体有较大的温度差。
由以上分析可知：对流传热是集热对流和热传导于一体的综合传热现象。对流传热的热阻主要集中在层流内层。因此减薄层流内层的厚度、增加流体的湍动是强化对流传热的主要途径。
二、 对流传热基本方程――牛顿冷却定律
对流传热是指湍流主体与固体壁面（或反之）的传热过程，其传热过程比较复杂，传热机理也各不相同。工程上采用较简单的处理方法，将对流传热速率用牛顿冷却定律来表达。
Q??A?t??t 1?A
（3-22）
或 q???t??t 1 （3-22a）
?流体被加热时：流体被冷却时：
?t?tw?t ?t?T?Tw
Q——对流传热速率,W； A——对流传热面积；m; T——热流体的主体温度, ℃；;
Tw——与热流体相接触一侧的壁面温度, ℃; t——冷流体的主体温度，℃；
tw——与冷流体相接触一侧的壁面温度, ℃； α——平均对流传热系数，w/(m. ℃)
?t——流体与壁面（或反之）间温度差的平均值，℃；
2
2
1——对流传热热阻，K/W ?A热流体在换热器管内流动：Q??iAi(T?Tw) 冷流体在换热器管外流动：Q??oAo(t?tw)
2
（3-23）
（3-23a）
Ai 、 Ao——换热器的管内表面积和管外表面积，m； α
i 、
αo——换热器管内侧和外侧流体的对流传热系数，(w/m ℃)；
2
注意：对流传热膜系数一定要与传热面积及温度差相对应。 三、对流传热膜系数 定义式：??Q A?t物理意义：对流传热膜系数是表示在单位温差下，单位传热面积的对流传热速率；
W/(m2??C)其值反映了对流传热的效果。α↑，对流传热速率越快。
注意：导热系数?是物性参数，对流传热系数α不是物性参数，它是受多种因素影响的一个物理量。
1、对流传热膜系数的影响因素
① 流体的种类和相变化的情况.：
流体的种类不同，其对流传热膜系数各不相同，流体有相变化时出现气泡，对内部流体产生扰动作用，导致对流传热膜系数比无相变时为大。
② 流体的物性
流体的导热系数、比热容、粘度、密度等物性对α的影响较大，其中μ?， α↓； （ρ、?、Cp）? ， α?。 ③ 流体的流动状态
滞流：流体在热流方向上无附加的脉动，其传热形式主要是流体滞流内层的导热，故α值较小。
湍流：Re?，滞流内层的厚度减薄,α?。 ④ 流体流动的原因
因流体流动的原因不同，对流传热分为自然对流传热和强制对流传热。
自然对流：由于流体内部存在温度差引起密度差，使流体内部质点产生移动和混合，由于流速较小，α值不大。
强制对流：在机械搅拌的外力作用下引起的流体流动。流速较小，α较大。故：αα
自然?
强制
?
⑤ 传热面的形状、位置和大小。
传热管、板、管束等不同的传热面形状；管子的排列方式；水平或垂直放置；管径、管长或管板的高度等都会影响流体在换热器附近壁面的流动状况，因此影响α值。对于一种类型的传热面常用一个对α有决定性影响的特征尺寸L来表示其大小。 2、提高对流传热系数的措施
① 无相变的对流传热：
增大流速和减少管径都能增大?，但以增大流速更有效。 此外，不断改变流体的流动方向，也能使?增大。
② 在管程，采用多程结构，可使流速成倍增加，流动方向不断改变，从而大大提高?；但当程数增加时，流动阻力也随之增大，故要全面衡量。
③ 在壳程，也可采用多程，即设置纵向隔板，但工程上一般不采用多程结构，而广泛地采用折流挡板。
④ 有相变的对流传热：对冷凝传热，除了及时排除冷凝液和不凝性气体外，还采取在管壁上开一些纵向沟槽或装金属网，以阻止液膜的形成；对沸腾传热，使表面粗糙化或加添加剂。
〈七〉 传热系数
总传热系数K在数值上等于单位传热面积、单位温度差下的传热速率。K是表示换热设备性能优劣的重要参数，是对换热设备进行计算和评价的依据。 一、传热系数的获取方法
在换热器的工艺计算中，系数K的来源主要有以下三个方面。
（一）现场测定
１、现场测定有关数据（如设备的尺寸、流体流量和进出口温度等）； ２、根据测定数据求得传热速率Ｑ、传热温度差△tm和传热面积Ｓ； ３、由传热基本方程计算K值。 （二）公式计算
一般以换热器管外表面为为基准：Q=KoAo△tm Ko?1
bdodo1???o?dm?idi（3-24）
注意:传热系数K与传热面积A对应。 ２、污垢热阻
换热器使用一段时间后，传热壁面往往积存一层污垢，对传热形成了附加热阻，称污垢热阻。污垢热阻的大小与流体的性质、流速、温度、设备结构及运行时间等因素有关。对于一定的流体，增加流速，可以减少污垢在壁面的沉积，降低污垢热阻。由于污垢层的厚度及其导热系数难以准确测定，通常只能根据污垢热阻的经验值进行计算。污垢热阻的经验值可
查阅有关手册。
若：管壁内侧的污垢热阻为Rs.i 管壁外侧的污垢热阻为Rs.o
若换热器内外结垢，存在污垢热阻Rsi、Rso，则：
Ko?1
dobdodo1?Rsi???Rso?odi?dm?idi （3-25）
为了减少冷热流体壁面两侧的污垢热阻，换热器应定期清洗。 （三）选取经验值
下表列出了列管式换热器对于不同流体在不同的情况下的传热系数的大致范围
表4-2列管式换热器K值的大致范围 传热系数Ｋ
热流体
冷流体
/[W/（m.K）]
低沸点烃类蒸汽蒸
水
水
850～1700
汽冷凝(常压) 高沸点烃类蒸汽蒸
轻油 气体 水蒸气冷
水
凝 水蒸气冷
气体
凝
二、强化传热途径
由总传热速率方程：Q = KA?tm 知 ?tm?、K?、A?均可提高传热速率Q。 （一）尽可能增大传热平均温度差?tm
增大传热平均温度差，可提高换热器传热速率。具体措施如下： 1．当两侧流体变温传热时，尽量采用逆流操作。
2．提高加热剂T的温度（如用蒸汽加热，可提高蒸汽的压力）；降低冷却剂的进口温度。
30～300
水蒸气冷凝
重油沸腾
140～425
1420～4250
水蒸气冷凝
轻油沸腾
455～1020
水 水
340～910
汽冷凝(常压)
60～280
水蒸气冷凝
水沸腾
2000～4250
水
60～170
水
455～1140
2
传热系数Ｋ
热流体
冷流体
/[W/（m.K）]
2
（二）尽可能增大总传热面积
增大总传热面积，可提高换热器传热速率。具体措施如下： 1.直接接触传热可使传热面积A?，提高传热速率。
2.改进换热器的结构，采用高效新型换热器。各种高效新型换热器，结构紧凑，单位体积换热器的传热面积较大。 （三）尽可能增大传热系数K
增大传热系数，可提高换热器传热速率，以平壁传热为例：
K?1?o?Rsi?1b??1 （3-26）
?i?Rso提高传热系数K具体措施如下：
① 提高流体的对流传热膜系数α：若λ很大，而b很小，污垢热阻可忽略时则
K?11?o?1 （3-26a）
?i当αo》αi时， K≈αi 要使K↑就要使αi↑ 当αi》αo时， K≈αo 要使K↑就要使αo↑
结论：当两流体的?值相差较大时，设法提高?较小的那一侧流体的?值。
② 抑制污垢的生成或及时除垢：增加流速，改变流向，增大流体的湍动程度，以减少污垢的沉积；控制冷却水的出口温度，加强水质处理，尽量采用软化水；加入阻垢剂量，减缓和防止R污的形成；及时清洗设备。
〈八〉换热器
换热器是化工、石油、食品、动力等许多部门的通用设备。由于生产中对换热器有不同的要求，故换热器的类型很多，设计和选用时可根据生产要求进行选择。 一、换热器的分类
（一）根据换热器的用途可分为：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、分凝器和再沸器等。
（二）根据换热器的传热原理可分为：混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器。 （三）根据换热器所用材料可分为：金属材料换热器、非金属材料换热器。
间壁式换热器应用较多，本节重点讨论此类换热器的类型、结构、特点和设计计算等。 二、间壁式换热器
根据换热面的型式，间壁式换热器主要有管式、板式和翅片式三种类型。