330 传热学-传热过程

330 传热学-传热过程

传热过程

实际传热过程通常是由多种传热方式串联或并联组合实现。

以暖气中热水加热室内空气为例，其基本传热过程如下图所示。

图中，暖气中温度为T_W的热水先通过对流换热将热能传递给管内壁表面（设温度为T_BH），热能再以导热方式由管内壁表面传递到暖气外壁表面（设温度为T_BL），暖气外壁表面再通过对流换热和辐射换热方式传递给温度为T_A的室内空气。

传热热阻

上图中下方为上述传热过程的热阻热阻表示。

图中R_TW为热水与暖气管内壁表面的对流换热热阻，R_TB为暖气壁的导热热阻，R_TF为暖气外表面与室内空气的辐射换热热阻，RTA为暖气外表面与室内空气的对流换热热阻。

计算示例

设暖气内热水温度平均温度70℃，热泵与暖气内壁表面的对流换热系数500W/(m².K)，暖气内壁表面积0.8m²；暖气壁厚2mm，材料热导率142W/(m.K)；暖气外表面黑度0.9，面积3m²；室内空气温度22℃，室内空气与暖气外表面对流换热系数8W/(m².K)，计算暖气中热水对室内空气的加热量。

解：

热水与暖气内壁表面对流换热热阻为：

R_TW=1/(α_WA_I)

=1/(500*0.8)=0.0025 K/W

暖气内壁表面向暖气外表面的导热热阻为（因壁厚相对于管内水通道直径很小，近似按平壁导热处理，导热面积近似按暖气内壁表面积处理）：

R_TB=δ/(λA_I)

=0.002/(142*0.8)

=0.00002 K/W

室内空气与暖气外表面的辐射换热热阻为（近似取暖气外表面温度为65℃，即338K，对房间其他壁面的角系数为1.0，暖气外表面和房间各壁面黑度均为0.9；因暖气面积远小于房间各壁面面积，因此取暖气与房间面积比A₁/A₂=0）：

R_TF=((1/ε₁ -1) +1/φ₁₂ +(A₁/A₂) (1/ε₂ -1))/( 5.669 *10^-8A₁(T_A+T_BL)(T_A²+T_BL²))

=((1/0.9 -1) + 1/1.0 +0*(1/0.9 -1))/( 5.669 *10^-8*3*(338+295)(338²+295²))

=1.11/21.67=0.05122 K/W

室内空气与暖气外表面的对流换热热阻为：

R_TA=1/(α_AA₁)

=1/(8*3)=0.04167 K/W

由于室内空气与暖气外表面的辐射换热热阻和对流换热热阻是并联，因此，室内空气与暖气外表面换热的总热阻为：

R_TFA=1/(1/ R_TF +1/R_TA)

=1/(1/0.05122+1/0.04167)

=1/(19.52+24.00)

=0.02298 K/W

因此，暖气内热水与暖气外空气传热过程的总热阻为：

R_T=R_TW+R_TB+R_TFA

=0.0025+0.00002+0.02298

=0.0255 K/W

暖气内热水与暖气外空气的传热量为：

Q=(T_W-T_A)/R_T

=(70-22)/ 0.0255

=1882 W

由于传热过程中各串联环节的热流通量相等（稳态传热时），因此对热水与暖气内壁表面的对流换热，有：

Q=(T_W-T_BH)/R_TW

=(70- T_BH)/ 0.0025

=1882 W

可解得T_BH=65.3℃。

对通过暖气壁的导热，有：

Q=(T_BH-T_BL)/R_TB

=(65.3- T_BL)/ 0.00002

=1882 W

可解得T_BL=65.2℃（该温度与前面计算室内空气与暖气外表面辐射换热热阻时假定的65℃相近，不再重复计算；如果此处计算值与前面假定值相差较大时，需采用此处算出的值代替前面假定值再进行计算，直到此处算出值与前面假定值相近为止）。