传热

化工原理传热思维导图，包括热传导、对流传热、辐射传热、不稳定传热、稳定传热过程计算等等。

传热

• 热传导
  • 傅立叶热定律与热导率
    • q=-λaT/an
  • 平壁的稳定热传导
    • 单层：
      • q=ΔT/R
    • 多层：
  • 圆筒壁的稳定热传导
    • 单层：
      • Q=2LπλΔT/㏑（r2/r1)
    • 多层：
• 对流传热
  • 基本原理
    • 热边界层
      • 层流底层λ小，R大，温度梯度大
      • 湍流主体温度梯度极小
    • 分类
      • 无相变
        • 强制对流
        • 自然对流
      • 有相变
        • 冷凝传热
        • 沸腾传热
    • 牛顿冷却定律
      • Q=αS*ΔT（Q与ΔT不成正比关系）
    • 影响对流传热的因素
      • 流体的物理性质
      • 流体的流动状态
      • 传热壁面的形状、位置、大小
    • 准数
      • Nu=αL/λ（对流传热系数的准数）
      • Re=Luρ/μ（流动状态的准数）
      • Re=Luρ/μ（流动状态的准数）
      • Gr=βgΔTL3ρ2/μ2（自然对流影响的准数）
      • 准数关系式
        • Nu=ARemPrnGrs
    • 注意事项
      • 公式的应用条件；定性温度和定性尺寸
  • 无相变的对流传热
    • 强制对流传热
      • 管内湍流
        • 圆形管
          • 气体/低黏液体
            • 关联式：Nu=0.023Re0.8Prn
            • 应用条件：粘度＜2倍常温水，Re>10⁴，0.7＜Pr＜120，L/di≥60
            • 流体加热n=0.4，流体冷却n=0.3
            • 定性温度：流体进出口温度算术平均值 定性尺寸：管内径di
            • 准数关系式：Nu=ARemPrnGrs
          • 高黏液体
            • 关联式：Nu=0.027Re0.8Pr1/3(μ/μw)0.14
            • 应用条件：Re>10⁴，0.7＜Pr＜16700，L/di≥60
            • 当壁面温度未知时，流体加热(μ/μw)0.14=1.05，流体冷却(μ/μw)0.14=0.95
            • 定性温度：除μw取壁温外，均取流体进出口温度算术平均值 定性尺寸：管内径di
        • 非圆形管
          • de=4A/S
      • 管内层流
        • Nu=1.86(RePrdi/L)1/3(μ/μw)0.14
    • 自然对流传热
      • Nu=C(GrPr)n
  • 有相变的对流传热
    • 冷凝传热（层流为主）
      • 过程分析
        • 放热（汽化潜热）→相变热
        • 滴状冷凝膜状冷凝
        • 推动力：ΔT=Ts-Tw
        • 热阻：滴状冷凝<膜状冷凝α：滴状冷凝>膜状冷凝
      • 关联式
        • 垂直壁面
          • 层流：Re<1800
          • α=1.13[grp2λ3/μLΔT]1/4
        • 水平管外
          • α=0.725[grp2λ3/μdo NΔT]1/4
          • α水平/α垂直=0.64（L/do）1/4
    • 沸腾传热
      • 液相→汽相（达到沸点）
      • 推动力：过度热ΔT=Tw-Ts
      • ΔT≤5℃，自然对流ΔT=5~25℃，核状沸腾（泡状）ΔT>25℃，膜状沸腾
• 辐射传热
  • 热辐射
    • 物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程称为热辐射。
  • 物体的辐射能力两固体表面间的辐射传热对流与辐射的综合传热
• 换热器简介
  • 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。
  • 在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。
• 不稳定传热
  • 导热微分方程
    • dQ;=一入aT/aX·dy/dz
  • 集总参数分析法
    • aS(Tf-T)dt=pcpVdT
  • 不稳定导热的图解法
    • 一维不稳定传热
    • 多维不稳定导热
    • θ= (θ)r0·（θ）L 短圆柱体
    • θ=(θ)L1, (θ)L2, (θ)L3 长方形
• 稳定传热过程计算
  • 热量守恒
    • 总传热速率方程
      • 无相变
        • Q=whcph（Th1-Th2）=wccpc（Tc2-Tc1）+QL
      • 有相变
        • Q=w[r+cph（TS-Th2）=wccpc（Tc2-Tc1）+QL
  • 总传热速率方程
    • Q=KS△Tm
  • 总传热系数
    • 通常K值的来源有三个方面
      • 生产实际的经验数据
      • 实验测定
      • 直接计算
    • 总传热系数的计算
      • 平壁
  • 传热的平均温度差
    • 恒温传热:换热器中间壁两侧的流体均有相变化，两流体温度均保持不变，这种传热称为恒温传热。
    • 并(顺)流:冷热流体的流动方向相同
    • 逆流:冷热流体的流动方向相同
    • 错流:冷热流体的流动方向互相垂直
    • 折流:冷热流体的流动方向既有并流又有逆流
    • 两流体均为变温成热时，若两流体的进出口温度为定值，则逆流时的平均温度差最大，并流时的平均温度差最小。
    • 当换热器的传热量Q及总传热系数K一定时，采用逆流操作，所需的传热面积较小。
    • 逆流的另一个优点是可以节约冷却介质或加热介质的用量
  • 传热过程的强化
    • 由总传热速率方程Q=KS△Tm可以看出，增大总传热系数K，传热面积S或平均温度差△Tm均可提高热速率。