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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
提高传热温差
• 用保温蒸汽作加热介质时，可通过提高蒸汽压力来提高蒸汽温度，从而增大温
差
• 水冷器中可降低冷却水温来增大温差
• 冷热流体进出口温度固定时，采用逆流操作可获得更大的平均温差
注意
冷热流体的进出口温度往往受工艺要求限制，不能随意调整，因此提高温差的
方法在实际中常受条件约束。
增大传热面积
• 列管式换热器：增加管束数量、增大管径、增加管长
• 采用螺纹管、螺旋槽管、加装翅片或内翅片，均可增大一侧的传热面积
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
提高总传热系数
• 总传热系数与管内对流换热系数、管外对流换热系数、污垢热阻及壁阻相关
定义
总传热系数 𝐾 由管内对流换热系数、 管外对流换热系数、 污垢热阻和壁面热阻
共同决定。
• 尽量利用有相变的热载体（相变时换热系数大）
• 减少两侧污垢热阻（污垢很薄时该项可忽略）
• 提高对流换热系数较小的一侧，效果最显著
提高对流换热系数的方法
• 对流换热系数与流速有关，可增大流速
• 列管式换热器可通过改变管程数来增大流速
• 加装扰动元件，如螺旋折流板，使流体扭转
• 改变支撑结构，如加装内翅片，增强扰动
12 月 05 日
三种传热方式总览
• 本章核心： 传导、 对流、 辐射三种传热方式， 各有其传热速率计算公式与基本规
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
律
• 传热速率公式统一形式：推动力（温差）除以热阻
• 后续内容将用于综合验算
热传导——傅里叶定律
• 热传导用傅里叶定律描述，比例系数为导热系数 λ
• 导热系数是单位温度梯度下的热流量
• 导热系数随温度变化，气体导热系数极低，常用于保温
定义
傅里叶定律：传热速率 = 推动力（温差）/ 热阻。导热系数 λ 表示单位温度梯
度下的热流量。
一维平壁热传导
• 传热速率公式：温差除以热阻
• 平壁热阻：b / (λA)
• 多层平壁：各层温差之比等于热阻之比（稳态下热流 q 不变）
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
注意
稳态传热时，通过各层的热流 q 相等，因此各层温差之比 = 各层热阻之比。这
是判断多层平壁温度分布的关键。
一维圆筒壁热传导
• 圆筒壁热阻：可用 b / (λAm) ，也可用 ln(r2/r1) / (2πλL)
• 推动力仍为温差
• 多层圆筒壁：总温差作为推动力，热阻为各层热阻之和
对流传热——牛顿冷却定律
• 对流传热用牛顿冷却定律描述，含对流传热系数
• 对流传热系数 ≈ λ / 边界层厚度，与流动状况相关
• 通过准数关联式建立与流速、物性、管径的关系
定义
牛顿冷却定律：对流传热速率 = 对流传热系数 × 面积 × 温差。
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无相变管内强制对流（湍流）准数关联式
• 需记住的关联式：0.023 形式的准数关联式
• 适用范围：雷诺数 Re > 13000
• 普朗特数 Pr 范围：0.7 ∼ 120
• 指数：冷流体（被加热）取 0.4，热流体（被冷却）取 0.3
注意
被加热（冷流体）指数为 0.4，被冷却（热流体）指数为 0.3，两者不要混淆。
蒸汽冷凝
• 具体公式不需记忆，但需知道冷凝方式
• 不凝性气体的存在会使对流传热系数大大降低
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
热辐射
• 基本概念：黑体、镜面、灰体
• 辐射能力与绝对温度的 4 次方成正比
• 吸收率与黑度数值上相等，但物理意义不同
注意
吸收率与黑度数值相等，但物理意义不同，不要混为一谈。
换热器
• 重点为间壁式换热器中的列管式换热器
• 补偿方法有三种：补偿圈补偿、结构补偿、U 形管补偿
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
传热综合计算——总传热速率方程
• 总传热速率方程：Q = KAΔTm ，是换热器能提供的传热流量
• 热量衡算方程需根据具体情况确定： 有无相变、 单侧或双侧相变、 是否继续冷凝
例
两侧均无相变：热流体放出的热量 = 冷流体吸收的热量。单侧有相变（如不饱
和水蒸气） ：一侧为潜热，另一侧为冷流体吸收的显热。
总传热系数 K 的特点
• K 接近于对流传热系数小的那一侧
• 强化传热应提高对流传热系数小的那一侧，更有效
• 壁温接近于对流传热系数大的那一侧
注意
K 接近对流传热系数小的一侧， 壁温接近对流传热系数大的一侧——两者相反，
容易混淆。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
对数平均温差 ΔTm
• 是传热过程的总推动力
• 计算需看有无相变：无相变时与流向有关
• 逆流最大，大于并流、错流、折流
• ΔT1、ΔT2 是换热器两端的温差，不是指某一流体的温度
注意
ΔT1、ΔT2 是换热器两端（进口端、出口端）的温差，不是指某一流体的温度。
小测题目解析
多层平壁热传导（稳态）
• 稳态下 q 不变，温差之比 = 热阻之比
• 已知 λ1 > λ2 > λ3 ，δ1 < δ2 < δ3
• 则热阻 R1 > R2 > R3 ，温差 ΔT1 > ΔT2 > ΔT3
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
饱和水蒸气加热空气的总传热系数
• 总传热系数接近于对流传热系数小的那一侧
• 具体到本题：空气的对流传热系数小，故 K 接近空气侧
注意
不能只背” 接近对流传热系数小的一侧”，要具体判断哪一侧小。本题中空气的
对流传热系数远小于水蒸气。
管内对流传热系数与流速、管径的关系
• 对流传热系数 ∝ u^0.8 / d^0.2
• 流速提高 2 倍：2^0.8 ≈ 1.74 倍
• 管径减半、流量不变：流速变为 4 倍，结果为 4^0.8 / 0.5^0.2 ≈ 3.48 倍
注意
管径变化时，若流量不变，流速也会随之变化，不能只考虑管径的 0.2 次方。
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隔热挡板
• 隔热挡板用于减少热辐射（如加热炉外） ，可使辐射能损失率降低90% 以上
• 不是列管式换热器的壳层挡板
注意
隔热挡板 ≠ 列管式换热器的壳层挡板，两者用途完全不同。
不凝性气体
• 不凝性气体的存在会使对流传热系数大大降低
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