传热学：速成包

公式表、每个专题的关键方法步骤和 4 道练习题，完整解答附在最后。

新题目返回课程

在打印窗口中选择“另存为 PDF”，即可在设备上保存一份副本。

1公式与方法

热传导

傅里叶定律
Q̇ = kAΔT/L
导热热阻
R = L/(kA)
对流热阻
R = 1/(hA)
串联热阻
Q̇ = ΔTtotal/ΣR
U 值
U = 1/(ΣR·A)

换热器 (LMTD)

热负荷
Q = U·A·ΔTlm
对数平均温差
ΔTlm = (ΔT1 − ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)
物流热量衡算
Q = ṁcp(Tin − Tout)

2练习题

1.热传导中等
木材, k = 0.17200 mm矿棉, k = 0.04150 mm21 °C-5 °CQ̇ = ?

一面墙由 200 mm 的木材和 150 mm 的矿棉组成，面积为 10 m²。外表面温度为 21 °C 和 -5 °C。 求通过墙体的热流量 Q̇。

L1 = 200 mm, k1 = 0.17 W/(m·K)L2 = 150 mm, k2 = 0.04 W/(m·K)A = 10 m²T1 = 21 °CT3 = -5 °C
Q̇ = W
2.热传导困难
玻璃, k = 0.96250 mm砖, k = 0.72150 mm室内 20 °C室外 -13 °CQ̇

由 250 mm 玻璃和 150 mm 砖组成的墙，将 20 °C 的房间与 -13 °C 的室外空气隔开。对流换热系数室内为 10 W/(m²·K)，室外为 30 W/(m²·K)，墙面积为 6 m²。 求墙体的总传热系数 U。

L1 = 250 mm, k1 = 0.96 W/(m·K)L2 = 150 mm, k2 = 0.72 W/(m·K)A = 6 m²hi = 10 W/(m²·K)ho = 30 W/(m²·K)Troom = 20 °CTout = -13 °C
U = W/(m²·K)
3.换热器 (LMTD)中等
长度T140 °C25 °C65 °C10 °CΔT₁ΔT₂逆流

一台逆流换热器传递 250 kW。 其传热面积为 5 m²。热流体从 140 °C 冷却到 25 °C，冷流体从 10 °C 加热到 65 °C。求总传热系数 U。

Q̇ = 250 kWA = 5 m²Th: 140 → 25 °CTc: 10 → 65 °C
U = W/(m²·K)
4.换热器 (LMTD)困难
长度T175 °C50 °C74.84 °C25 °CΔT₁ΔT₂逆流

热油（1 kg/s，cp = 2.5 kJ/(kg·K)）在逆流换热器中从 175 冷却到 50 °C。它加热 1.5 kg/s 的水（cp = 4.18 kJ/(kg·K)），水的入口温度为 25 °C。已知 U = 800 W/(m²·K)，求所需传热面积 A。

ṁh = 1 kg/scp,h = 2.5 kJ/(kg·K)Th: 175 → 50 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 25 °CU = 800 W/(m²·K)
A = m²

3溶液

1.热传导

答案: Q̇ = 52.78 W

热阻：通过串联各层的稳态热流类似于通过串联电阻的电流：Q̇ = ΔT/ΣR，导热层 R = L/(kA)，对流表面 R = 1/(hA)。各层的温降与其热阻成正比。

各层热阻

R1 = L1/(k1A) = (200/1000)/(0.17·10) = 0.1176 K/W
R2 = L2/(k2A) = (150/1000)/(0.04·10) = 0.375 K/W

热流量

Q̇ = (T1 − T3)/(R1 + R2) = 26/0.4926 = 52.78 W

答案

Q̇ = 52.78 W
2.热传导

答案: U = 1.661 W/(m²·K)

热阻：通过串联各层的稳态热流类似于通过串联电阻的电流：Q̇ = ΔT/ΣR，导热层 R = L/(kA)，对流表面 R = 1/(hA)。各层的温降与其热阻成正比。

串联热阻

Ri = 1/(hiA) = 1/(10·6) = 0.01667 K/W
R1 = L1/(k1A) = (250/1000)/(0.96·6) = 0.0434 K/W
R2 = L2/(k2A) = (150/1000)/(0.72·6) = 0.03472 K/W
Ro = 1/(hoA) = 1/(30·6) = 0.005556 K/W
ΣR = 0.1003 K/W

总传热系数

U = 1/(A·ΣR) = 1/(6·0.1003) = 1.661 W/(m²·K)

答案

U = 1.661 W/(m²·K)
3.换热器 (LMTD)

答案: U = 1341 W/(m²·K)

LMTD method: the temperature difference between the streams changes along the exchanger, so the rate equation uses its logarithmic mean: Q̇ = U·A·ΔTlm, with ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), where ΔT₁ and ΔT₂ are the differences at the two ends. Counter-flow gives a larger ΔTlm than parallel flow for the same inlet and outlet temperatures.

两端温差

逆流时，热流体入口对着冷流体出口，热流体出口对着冷流体入口。

ΔT₁ = Th,in − Tc,out = 140 − 65 = 75 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,in = 25 − 10 = 15 K

对数平均温差

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (75 − 15)/ln(75/15) = 37.28 K

总传热系数

U = Q̇/(A·ΔTlm) = 250000/(5·37.28) = 1341 W/(m²·K)

答案

U = 1341 W/(m²·K)
4.换热器 (LMTD)

答案: A = 7.213 m²

对数平均温差法 (LMTD)：两股流体之间的温差沿换热器变化，因此传热方程使用其对数平均值：Q̇ = U·A·ΔTlm，其中 ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂)，ΔT₁ 和 ΔT₂ 为两端温差。进出口温度相同时，逆流的 ΔTlm 大于并流。

热负荷和水的出口温度

Q̇ = ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = 1·2.5·125 = 312.5 kW
Tc,out = 25 + 312.5/(1.5·4.18) = 74.84 °C

两端温差

逆流时，热流体入口对着冷流体出口，热流体出口对着冷流体入口。

ΔT₁ = Th,in − Tc,out = 175 − 74.84 = 100.2 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,in = 50 − 25 = 25 K

对数平均温差

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (100.2 − 25)/ln(100.2/25) = 54.15 K

面积

A = Q̇/(U·ΔTlm) = 312500/(800·54.15) = 7.213 m²

答案

A = 7.213 m²

ExamProblems · examproblems.com/courses/heat-transfer