1、環(huán)境工程中涉及到的傳熱過程主要有環(huán)境工程中涉及到的傳熱過程主要有兩種情況兩種情況：（1）強化傳熱過程，如各種熱交換設(shè)備中的傳熱；）強化傳熱過程，如各種熱交換設(shè)備中的傳熱；（2）削弱傳熱過程，如對設(shè)備和管道的保溫，以減少熱）削弱傳熱過程，如對設(shè)備和管道的保溫，以減少熱量的損失。量的損失。根據(jù)傳熱機理的不同，熱的傳遞主要有根據(jù)傳熱機理的不同，熱的傳遞主要有三種方式三種方式： 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 熱對流熱對流 輻射傳熱輻射傳熱第六章 熱量傳遞 第一節(jié)第一節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)第二節(jié)第二節(jié) 對流傳熱對流傳熱第三節(jié)第三節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱第四節(jié)第四節(jié) 換熱器換熱器第一節(jié) 熱傳導(dǎo)導(dǎo)熱導(dǎo)熱: 以溫度差為推動力的分子傳遞

2、現(xiàn)象以溫度差為推動力的分子傳遞現(xiàn)象傳遞規(guī)律傳遞規(guī)律: 傅立葉定律傅立葉定律通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱通過圓管壁的穩(wěn)態(tài)傳熱通過圓管壁的穩(wěn)態(tài)傳熱（1）通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱）通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱附加熱阻接觸熱阻附加熱阻接觸熱阻（2）通過圓管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)）通過圓管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)單層圓管壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)速率方程單層圓管壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)速率方程 第二節(jié) 對流傳熱對流傳熱：流體中質(zhì)點發(fā)生相對位移而引起的熱量傳導(dǎo)過程。對流傳熱：流體中質(zhì)點發(fā)生相對位移而引起的熱量傳導(dǎo)過程。實際上，將工程中常見的流體與固體壁面之間的傳熱稱實際上，將工程中常見的流體與固體壁面之間的傳熱稱為對流傳熱，它在傳熱過程中占有極重要的的地位

3、。為對流傳熱，它在傳熱過程中占有極重要的的地位。對流傳熱中流體相對于固體表面作宏觀運動對流傳熱中流體相對于固體表面作宏觀運動熱量傳遞過程：熱量傳遞過程： 流體間的傳熱流體間的傳熱 流體與固體壁面間的接觸傳熱流體與固體壁面間的接觸傳熱套管式換熱器套管式換熱器 列管式換熱器列管式換熱器管殼式換熱器管殼式換熱器 固定管板式換熱器1折流擋板；2管束；3殼體；4封頭；5接管；6管板一、對流傳熱分類一、對流傳熱分類1.流體無相變流體無相變 流體在傳熱過程中不發(fā)生相的變化流體在傳熱過程中不發(fā)生相的變化 （1）強制對流傳熱：）強制對流傳熱： 流體在外加能量的作用下處于流動狀態(tài)（泵或攪拌）流體在外加能量的作用下

4、處于流動狀態(tài)（泵或攪拌） （2）自然對流傳熱：）自然對流傳熱： 流體只由于內(nèi)部密度差而流動。（溫度差）流體只由于內(nèi)部密度差而流動。（溫度差）2.流體有相變流體有相變 流體在傳熱過程中發(fā)生相的變化流體在傳熱過程中發(fā)生相的變化 （1）蒸汽冷凝：）蒸汽冷凝： 氣體在傳熱過程中全部或部分冷凝成液體氣體在傳熱過程中全部或部分冷凝成液體 （2）液體沸騰：）液體沸騰： 液體在傳熱過程中沸騰，部分液體轉(zhuǎn)變?yōu)槠w液體在傳熱過程中沸騰，部分液體轉(zhuǎn)變?yōu)槠w二、影響對流傳熱的因素二、影響對流傳熱的因素1. 物性特征物性特征 或或cp越大，流體與表面間的傳熱強度越大；越大，流體與表面間的傳熱強度越大； k大的流體，熱傳

5、導(dǎo)能力也強；大的流體，熱傳導(dǎo)能力也強； 越大，越不利于流動，削弱與表面的傳熱。越大，越不利于流動，削弱與表面的傳熱。2. 幾何特征幾何特征 固體壁面的形狀、尺度、方位、粗糙度、是否處于管道固體壁面的形狀、尺度、方位、粗糙度、是否處于管道進口段、彎管還是直管等。進口段、彎管還是直管等。3. 流動特征流動特征 流動起因（自然對流、強制對流），流動起因（自然對流、強制對流）， 流動狀態(tài)（層流、湍流），流動狀態(tài)（層流、湍流）， 有無相變化（液體沸騰、蒸汽冷凝）有無相變化（液體沸騰、蒸汽冷凝） 流體對流方式（并流、逆流、錯流）。流體對流方式（并流、逆流、錯流）。1. 流動邊界層的流動情況決定流體與壁面間

6、的對流動邊界層的流動情況決定流體與壁面間的對流傳熱機理。流傳熱機理。 （1）層流：在垂直于流動方向上，熱量的傳遞通過導(dǎo)熱進行。）層流：在垂直于流動方向上，熱量的傳遞通過導(dǎo)熱進行。 實際上，流體內(nèi)部存在溫度梯度而產(chǎn)生自然對流的干擾，使傳實際上，流體內(nèi)部存在溫度梯度而產(chǎn)生自然對流的干擾，使傳熱增強。熱增強。 三、對流傳熱的機理三、對流傳熱的機理湍流傳熱時，流體從主流到壁面的傳熱過程也為穩(wěn)定的串聯(lián)湍流傳熱時，流體從主流到壁面的傳熱過程也為穩(wěn)定的串聯(lián)傳熱過程，熱阻集中在層流底層上。傳熱過程，熱阻集中在層流底層上。（2）湍流：層流底層中，熱量傳導(dǎo)主要依靠導(dǎo)熱進行，符合傅）湍流：層流底層中，熱量傳導(dǎo)主要依

7、靠導(dǎo)熱進行，符合傅立葉定律，溫度分布幾乎為直線，溫度分布曲線的斜率大；立葉定律，溫度分布幾乎為直線，溫度分布曲線的斜率大； 緩沖層中，質(zhì)點的運動較弱，對流與導(dǎo)熱的作用大致處緩沖層中，質(zhì)點的運動較弱，對流與導(dǎo)熱的作用大致處于同等地位，由于對流傳熱的作用，溫度梯度變??；于同等地位，由于對流傳熱的作用，溫度梯度變小； 在湍流核心，質(zhì)點的強烈運動，熱量傳遞主要依靠對流在湍流核心，質(zhì)點的強烈運動，熱量傳遞主要依靠對流進行，導(dǎo)熱所起的作用很小，溫度梯度更小，溫度分布曲線趨進行，導(dǎo)熱所起的作用很小，溫度梯度更小，溫度分布曲線趨于平坦。于平坦。邊界層內(nèi)流體的流動情況影響壁面附近的溫度分布。邊界層內(nèi)流體的流動情

8、況影響壁面附近的溫度分布。2. 傳熱邊界層傳熱邊界層（1）傳熱邊界層）傳熱邊界層:壁面附近因傳熱而使流體溫度發(fā)生變化的壁面附近因傳熱而使流體溫度發(fā)生變化的區(qū)域（即存在溫度梯度的區(qū)域）區(qū)域（即存在溫度梯度的區(qū)域）（2）邊界層的厚度）邊界層的厚度T ：將：將TWT0.99（TWT0）處作為）處作為熱邊界層的界限，該界限到壁面的距離稱為邊界層的厚度。熱邊界層的界限，該界限到壁面的距離稱為邊界層的厚度。（3）在邊界層以外的區(qū)域溫度變化很小，可認為不存在溫）在邊界層以外的區(qū)域溫度變化很小，可認為不存在溫度梯度。度梯度。（4）因此傳熱過程的阻力主要取決于傳熱邊界層的厚度。）因此傳熱過程的阻力主要取決于傳熱

9、邊界層的厚度。 （5）流動邊界層厚度與傳熱邊界層厚度間的關(guān)系取決于）流動邊界層厚度與傳熱邊界層厚度間的關(guān)系取決于普朗特數(shù)普朗特數(shù)Pr四、對流傳熱速率牛頓公式采用了微分形式，是因為溫度、對流傳熱系數(shù)是沿牛頓公式采用了微分形式，是因為溫度、對流傳熱系數(shù)是沿程變化的，因此式中的量均為局部的參數(shù)。程變化的，因此式中的量均為局部的參數(shù)。（2）對流傳熱微分方程）對流傳熱微分方程從理論上計算對流傳熱系數(shù)的基礎(chǔ)。從理論上計算對流傳熱系數(shù)的基礎(chǔ)。（1）熱邊界層越薄，溫度梯度越大，對流傳熱系數(shù)也越大。）熱邊界層越薄，溫度梯度越大，對流傳熱系數(shù)也越大。（2）熱邊界層的厚度受流動邊界層的直接影響，層流邊界）熱邊界層的

10、厚度受流動邊界層的直接影響，層流邊界層或?qū)恿鞯讓拥暮穸刃?，則相應(yīng)的熱邊界層也薄，溫度梯層或?qū)恿鞯讓拥暮穸刃?，則相應(yīng)的熱邊界層也薄，溫度梯度上升，度上升，也就上升。也就上升。（3）通過改善流動狀況，使層流底層厚度減小，是強化對）通過改善流動狀況，使層流底層厚度減小，是強化對流傳熱的主要途徑之一。流傳熱的主要途徑之一。 （3）求解對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗方法：）求解對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗方法： 因次分析法因次分析法 類比法類比法努賽爾特數(shù)（努賽爾特數(shù)（Nu表示對流傳熱系數(shù)的影響）表示對流傳熱系數(shù)的影響）雷諾數(shù)（雷諾數(shù)（Re，表示流動狀態(tài)的影響），表示流動狀態(tài)的影響）普蘭特數(shù)（普蘭特數(shù)（Pr，表示物性影響），

11、表示物性影響）格拉斯霍夫數(shù)（格拉斯霍夫數(shù)（Gr，表示自然對流影響），表示自然對流影響） hGrPrReNufak2PrReNuS0tfucpSt為斯坦頓數(shù)為斯坦頓數(shù) 1Pr2/512/S0tffucp普蘭德泰勒類似率普蘭德泰勒類似率 6Pr51ln1Pr2/512/S0tffUcp馮卡門類似率馮卡門類似率 五、間壁傳熱過程計算五、間壁傳熱過程計算熱流體通過間壁傳熱給冷流體熱流體通過間壁傳熱給冷流體的過程分為三步的過程分為三步 ：（1）熱流體將熱量傳給固體壁）熱流體將熱量傳給固體壁面；面；（2）熱量從壁的熱側(cè)面?zhèn)鞯嚼洌崃繌谋诘臒醾?cè)面?zhèn)鞯嚼鋫?cè)面；側(cè)面；（3）熱量從壁面?zhèn)鹘o冷流體。）熱量從壁面?zhèn)鹘o

12、冷流體。對流傳熱對流傳熱導(dǎo)熱導(dǎo)熱對流傳熱對流傳熱1A1 2A2 kAn b1總傳熱速率方程總傳熱速率方程傳熱基本方程式傳熱基本方程式常取外表面為基準常取外表面為基準2傳熱推動力傳熱推動力平均溫差的計算平均溫差的計算（2）變溫傳熱時的平均溫差）變溫傳熱時的平均溫差兩流體的相互流向不同，則對溫度差的影響也不相同兩流體的相互流向不同，則對溫度差的影響也不相同 逆流和并流時的傳熱溫差逆流和并流時的傳熱溫差 對數(shù)平均溫差對數(shù)平均溫差 在冷熱流體的初、終溫度相同的條件下，逆流的平均溫差在冷熱流體的初、終溫度相同的條件下，逆流的平均溫差較并流的大。因此，在換熱器的傳熱量較并流的大。因此，在換熱器的傳熱量Q及

13、總傳質(zhì)系數(shù)及總傳質(zhì)系數(shù)K相相同的條件下，采用同的條件下，采用逆流操作可以節(jié)省傳熱面積，減少設(shè)備逆流操作可以節(jié)省傳熱面積，減少設(shè)備費，或減少換熱介質(zhì)的流量，降低運行費，費，或減少換熱介質(zhì)的流量，降低運行費，因此，在實際因此，在實際工程中多采用逆流操作。工程中多采用逆流操作。 錯流和折流時的傳熱溫差錯流和折流時的傳熱溫差 第三節(jié)第三節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱一、輻射傳熱的基本概念一、輻射傳熱的基本概念1熱輻射熱輻射2熱輻射對物體的作用熱輻射對物體的作用物體由于熱的原因而發(fā)出輻射能的過程，稱為熱輻射。物體由于熱的原因而發(fā)出輻射能的過程，稱為熱輻射。 QQQQDRA1QQQQQQDRAA、R、D分別稱為物體

14、對投射輻射的吸收率、反射率和穿透率分別稱為物體對投射輻射的吸收率、反射率和穿透率 若若A1，則表示落在物體表面上的輻射能全部被物體吸收，則表示落在物體表面上的輻射能全部被物體吸收，這種物體稱為絕對這種物體稱為絕對黑體黑體。 若若R=1，則表示落在物體表面上的輻射能全部被反射出去。，則表示落在物體表面上的輻射能全部被反射出去。此時，若入射角等于反射角，則物體稱為此時，若入射角等于反射角，則物體稱為鏡體鏡體；若反射情；若反射情況為漫反射，該物體稱為絕對況為漫反射，該物體稱為絕對白體白體。 若若D1，則表示落在物體上的輻射能將全部穿透過去，這，則表示落在物體上的輻射能將全部穿透過去，這類物體稱為類物

15、體稱為絕對透明體或透熱體絕對透明體或透熱體。吸收能力大的物體其反射能力就小；反之，吸收能力小的吸收能力大的物體其反射能力就?。环粗?，吸收能力小的物體其反射能力就大。物體其反射能力就大。 灰體灰體: 定義一種物體，能以相同的吸收率吸收所有波長范圍的定義一種物體，能以相同的吸收率吸收所有波長范圍的輻射能，則物體對投入輻射的吸收率與外界無關(guān)。輻射能，則物體對投入輻射的吸收率與外界無關(guān)。3輻射傳熱輻射傳熱物體之間相互輻射和吸收輻射能的傳熱過程稱為輻射傳熱物體之間相互輻射和吸收輻射能的傳熱過程稱為輻射傳熱 二、物體的輻射能力二、物體的輻射能力物體在一定溫度下，單位表面積、單位時間內(nèi)所發(fā)出的全物體在一定溫

16、度下，單位表面積、單位時間內(nèi)所發(fā)出的全部波長的總能量，記做部波長的總能量，記做E，單位為，單位為W/m2。輻射能力表征物體。輻射能力表征物體發(fā)射輻射能的能力。發(fā)射輻射能的能力。單色輻射能力：物體在一定溫度下發(fā)射某種波長的能力，單色輻射能力：物體在一定溫度下發(fā)射某種波長的能力，記做記做E，單位為，單位為W/m2。則輻射能力為。則輻射能力為0dEE 黑體單色輻射能力按波長的分布規(guī)律黑體單色輻射能力按波長的分布規(guī)律 3109 . 2常數(shù)Tm 1、黑體的輻射能力、黑體的輻射能力40100TCEb式中式中C0黑體的輻射系數(shù)，其值為黑體的輻射系數(shù)，其值為5.67 W/ (m2K4)。第四節(jié)第四節(jié) 換熱器換

17、熱器 一、換熱器的分類與結(jié)構(gòu)形式一、換熱器的分類與結(jié)構(gòu)形式 按照熱交換器的用途按照熱交換器的用途 ：加熱器、預(yù)熱器、過熱器、蒸發(fā)：加熱器、預(yù)熱器、過熱器、蒸發(fā)器、再沸器、冷卻器和冷凝器器、再沸器、冷卻器和冷凝器 熱量交換的原理和方式熱量交換的原理和方式 ：間壁式換熱器：間壁式換熱器 、直接接觸式換、直接接觸式換熱器熱器 、蓄熱式換熱器、蓄熱式換熱器 間壁式換熱器：間壁式換熱器：（1）管式換熱器蛇管式換熱器、套管式換熱器和列管式）管式換熱器蛇管式換熱器、套管式換熱器和列管式換熱器換熱器 （2）板式換熱器平板式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅）板式換熱器平板式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅式換熱器和熱板

18、式換熱器式換熱器和熱板式換熱器 （3）熱管換熱器）熱管換熱器 二、管式換熱器換熱方式：沉浸式、噴淋式換熱方式：沉浸式、噴淋式 1蛇管式換熱器蛇管式換熱器2套管式換熱器套管式換熱器 3列管式換熱器列管式換熱器管殼式換熱器管殼式換熱器 固定管板式換熱器固定管板式換熱器1折流擋板；折流擋板；2管束；管束；3殼體；殼體；4封頭；封頭；5接管；接管；6管板管板圖圖6.4.5 擋板形式及殼內(nèi)的折流擋板形式及殼內(nèi)的折流圖圖6.4.6 兩殼程四管程的管殼式換熱器兩殼程四管程的管殼式換熱器 翅片管式換熱器又稱為管翅式換熱器翅片管式換熱器又稱為管翅式換熱器 當兩種流體的對流傳熱系數(shù)之比超過當兩種流體的對流傳熱系數(shù)之比超過3：1時時 三、板式換熱器1夾套式換熱器夾套式換熱器圖圖6.4.11 夾套式換熱器夾套式換熱器1釜；釜；2夾套；夾套；3蒸汽進口；蒸汽進口；4冷凝水出口；冷凝水出口；5冷凝水排除口冷凝水排除口2平板式換熱器平板式換熱器圖圖6.4.14 板式換熱器的板片板式換熱器的板片（a）水平波紋板；）水平波紋板；（b）人字形波紋板；）人字形波紋板；（c）圓弧形波紋板）圓弧形波紋板五、換熱器傳熱過程的強化途徑五、換熱器傳熱過程的強化途徑mTKAQ（1）增大傳熱面積）增大傳熱面積采用小直徑管、異形表面、加裝翅片等采用小直徑管、異形表面、加裝翅片等 （2