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《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基本方式。

本章讨论这三种基本传热方式联合作用时的传热过程，分析传热量计算以及增强与削减传热的方法。

第一节 传热过程及计算

一、基本概念

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涉，总换热系数是各种基本换热过程单独作用的总和。即

α=α

对流

+α

辐射

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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、避免温度和总换热系数分别为tf1、tW1和α冷流体测流体温度、避免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?2tw2QQ????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）

当系统达到稳定状态时，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

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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能力。 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。 要增强传热，就应该设法提高K值；要削弱传热，则应设法减小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情况类似）。

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，则对每米管长有：

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