第04章 热量传递过程.ppt

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1、南京工业大学本科系列课程过程系统原理第四章热量传递过程主讲人：程明教学内容热量传递过程概述热传导过程对流传热过程辐射传热过程传热过程计算传热设备（换热器）2021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple2热量传递过程概述热量传递的目的（1）加热或冷却，使物料达到指定的温度。（2）换热，以回收利用热量或冷量。（3）保温，以减少热量或冷量的损失。1---换热器2---反应器图4-1典型的换热流程2021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple3热量传递过程概述热量传递的方式（1）热传导。（2）对流传热。（3）辐射传热。2

2、021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple4热量传递过程概述冷、热流体的接触方式（1）直接接触传热。（2）间壁式传热。（3）蓄热式传热。图4-3间壁式换热图4-4蓄热式换热图4-2直接接触换热2021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple5热量传递过程概述载热体及其选择（1）载热体：载热体：供给冷流体热量或将热流体的热量带走的流体。起加热作用的载热体称为加热剂；起冷却作用的载热体称为冷却剂。（2）载热体的选择：加热剂：热水、饱和水蒸气、矿物油、联苯混合物、熔盐和烟道气等。冷却剂：水、空气和各种冷冻剂。载热体的选

3、择要求：加热时，温位越高，价值越大；冷却时，温位越低，价值越大。2021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple6热量传递过程概述载热体及其选择其它要求：①载热体的温度应易于调节；②载热体的饱和蒸气压宜低，加热时不会分解；③载热体毒性要小，使用安全，对设备应基本上没有腐蚀；④载热体应价格低廉而且容易得到。2021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple7热量传递过程概述传热速率（1）热流量Q：单位时间内热流体通过整个换热器的传热面传递给冷流体的热量W。（2）热流密度（或热通量）q：单位时间、通过单位传热面积的热量W/

4、m2。dQqdA2021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple8热量传递过程概述稳态传热与非稳态传热（1）稳态传热：在传热系统中，不积累能量的传热过程称稳态传热。特点：传热系统中，温度分布不随时间而变，且传热速率在任何时间都为常数。连续生产过程中的传热多是稳态传热。（2）非稳态传热：在传热系统中，有能量积累的传热过程称非稳态传热。特点：传热系统中，温度分布随时间而变。间歇操作的换热设备、连续生产过程中的开工、停工。2021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple9热传导过程热传导规律1、热传导概念热传导（或导热）

5、：物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递。2、热传导规律（1）傅立叶（Fourier）定律：tqλn式中：q---热流密度，w/m2；t---法向温度梯度，℃/m；nλ---比例系数，称为导热系数，w/(m·℃)2021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple10热传导过程热传导规律（2）导热系数λλ表征材料导热性能的一个参数，其值越大，材料导热性能越好。例：金属10～102w/(m·℃)建筑材料10-1～10w/(m·℃)绝热材料10-2～10-1w/(m·℃)实验测得导热系

6、数λ与温度t的关系：(1at)0式中：λ---固体在温度t℃的导热系数，w/(m·℃)；λ0---固体在温度0℃的导热系数，w/(m·℃)；a---温度系数，1/℃，；对大多数金属材料为负值，对大多数非金属材料为正值。2021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple11热传导过程热传导的应用1、通过平壁的热传导过程：平壁的热传导的温度分布见图4-5所示。由傅立叶（Fourier）定律可知：dtqλconst.dx对上式积分得：QΔtqλ,Δttt12Aδ又可写为：ΔtΔt推动力QAR热阻图4-5平壁的热传导

7、2021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple12热传导过程热传导的应用2、通过圆筒壁的热传导过程：圆筒壁的热传导的温度分布见图4-6所示。在圆筒壁内取同心薄层圆筒并对其作热量衡算：t2rlq

8、2(rr)lq

9、(2rrl)crrrP对于定态热传导：t0则：2rlq

10、2(rr)lq

11、Qrrr图4-6圆筒壁的热传导2021年8月24日星期二ProcessSystemprinciple13热传导过程热传导的应用又：dtQdrqλ所以：dtdr2πlλr对上式进行积分得：Qtln

12、rC2πlλ式中：r---圆筒任一径