第一节 概述
传热过程中热交换的方式
1. 直接接触式传热； 2. 蓄热式传热； 3. 间壁式传热。
1. 直接接触式传热
热冷流体的直接 混合进行热交换。 传热效果好， 设备简单。 允许两种流体相 互接触的工艺中 应用
2. 蓄热式传热
两种流体交替地 流过蓄热器。 设备结构简 单， 可耐高温。 不能完全避免 两种流体间的接 触。
◎ 缺点：管程内清洁较为困难，由于管子弯成U形，管板的利用率较差。 ◎适用于流体洁净，且不结垢及高温、高压的场合
3.浮头式换热器
3.浮头式换热器
◎ 结构：一端管板不与外壳固定连接，该段称为浮头。当管子受热（或冷） 时，管束连同浮头可以沿轴自由移动，而不受外壳热膨胀的影响。
◎ 优点：不仅可以补偿热膨胀，且由于固定端的管板通过法兰与壳体连接，
T t do bd o 1 dS o i di d m o dQ
总传热系数
d K (T t )dS
Ko
T t do bd o 1 dS o i di d m o dQ
do
i di

1 bd o
dm

1
o
总传热系数
污垢热阻(又称污垢系数)
i dSi
dS m
o dS o
总传热系数
移项后相加，得
(T Tw ) (Tw t w ) (t w t ) T t dQ 1 b 1 1 b 1 i dSi dS m o dSo i dSi dS m o dS o
dSo do dSo do 上式两边均除以 dSo ，并利用 dS d , dS d ，得 i i m m
或
T Tw Tw t w tw t dQ 1 b 1
i dSi
dS m
o dS o
第五节 传热计算
总传热系数
dQ i (T Tw )dS i

b
(Tw t w )dS m o (t w t )dS o
或
T Tw Tw t w tw t dQ 1 b 1
t1 t 2 导热推动力 r2 1 导热阻力 ln 2L r1
5.3.4 圆筒壁的稳定热传导
（2）多层圆筒壁稳定热传导
3 2 1
Q
通过各层圆筒壁截面的热流量相等
1 2 3
t 2 t3 t3 t 4 t1 t2 Q 1 r2 r3 1 r4 1 ln ln ln 2L r1 2L r2 2L r3
◎ 结构：两端的管板与壳体连结成一体。 ◎ 优点：结构简单、造价低廉、应用较广。 ◎缺点：清晰和检修困难。 ◎适用于壳程流体为较洁净的且不易结垢的或腐蚀性小的物料。
一、管式换热器
2.U型管换热器
2.U型管换热器
◎
结构：是将每根管子弯成U形，进口分别安装在同一管板的两侧，封
头用隔板分成两室
◎ 优点：结构简单、重量轻
3. 间壁式传热
利用固体壁面将 进行热交换的两 种流体隔开。 传热通过壁面 进行，换热过程 中两种流体不互 相接触。
传热的基本概念
一， 传热的基本方式 （1）热传导 热量从
物体内温度较高的部分传 递到温度较低的部分或传 递的与之接触的温度较低 的另一物体的过程称为热 传导。 。
传热的基本概念
在设计时进行合理的优 化设计使其在满足工艺要求 其它设备 60% 传热设备 40% 的条件下投资费用最小；在 操作中进行强化传热操作过 程，进行最优化操作，对节 省传热设备投资，节省能源 有着重要的意义。
第一节 概述
制药生产中对传热过程的要求 1.强化传热过程，如各种换热设备中的传热；
2.减缓传热过程，如设备和管道的保温，以 减少热损失。
dQ i T Tw dSi
dQ o tw t dSo
第三节 对流传热
二、对流传热系数
牛顿冷却定律也是对流传热系数的定义式，
即
Q S t
对流传热系数在数值上等于单位温度差下、 单位传热面积的对流传热速率，其单位为 W/(m2· ℃)。它反映了对流传热的快慢，α愈大表 示对流传热愈快。表7-1列出了几种对流传热情 况下α的数值范围。
一， 传热的基本方式 （2）对流传热
流体各部分质点发生 相对位移而引起的热量 传递过程，只能发生在 流体中。
传热的基本概念
一， 传热的基本方式
因 热的原因而发出辐射能的 过程称为热辐射。
（3）热辐射
。
传热的基本概念
二， 热流量和热流密度
1. 热流量是指在单位时间内通过传热面的 热量，用表示，单位为W。 2. 热流密度是指单位传热面积的所传递的 热量，用q表示，单位为W/m2。
第三节 对流传热
对流传热速率方程
对流传热是一复杂的传热过程，影响对流传 热速率的因素很多，而且不同的对流传热情况又 有差别，因此对流传热的理论计算是很困难的， 目前工程上仍按下述的半经验方法处理。 对流热流量 = 对流传热推动力/对流传热阻力 = 系数×推动力
第三节 对流传热
对流传热速率方程
对流传热速率可由牛顿冷却定律描述
t1 t 4 Q r3 1 r2 1 1 r4 ln ln ln 2L r1 2L r2 2L r3
圆筒壁传热小结
单层圆筒壁的定态传热:
t1 t 2 Q 1 r2 ln 2L r1
三层圆筒壁的定态传热:
t1 t 4 Q r3 1 r2 1 1 r4 ln ln ln 2L r1 2L r2 2L r3
◎ 结构：多用于冷却管内的热流体。将蛇管成排地固定于钢架上，被
冷却的流体在管内流动，冷却水由管上方的喷淋装置中均匀淋下， 故又称喷淋式冷却器。 ◎ 优点：传热推动力大，传热效果好，便于检修和清洗。 ◎ 缺点：喷淋不易均匀，占地面积大。
一、管式换热器
（二）套管式换热器
◎ 结构：将两种直径大小不同的直管装成同心套管，并可用U形肘管把
b

Rso
1
o
2. 若传热面为圆筒壁，则
do do bdo 1 1 Rsi Rso K o i di di d m o
第六节 换热器
一、管式换热器
（一）蛇管式换热器 1、沉浸式蛇管换热器 2、喷淋式换热器 （二）套管式换热器 （三）列管式换热器 1、固定板式热交换器 2、U型管换热器 3、浮头式换热器 4、翅片式换热器
平壁的稳定热传导
（2）多层平壁稳定热传导
通过各层平壁截面的热流量相等
1 2 3
t1 t2 t2 t3 t3 t4 Q b1 b2 b3 1S 2 S 3 S
应用合比定律
t1 t4 Q b3 b1 b2 1S 2 S 3 S
平壁传热小结
单层平壁的定态传热:
t1 t 2 Q b S
三层平壁的定态传热:
t1 t4 Q b3 b1 b2 1S 2 S 3 S
t1 tn1 t 推广到n层平壁的定态传热: Q bi R S i
圆筒壁的稳定热传导
（1）单层圆筒壁稳定热传导
dt dt Q S (2πrL) dr dr
T Tw dQ T Tw dS 1/ dS
微分对流 传热通量 温度差
局部对 流传热 系数
第三节 对流传热
换热器的传热面积有不同的表示方法，可 以是管内侧或管外侧表面积。例如，若热流体 在换热器的管内流动，冷流体在管间 ( 环隙 ) 流 动，则对流传热速率方程式可分别表示为
一、管式换热器
1. 沉浸式蛇管换热器
◎ 结构：这种换热器多以金
属管子绕成，或制成各种 与容器相适应的情况，并
沉浸在容器内的液体中。
◎ 优点：结构简单，便于制 造和检修,可用防腐材料制
造，能承受高压。
◎ 缺点：管外液体湍动程度 低,因此对流传热系数较小。
一、管式换热器
一、管式换热器 2.喷淋式蛇管换热器
第四节 辐射传热
第五节 传热计算
总热流量微分方程
通过换热器中任一微元面积dS的间壁两侧流 体的传热速率方程，可以仿照对流传热速率方程 写出，即 dQ K (T t )dS
局部总 传热系 数
ห้องสมุดไป่ตู้
第五节 传热计算
总传热系数
dQ i (T Tw )dS i

b
(Tw t w )dS m o (t w t )dS o
n
t t
t
t t
q 温度梯度与热流 方向的关系
grad t
dx
傅立叶定律（Flourier’s law） 描述热传导现象的物理定律。 对于一维稳态热传导，其表达式为
t d dS n
热流量 使传热速率 为正值 导热系 数
温度梯 度 传热面 积
平壁的稳定热传导
（1）单层平壁稳定热传导
使整个管束可以从壳体中抽出，方便清洗和维修。 ◎ 缺点：结构复杂，金属耗量大，造价高。 ◎适用于流体洁净，且不结垢及高温、高压的场合
4. 翅片式换热器
结构：普通金属管的外表面装有径向或轴向翅片。 优点：可以增大传热面积，而且传热效果较好
第六节 换热器
二、板式热交换器 1、夹套式换热器 2、板式换热器 3、螺旋板式换热器 4、板翅式换热器
传热
第一节 概述 第二节 热传导 第三节 对流传热
第四节 热辐射
第五节 传热计算
学习目的 与要求
这堂课讨论的重点是传热的基本原理及其在化 工中的应用。通过本章学习，掌握传热的基本原理 和规律，并运用这些原理和规律去分析和计算传热 过程的有关问题，并且按照生产需要来选择和优化 传热设备。