔特征数 被决定特征数，包含待定的对流传热系数
雷诺数 表示流体的流动型态对对流传热的影响
普兰特数 表示流体物性对对流传热的影响
格拉斯霍夫数 表示自然对流对对流传热的影响
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任务四 计算基本传热过程速率
（1）计算无相变流体在管内强制流动对流传热系数：
流体在管内强制流动时被加热或被冷却，是工业上常见的传热过程。无相变传热是指流体在传热过程中没有发生相的转变，具体来说就是没有液体汽化为蒸汽，也没有蒸汽冷凝成液体。传热的结果只是引起温度的上升或下降。
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任务四 计算基本传热过程速率
1）流体在圆型直管内作强制湍流的对流传热系数的计算
①低粘度流体在圆型直管内作强制湍流的对流传热系数
低粘度流体在管内强制，此时自然对流的影响不计，准数关系式可表示为：
当流体被加热时，n=0.4；
当流体被冷却时，n=0.3。
m=0.8
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任务四 计算基本传热过程速率
1）流体在圆型直管内作强制湍流的对流传热系数的计算
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任务四 计算基本传热过程速率
②高粘度液体在圆型直管内作强制湍流的对流传热系数
高粘度液体因粘度μ的绝对值较大，固体表面与流体之间的温度差对粘度的影响更为显著。此时利用指数n取值不同加以修正的方法已得不到满意的关联式，需考虑壁温对流体黏度的影响，则其对流传热系数变为：
式中 μ——液体在主体平均温度下的粘度；
μw——液体在壁温下的粘度。
一般说，壁温是未知的，近似取为以下数值能满足工程要求：
液体被加热时： =1.05 液体被冷却时： =0.95
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任务四 计算基本传热过程速率
③液体在圆型管短直管内作强制湍流的对流传热系数
圆型管短直管是指 l /di＜60的短管，因短管内流动尚未充分发展，层流底层较薄，热阻小。因此将长管的对流传热系数计算式计算得的再乘以大于1的系数[1+（di/ L ）0.7]加以校正，就可以得到短管内的对流传热系数。
④流体在圆型弯管内作强制湍流的对流传热系数
实验结果表明，弯管中的可将直管的对流传热系数的计算结果乘以大于1的修正系数 f 而得出：
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任务四 计算基本传热过程速率
⑤流体在非圆型管中作强制湍流的对流传热系数
非圆型管中对流传热系数的计算用圆型管的各相应计算公式，而将定性尺寸用当量直径 de 代替。
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任务四 计算基本传热过程速率
2）无相变时流体在管内强制过渡流的对流传热系数
流体在圆形直管中作过渡流，是指Re=2000～10000的过渡流，因流体流动不充分，层流底层较厚，热阻大而α小。此时的对流传热系数需将湍流时计算得的对流传热系数的乘以小于1的系数 f：
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任务四 计算基本传热过程速率
3)流体在圆型直管内作强制层流的对流传热系数
流体作强制层流流动时，一般应考虑自然对流对传热的影响。只有当管径、流体与壁面间的温度差较小时，且 时，自然对流对对流传热系数的影响可以忽略，这种情况的经验关联式为：
应用范围:
Re＜2300，0.6＜Pr＜6700
>10
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任务四 计算基本传热过程速率
当 时，自然对流对对流传热系的影响不能忽略，此时的对流传热系数应由上式计算的 α 值乘以校正系数 f’：
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任务四 计算基本传热过程速率
有一列管式换热器，由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20℃被加热至80℃，苯的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数。
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任务四 计算基本传热过程速率
解：苯在平均温度 ℃ 下的物性可由附录查得：
密度ρ=860kg/m3；比热容cp=1.80kJ/（kg·℃）；粘度μ=0.45mPa·s；
热导率λ=0.14W/（m·℃）
加热管内苯的流速为：
则：
以上计算表明本题的流动状况属湍流，故：
W/（m2·℃）
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任务四 计算基本传热过程速率
换热器改成88根管，其他条件不变，则对流传热系数变为多少？
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任务四 计算基本传热过程速率
换热器改成88根管，其他条件不变，则对流传热系数变为多少？
解：改为88根管子，则管内流速为：
管内对流传热系数为：
由此可见，同样条件下，换热器管子根数增加，流体在管内速度减少，致使对流传热系数变小。
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任务四 计算基本传热过程速率
将换热器由单管程改为双管程，其他条件不变，则对流传热系数变为多少？
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任务四 计算基本传热过程速率
将换热器由单管程改为双管程，其他条件不变，则对流传热系数变为多少？
解：将单管程改为双程，其他条件不变，则速度加倍:
对流传热系数为:
由此可见，同样条件下，换热器管程数增加，流体在管内速度增加，致使对流传热系数增大。
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任务四 计算基本传热过程速率
（2）计算有相变流体对流传热系数
在生产过程中，流体在换热过程中发生相变的情况很多，就其本质而言，传热过程无非两种情况：
一是液体的沸腾汽化，另一种是蒸汽的冷凝液化。
1）流体在圆型直管内作强制湍流的对流传热系数的计算
①认识膜状冷凝和滴状冷凝
a.膜状冷凝
若冷凝液能够润湿壁面，则在壁面上形成一层完整的液膜，称为膜状冷凝，如图所示。
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任务四 计算基本传热过程速率
b.滴状冷凝
若冷凝液不能完全润湿壁面，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，液滴落下后又露出新的冷凝面，此种冷凝称为滴状冷凝，如图 所示。在滴状冷凝时，壁面大部分的面积直接暴露在蒸气中，可供蒸气冷凝。由于没有大面积的液膜阻碍热量传递，因此滴状冷凝传热系数比膜状冷凝可高几倍甚至十几倍。
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任务四 计算基本传热过程速率
②计算饱和蒸汽膜状冷凝对流传热系数
a.蒸气在垂直管或板外冷凝
假定冷凝液膜呈层流流动，传热方式为通过液膜的热传导，蒸气静止不动，对液膜无摩擦阻力；蒸气冷凝成液体时所释放的热量仅为冷凝潜热，蒸气温度和壁面温度保持不变。冷凝液的物性可按平均液膜温度取值，且为常数，
当Re＜2100时：
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任务四 计算基本传热过程速率
当Re>2100时：
式中： de—— 当量直径，m；
Re —— 雷诺数，无因次。
设b为液膜润湿周边长度；W为单位时间在b上的冷凝液量，则单位长度润湿周边上单位时间的冷凝液量M=W/b，其单位为kg/（m·s）。若膜状流动时的横截面积（流通面积）为A，则：
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任务四 计算基本传热过程速率
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任务四 计算基本传热过程速率
b.蒸汽在水平管外冷凝
若蒸汽在单根水平管外冷凝时，因管径较小，膜层通常呈层流流动。应指出，对水平单管，实验结果和由理论公式求得的结果相近，即：
若蒸气在水平管束外冷凝，则：
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任务四 计算基本传热过程速率
③影响冷凝传热的因素
饱和蒸气冷凝时，热阻集中在冷凝液膜内。因此液膜的厚度及其流动状况是影响冷凝传热的关键因素。
a.冷凝液膜两侧的温度差 的影响
当液膜呈层流流动时，若 加大，则蒸气冷凝速率增加，因而膜层厚度增厚，使冷凝传热系数降低。
b.流体物性的影响
由膜状冷凝传热系数计算式可知，液膜的密度、粘度及导热系数，蒸气的冷凝潜热，都影响冷凝传热系数。
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任务四 计算基本传热过程速率
c.蒸气的流速和流向的影响
蒸气以一定的速度运动时，和液膜间产生一定的摩擦力，若蒸气和液膜同向流动，则摩擦力将使液膜加速，厚度减薄，使 α 增大；若逆向流动，则α减小。但这种力若超过液膜重力，液膜会被蒸气吹离壁面，此时随蒸气流速的增加 α 急剧增大。
d.蒸气中不凝性气体的影响
若蒸气中含有空气或其它不凝性气体，则壁面可能被气体（导热系数很小）层所遮盖，增加了一层附加热阻，使急剧下降。
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任务四 计算基本传热过程速率
e.冷凝壁面的影响
若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，则液膜增厚，使传热系数下降。例如，对于管束，为了减薄下面管排上液膜的厚度，一般需减少垂直列管的数目或把管子的排列旋转一定的角度，使冷凝液沿下一根管子的切向流过。此外，冷凝壁面粗糙不平或有氧化层，则会使膜层加厚，增加膜层阻力，因而降低。
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任务四 计算基本传热过程速率
2）认识液体的沸腾对流传热
将液体加热到操作条件下的饱和温度时，整个液体内部都会有气泡产生，这种现象称为液体沸腾。发生在沸腾液体与固体壁面之间的传热，称为沸腾对流传热。
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任务四 计算基本传热过程速率
工业上液体沸腾的方法有二种：
（1）是将加热壁面浸没在无强制对流的液体中，液体受热沸腾，称为大容积沸腾；
（2）是液体在管内流动时受热沸腾，称为管内沸腾。后者沸腾机理更为复杂，下面主要讨论大容积沸腾。
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任务四 计算基本传热过程速率
（2）认识液体的沸腾对流传热
将液体加热到操作条件下的饱和温度时，整个液体内部都会有气泡产生，这种现象称为液体沸腾。发生在沸腾液体与固体壁面之间的传热，称为沸腾对流传热。
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任务四 计算基本传热过程速率
①液体沸腾曲线
如图所示。大容器内饱和液体沸腾的情况随温度（即）而变，出现不同的沸腾状态。
②计算沸腾传热系数
对于单组分纯物质池内沸腾，可近似地按以下函数形式进行关联：
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任务四 计算基本传热过程速率
影响沸腾传热的因素
a．液体性质的影响：
液体的导热系数λ、密度ρ、粘度μ和表面张力σ等均对沸腾传热有重要的影响。一般情况下，随λ、ρ的增加而增大，而随μ及σ的增加而减小。
b．温度差 的影响：
温度差 是控制沸腾传热过程的重要参数，操作温差控制在核状沸腾区有利于提高对流传热系数。
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任务四 计算基本传热过程速率
c. 压力的影响：
提高操作压力即可提高液体的饱和温度，从而使的黏度和表面张力都下降，有利于气泡的生成和脱离壁面。
d. 加热壁面的影响：
加热壁面的材料和粗糙度对沸腾传热有重要的影响。一般新的或清洁的加热面，α较高。当壁面被油脂沾污后，因油脂的热导率低，会使 α急剧下降。壁面愈粗糙，气泡核心愈多，有利于沸腾传热。此外，加热面的布置情况，对沸腾传热也有明显的影响。
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任务四 计算基本传热过程速率
（3）对流传热系数 α 的大致范围：
空气自然对流：1～10
空气自然对流：10～250
水强制对流：250～104
水蒸气冷凝：5000～1.5×104
水沸腾：1500～4.5×104
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任务四 计算基本传热过程速率
在一列管式换热器中，水在内直径为20mm、长度为3m的管束内流过。管内壁的平均温度为60℃，水的平均温度为20℃，若管壁对水的对流传热系数为4000 w/（m2.℃），试求水与每根管壁的对流传热速率。
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任务四 计算基本传热过程速率
解：水在管束内流动的过程中，由于管壁的温度高于水的温度，故管壁就会以对流传热的方式向水传热。
计算对流传热的速率可用式
已知：
因
带入各值，得：
管壁的对流传热速率为
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任务四 计算基本传热过程速率
掌握辐射过程的传热机理，了解计算辐射的传热能力与固体间的辐射传热计算,理解吸收率、反射率、通过率的概念与影响因素以及实际物体的辐射能力与吸收能力等。能根据辐射的传热实际情况提出强化或削弱辐射传热的措施。
子任务3 计算辐射传热速率
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任务四 计算基本传热过程速率
子任务3 计算辐射传热速率
一、计算辐射传热能力
1、黑体的辐射能力和斯蒂芬-波尔兹曼定律
假设外界投射到物体表面上的总能量 ，其中一部分能量 进入表面后被物体吸收，一部分能量 被物体反射，其余部分 透过物体。
根据能量守恒定律：
，
，
A、R 和 D 分别为物体吸收率、反射率和透过率。
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任务四 计算基本传热过程速率
子任务3 计算辐射传热速率
物体的吸收率、反射率、透过率的大小，与该物体的性质、温度、相态、以及表面状况等因素有关。
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任务四 计算基本传热过程速率
子任务3 计算辐射传热速率
黑体(绝对黑体)：
能将辐射能全部吸收的物体，即 A=1, R=D=0。自然界中并不存在绝对黑体，例如没有光泽的黑墨表面，其吸收率 A=0.96~0.98，定义黑体的目的是为了在计算中确定一个比较的标准。
镜体(绝对白体)：
能将辐射能全部反射的物体，即 R=1, A=D=0。自然界中也不存在绝对镜体，例如表面抛光的铜，其反射率 R=0.97。
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任务四 计算基本传热过程速率
子任务3 计算辐射传热速率
透热体：
辐射能全部透过的物体，即D=1, A=R=0。
例如对称双原子气体 O2、N2、H2 等都是透热体。
灰体：
能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体。
灰体也是理想物体，其特点为：吸收率 A 与波长无关；
为不透热体 (A+R=1)。工业上常见的固体材料均可视为灰体。
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任务四 计算基本传热过程速率
黑体是指能全部吸收别物体投来的各种波长热辐射线的物体，其 ，如无光泽的黑煤， 可以近似当做黑体。固体和液体一般不能透过热辐射，因此 ， 为不透热体。 , 为不反射体。能全部反射辐射能的物体称为镜体， ，如磨光的铜表面可近似看作是镜体， ； 透热体指能透过全部辐射的物体， D=1如单原子气体，He，Ar，对称双原子气体H2，N2，O2 。透热体——能透过全部辐射能的物体，即理论证明，黑体的辐射能力与其绝对温度的四次方成正比，即：

称为斯蒂芬－波尔兹曼定律
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任务四 计算基本传热过程速率
——黑体的射能力，单位时间内物体表面向外辐射的总能量，
——黑体的辐射数，
——黑的绝对温度，
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任务四 计算基本传热过程速率
在应用时，通常将上式写为：
——黑体的射系数，其值为5.67
由此看出，黑体的辐射能力只与其温度有关。
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任务四 计算基本传热过程速率
2、实际物体的辐射能力与吸收能力
在相同的温度下，实际物体的辐射能力恒小于黑体的辐射能力。实际物体与同温度下的黑体的辐射能力之比称为物体的黑度，用ε表示，其值可用实验测定。
实际物体的黑度表征其辐射能力的大小，其值恒小于1。
将实际物体的辐射能力表示为：
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任务四 计算基本传热过程速率
二、两固体间的辐射传热能的计算
两个固体之间传递的热辐射总的结果是辐射热能从高温物体传递给低温物体，可用下式计算：
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任务四 计算基本传热过程速率
有一尺寸为φ168×5.0mm的已被氧化的钢管，其温度为450℃，将其放在0.5m见方的耐火砖砌成的烟道中，火炉内壁温度为1200℃。试求钢管与火炉壁间每米管长的热辐射能量。
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任务四 计算基本传热过程速率

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