2009-12-1
第四章
传热
一、传热在化工中的应用
二、热源和冷源
三、传热的三种基本方式
四、两种流体热交换的基
本方式
五、典型的间壁式换热器
及其传热过程
六、传热速率与热通量
第一节
概述
2009-12-1
一、传热在化工生产中的应用
传热,就是热的传递，是自然界和工程技术领域中极普遍的
一种传递过程 。
1、化工与传热
1）绝大多数化学反应过程都要求在一定的温度下进行，为
了使物料达到并保持指定的温度，就要预先对物料进行加
热或冷却，并在过程中及时取出放出的热量或补充需要吸
收的热量。
2009-12-1
2） 一些单元操作过程, 例如蒸发, 蒸馏, 干燥等, 需要按
一定的速率向设备输入或输出热量 。
3） 在高温或低温下操作的设备, 要求保温, 以减少它们和
外界传热 。
4） 对于废热也需合理的利用与回收 。
2,化工生产中传热过程的两种情况
1） 强化传热,各种换热设备中的传热 。
2） 削弱传热,如对设备和管道的保温, 以减少热损失
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二、热源和冷源
1、热源
1）电热,特点是加热能达到的温度范围广，而且便于控制，
使用方便，比较清洁。但费用比较高 。
2）饱和水蒸气：
优点,饱和水蒸气的冷凝温度和压强有一一对应的关系，
调节饱和水蒸汽的压强就可以控制加热温度，使用方便，
而且饱和蒸汽冷凝过程的传热速率快。
缺点,饱和水蒸气冷凝传热能达到的温度受压强的限制。
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3） 烟道气
烟道气的温度可达 700℃ 以上, 可以将物料加热到比较高
的温度 。
缺点：传热速度慢, 温度不易控制 。
4） 高温载热体：
优点,沸点高 （ 饱和蒸汽压低 ）, 化学性质稳定 。
2,冷源
一般采用 水, 空气和冷冻盐水 等作为冷源 。
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三、传热的三种基本方式
1、热传导
热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分
或者传递到与之相接触的温度、较低的另一物体的过程称
为热传导，简称导热。
特点,物质间没有宏观位移, 只发生在静止物质内的一种
传热方式 。
微观机理因物态而异
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2,热对流
流体中质点发生相对位移而引起的热量传递, 称为热对流
对流只能发生在流体中 。
强制对流
自然对流
用机械能 （ 泵, 风机, 搅拌等 ） 使流体发生
对流而传热 。
由于流体各部分温度的不均匀分布, 形成
密度的差异, 在浮升力的作用下, 流体发
生对流而传热
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3,辐射
辐射是一种通过电磁波传递能量的过程 。 物体由于热的原
因而发出辐射能的过程, 称为热辐射 。
辐射传热, 不仅是能量的传递, 还伴随着能量形式的转化 。
辐射传热不需要任何介质作媒介, 可以在真空中传播 。
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四、两种流体热交换的基本方式
1、直接接触式传热
直接接触式传热的特点是冷、热两流体在传热器中以直接
混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。
2、蓄热式换热
蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充填耐
火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室时，就可
以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给冷流体，达到
两流体换热的目的。
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3,间壁式换热
间壁式换热的特点是冷, 热流体被一固体隔开, 分别在壁
的两侧流动, 不相混合, 通过固体壁进行热量传递 。
传热过程可分为三步：
?热流体将热量传给固体壁面 （ 对流传热 ）
?热量从壁的热侧传到冷侧 （ 热传导 ）
?热量从壁的冷侧面传给冷流体 （ 对流传热 ）
壁的面积称为传热面, 是间壁式换热器的基本尺寸 。
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五、典型的间壁式换热器及其传热过程
1、套管式换热器
套管式换热器是由两种直径大小不同的直管组成的同心
管，一种流体在内管中流动，另一种流体在内、外两壁
间的环隙中流动，通过内管管壁进行热量交换。 内管壁
的表面积即为传热面积。
2、列管式换热器
列管式换热器由壳体、管束、管板和封头等部件组成。
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一种流体由封头的进口管进入器内, 流经封头与管板的空间
分配至各管内 （ 称为 管程 ） 。 通过管束后, 从另一端封头的
出口流出换热器 。 另一种流体则由壳体的接管流入, 在壳体
与管束间的空隙流过 （ 称为 壳程 ）, 从壳体的另一端接管流
出 。 壳体内往往安装若干块与管束相垂直的 折流挡板 。
流体在管束内只通过一次, 称为 单程列管式换热器 。
若在换热器封头内设置隔板, 将管束的全部管子平均分隔
成若干组, 流体每次只通过一组管子, 然后折回进入另一组
管子, 如此往复多次, 最后从封头接管流出换热器 。 这种换
热器称为 多管程列管式换热器 。
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列管式换热器的换热面积为管束管壁的全部表面积 。
lndS ??
d—— 管径可分别用管内径 di,管外径 d0或平均直径 dm来表示 。
则对应的传热面积分别为管内侧面积 Si,外侧面积 S0或平均面
积 Sm
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六、传热速率与热通量
传热速率（热流量 ） Q
单位时间内通过传热面的热量，单位为 w。
热通量（又称为热流密度或传热速度） q
单位传热面积的传热速率 。 单位为 w/m2
传热速率与热通量的关系为 dAdQq ?
热阻（阻力）
传热温差（推动力）传热速率 ?
传热温差以 △ T表示, 热阻通常以 R或 r表示 rTq
R
TQ ????
第四章
传热
一、传热在化工中的应用
二、热源和冷源
三、传热的三种基本方式
四、两种流体热交换的基
本方式
五、典型的间壁式换热器
及其传热过程
六、传热速率与热通量
第一节
概述
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一、传热在化工生产中的应用
传热,就是热的传递，是自然界和工程技术领域中极普遍的
一种传递过程 。
1、化工与传热
1）绝大多数化学反应过程都要求在一定的温度下进行，为
了使物料达到并保持指定的温度，就要预先对物料进行加
热或冷却，并在过程中及时取出放出的热量或补充需要吸
收的热量。
2009-12-1
2） 一些单元操作过程, 例如蒸发, 蒸馏, 干燥等, 需要按
一定的速率向设备输入或输出热量 。
3） 在高温或低温下操作的设备, 要求保温, 以减少它们和
外界传热 。
4） 对于废热也需合理的利用与回收 。
2,化工生产中传热过程的两种情况
1） 强化传热,各种换热设备中的传热 。
2） 削弱传热,如对设备和管道的保温, 以减少热损失
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二、热源和冷源
1、热源
1）电热,特点是加热能达到的温度范围广，而且便于控制，
使用方便，比较清洁。但费用比较高 。
2）饱和水蒸气：
优点,饱和水蒸气的冷凝温度和压强有一一对应的关系，
调节饱和水蒸汽的压强就可以控制加热温度，使用方便，
而且饱和蒸汽冷凝过程的传热速率快。
缺点,饱和水蒸气冷凝传热能达到的温度受压强的限制。
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3） 烟道气
烟道气的温度可达 700℃ 以上, 可以将物料加热到比较高
的温度 。
缺点：传热速度慢, 温度不易控制 。
4） 高温载热体：
优点,沸点高 （ 饱和蒸汽压低 ）, 化学性质稳定 。
2,冷源
一般采用 水, 空气和冷冻盐水 等作为冷源 。
2009-12-1
三、传热的三种基本方式
1、热传导
热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分
或者传递到与之相接触的温度、较低的另一物体的过程称
为热传导，简称导热。
特点,物质间没有宏观位移, 只发生在静止物质内的一种
传热方式 。
微观机理因物态而异
2009-12-1
2,热对流
流体中质点发生相对位移而引起的热量传递, 称为热对流
对流只能发生在流体中 。
强制对流
自然对流
用机械能 （ 泵, 风机, 搅拌等 ） 使流体发生
对流而传热 。
由于流体各部分温度的不均匀分布, 形成
密度的差异, 在浮升力的作用下, 流体发
生对流而传热
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3,辐射
辐射是一种通过电磁波传递能量的过程 。 物体由于热的原
因而发出辐射能的过程, 称为热辐射 。
辐射传热, 不仅是能量的传递, 还伴随着能量形式的转化 。
辐射传热不需要任何介质作媒介, 可以在真空中传播 。
2009-12-1
四、两种流体热交换的基本方式
1、直接接触式传热
直接接触式传热的特点是冷、热两流体在传热器中以直接
混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。
2、蓄热式换热
蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充填耐
火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室时，就可
以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给冷流体，达到
两流体换热的目的。
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3,间壁式换热
间壁式换热的特点是冷, 热流体被一固体隔开, 分别在壁
的两侧流动, 不相混合, 通过固体壁进行热量传递 。
传热过程可分为三步：
?热流体将热量传给固体壁面 （ 对流传热 ）
?热量从壁的热侧传到冷侧 （ 热传导 ）
?热量从壁的冷侧面传给冷流体 （ 对流传热 ）
壁的面积称为传热面, 是间壁式换热器的基本尺寸 。
2009-12-1
五、典型的间壁式换热器及其传热过程
1、套管式换热器
套管式换热器是由两种直径大小不同的直管组成的同心
管，一种流体在内管中流动，另一种流体在内、外两壁
间的环隙中流动，通过内管管壁进行热量交换。 内管壁
的表面积即为传热面积。
2、列管式换热器
列管式换热器由壳体、管束、管板和封头等部件组成。
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一种流体由封头的进口管进入器内, 流经封头与管板的空间
分配至各管内 （ 称为 管程 ） 。 通过管束后, 从另一端封头的
出口流出换热器 。 另一种流体则由壳体的接管流入, 在壳体
与管束间的空隙流过 （ 称为 壳程 ）, 从壳体的另一端接管流
出 。 壳体内往往安装若干块与管束相垂直的 折流挡板 。
流体在管束内只通过一次, 称为 单程列管式换热器 。
若在换热器封头内设置隔板, 将管束的全部管子平均分隔
成若干组, 流体每次只通过一组管子, 然后折回进入另一组
管子, 如此往复多次, 最后从封头接管流出换热器 。 这种换
热器称为 多管程列管式换热器 。
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列管式换热器的换热面积为管束管壁的全部表面积 。
lndS ??
d—— 管径可分别用管内径 di,管外径 d0或平均直径 dm来表示 。
则对应的传热面积分别为管内侧面积 Si,外侧面积 S0或平均面
积 Sm
2009-12-1
六、传热速率与热通量
传热速率（热流量 ） Q
单位时间内通过传热面的热量，单位为 w。
热通量（又称为热流密度或传热速度） q
单位传热面积的传热速率 。 单位为 w/m2
传热速率与热通量的关系为 dAdQq ?
热阻（阻力）
传热温差（推动力）传热速率 ?
传热温差以 △ T表示, 热阻通常以 R或 r表示 rTq
R
TQ ????
