传热速率
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2023年2月27日发(作者：八段锦图解)1/5
一、教学课题：第四章传热第四节传热计算四、传热系数五传热计算示例及分析
六、工业冷源与热源
二、教学目的：通过学习，使同学们掌握计算传热系数K的基本公式，了解传热系数K
的物理意义及间壁式传热过程。
三、课时：2h，第24次第16周12.19日星期四C25、C26（5、6节）
四、课型：新课
五、教具：白板笔、多媒体、激光笔
六、教学重点：计算传热系数K及传热面积
教学难点：计算传热系数K及传热面积
七、教学方法和手段：主要以讲授为主，图表教学为辅
八、主要内容：
同学们好！上节课我们学习第四节传热计算，课程较难，请同学们回顾下什么是1、
传热总速率方程2、传热平均温度差3、并流与逆流的比较及4、传热负荷Q的计算，
今天请同学们翻到教材154页，我们开始学习传热系数及通过一些示例我们来巩固传热
面积、效率的求解。
我们主要内容有：
四、传热系数
1、传热系数K的物理意义
是换热器工作效率的重要参数，其值越大换热效果越好。
2、间壁式传热过程
定常传热：各传热步骤的传热速率Q相等
3、计算传热系数K的基本公式
设管外为热流体，管内为冷流体
一）、换热器中总传热系数的数值范围
K=f（流体的物性，传热过程的操作条件，换热器的类型）
二）、总传热系数K的计算
面积长度
放大dsdl
热
流
中
心
区
冷
流
中
心
区
管内
管外
同一横截面
2/5/
在长度为dl，传热面积ds上放大如上图所示：
给热：
w
ii
ii
w
iwi
TT
dsa
dQ
dsa
TT
dsTTadq
,
1
)(（1）
导热：
w
m
m
w
m
wwtT
ds
dQb
ds
b
tT
ds
b
tT
dq
,
)(
（2）
给热：
tt
dsa
dQ
dsa
tt
dsttadq
w
oo
oo
w
owo
,
1
)(（3）
以上:
oi
ss,－换热器管内表面积和外表面积[m2]；
0
,aa
i
－换热器管内侧和外侧的对流传热系数[
)(2Cm
W
o
]；
b－管壁的厚度[m]；
－管壁材料的导热系数[
)(Cm
W
o
]；
m
S－管壁内外侧表面的平均面积[m2]。
（
2
1
2
S
S
2
21
SS
S
m
；2
1
2
S
S
1
2
12
ln
S
S
SS
S
m
）
因为稳定传热，所以dQ是相等的。故（1）＋（2）＋（3）得：
oomii
dsads
b
dsa
i
tT
dq
1
（4）
对长度为dl，面积为ds间壁，两侧流体的总传热速率方程为：
dstTKdq)(
与（4）联立可得：
oomii
dsads
b
dsa
i
Kds
11
（5）
当传热面积为平壁或薄管壁时：因为
moi
ddd，所以
moi
dsdsdsds。
3/5/
(5)可简化为：
oi
a
b
aK
111
（6）
若管壁两侧有污垢：
（6）可写为：
0
''
''
'
'111
a
bbb
aK
i
（7）
总热阻等于各分热阻之和，类似于串联电路，总电阻＝各分电阻之和。
三）、两点讨论：
1.在总传热速率方程式中，应注意总传热系数和传热面积的对应关系。选择的传热面积不同，
总传热系数的数值不同。通常换热器的规格是用管外表面积
o
S表示的，因此基于管外侧面积的
o
K应
用较多，各种手册中所列的K值，若无特别的说明，可视为基于管外表面积的K。对于平壁或薄管
壁则不必考虑总传热系数和传热面积的对应关系。
故由（5）取
o
dsds，（5）式两边同乘以
0
ds，可得：
om
o
ii
o
om
o
iio
ad
bd
da
d
ads
bds
dsa
ds
K
111
0
（8）（
i
o
i
o
i
o
d
d
dld
dld
ds
ds
）
而总传热速率方程式：
moo
tSKq
2.欲提高K值，必须设法减小起决定作用的热阻。
当管壁和污垢热阻可以忽略时，（7）可简化为
oi
aaK
111
（9）
若
0
i
则
o
o
aK
aK
,
11
（10）
由（10）式可知：总热阻由热阻大的那一侧的对流传热系数所控制，要提高K值，关键在于提
高对流传热系数较小一侧的a值。若两侧a值相差不大时，则必须同时提高两侧的a才能提高
K值。
四）、K值的来源
设计换热器时，总传热系数K值的来源有以下三个方面：
1.选用与工艺条件相仿，传热设备类似，而较为成熟的经验K值为设计的依据。
2.实验查定：
mo
otS
Q
K
3.K值的计算：
o
o
m
o
i
o
i
ii
o
o
a
Rs
d
bd
d
d
Rs
da
d
K
11
'
'
b
Rs
i
''
''
b
Rs
o
计算得到的K值与实际相差较大，因为a的关联式有一定的误差及污垢热阻也不易估计准确等
4/5/
原因所致。
总之计算K值应慎重，最好与前述两种方法对照以确定合适的K值。（选经验K值与查定的K
计算：
A、管内、外对流传热系数分别为50W/(m2.K)、1000W/(m2.K)
忽略管壁热阻和污垢热阻，计算总传热系数。
B、管内、外对流传热系数分别为100W/(m2.K)、1000W/(m2.K)
忽略管壁热阻和污垢热阻，计算总传热系数。
C、管内、外对流传热系数分别为50W/(m2.K)、2000W/(m2.K)
忽略管壁热阻和污垢热阻，计算总传热系数。
表4-8（列管式换热器K值大致范围）
热流体冷流体传热系数K热流体冷流体传热系数K
水水850~1700低沸点烃类冷凝水455~1140
轻油水340~910高沸点烃类冷凝水60~170
重油水60~280水蒸汽冷凝水沸腾2000~4250
气体水17~280水蒸汽冷凝轻油沸腾455~1020
水蒸汽冷
凝
水1420~4250水蒸汽冷凝重油沸腾140~425
水蒸汽冷
凝
气体30~300
练习
两流体在一列管式换热器中进行热交换，根据设计者的估算，该换热器在需要被清洗时，管
壁两侧产生的污垢热阻约共为5×10-4(m2.℃)/W，而此时的传热总系数K约为300
W/(m2.℃)，则污垢被清洗后K值约为＿＿＿W/(m2.℃)（按平壁计）。
五、计算示例与分析
例4-12（设计型计算）
例4-13（操作型计算，试差）
例4-14（操作型计算）
例4-12
某厂要求将流量为1.25kg/s的苯由80℃冷却至30℃。冷却水走管外与苯逆流换热，进口水
温20℃，出口不超过50℃。已知苯侧和水侧的对流传热系数分别为850W/(m2.℃)和
1700W/(m2.℃)，污垢热阻和管壁热阻可略，试求换热器的传热面积。已知苯的平均比热容
为1.9kJ/(kg.℃)，水的平均比热容为4.18kJ/(kg.℃)。
例4-13
某厂使用初温为25℃的冷却水将流量为1.4kg/s的气体从50℃逆流冷却至35℃，换热器的面
积为20m2，经测定传热系数约为230W/(m2.℃)。已知气体平均比热容为1.0kJ/(kg.℃)，试
求冷却水用量及出口温度。
例4-14
某套管换热器，空气从管内流过，温度从t1升至t2，管间为水蒸汽冷凝，管壁及污垢热阻
5/5/
均可忽略。现欲使空气流量增大一倍，并要求空气出口温度不变，问加热管需比原来长多少
倍？
六、工业热源与冷源
1）工业上传热过程有3种情况
1、一种工艺流体被加热或沸腾，另一侧使用外来工业热源，热源温度应高于工艺流体出口
温度
2、一种工艺流体被冷却或者冷凝，另一侧使用外来工业冷源，冷源温度低于工艺流体的出
口温度
3、需要冷却的高温工艺流体同需要加热的低温工艺流体之间进行换热，节约外来热源与冷
源降低成本。
2）冷源与热源要求
1、温度必须满足工艺要求
2、易于输送、使用调节
3、腐蚀性小，稳定性好，不易结垢，价廉易得
3）、工业热源与冷源
1、热源：电热、饱和水蒸汽、热水、烟道气等。
2、冷源：冷水、空气、冷却剂（低温盐水、液氨、液氮）
小结
1、传热系数K的意义及计算
2、冷热流体的对流传热系数相差很远时，K接近于小的对流传热系数
3、壁温接近于大的对流传热系数一侧流体的温度
九、作业
第五节自学，预习第六节换热器
十、教后记
1、传热系数K的物理意义：是换热器工作效率的重要参数，其值越大换热效果越好。
2、间壁式传热过程：为定常传热：各传热步骤的传热速率Q相等。
3、计算传热系数K的基本公式中要注意设管外为热流体，管内为冷流体。
4、在教学方面要注意有耐心、细心，更加认真备课，更加有心地教学，更加缩短理论与实践的差距，
为制浆工艺与造纸工艺等专业课程打好坚实的基础。