环境工程原理第四章1课件

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1、第四章传热第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节传热计算第五节热辐射第六节换热器一、传热过程在工业生产中的应用加热或冷却换热保温强化传热过程削弱传热过程第一节概述二、传热的三种基本方式（一）热传导热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又称导热。特点：没有物质的宏观位移气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果固体导电体：自由电子在晶格间的运动非导电体：通过晶格结构的振动来实现的液体机理复杂（二）对流流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。只发生在流体中自然对流——原静止的流体因内部温度或密度不同

2、而引起的上升下降运动强制对流——在外力作用下强制产生的对流运动必然同时伴随热传导（三）热辐射物体因自身温度的原因(放热)发出辐射能(电磁波传播能量，0.38~100μm)的过程称为热辐射。能量转移的同时有能量形式的转化不需要任何物质作媒介该辐射被另一物体吸收即变为热¤实际传热过程中，三种传热方式或单独存在或同时存在。¤实际热交换的过程中，热传导和对流传热分为：★流体直接进行热交换——直接接触式传热（在传质章节中一起讨论）板式塔、填料塔★不能直接接触的两个流体通过间壁换热——间壁式传热（本章讨论重点）套管式换热器、列管式换热器★热、冷流体交替通过蓄热

3、室——蓄热式传热三、两流体通过间壁换热与传热速率方程式（一）间壁式换热器（1）套管换热器冷流体t1t2热流体T1T2传热面为内管壁的表面积A=πd·l（m2）ld（2）列管换热器热流体T1T2冷流体t1t2传热面为壳内所有管束壁的表面积热负荷Q’：同种流体需要升温或降温时，吸收或放出的热量，单位J（J/s或W）。工艺要求。传热速率Q：又称热流量。单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位J/s或W。热流密度q：又称热通量。单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位J/(s.m2)或W/m2。（二）传热速率与热流密度式中A──总传热面积，m2。

4、（三）稳态传热与非稳态传热非稳态传热★稳态传热▲稳态传热：物体中各点温度不随时间变化的热量传递过程（如连续生产中的传热过程）▲非稳态传热：物体中各点温度随时间而变化的热量传递过程（如变化状态或变化操作条件瞬间的传热过程）★同一热流方向上的传热速率为常量——本章讨论（四）冷热流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体稳态传热：一侧另一侧式中K──总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)；Q──传热速率，W或J/s；A──总传热面积，m2；tm──两流体的平均温差，℃或K。总传热速率方程(经验的总结)：（五）传热速率方程式

5、（4-1）对稳态传热第二节热传导一、傅立叶定律式中t──某点的温度，℃；x,y,z──某点的坐标；τ──时间。（1）温度场：某时刻，物体内或空间各点的温度分布。（一）温度场与温度梯度不稳定温度场稳定温度场等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。不同温度的等温面不相交。穿越等温面才有温度的变化；过该点的等温面法线方向上的温度变化速率最大，称温度梯度。t1t2t1>t2等温面Q(2)温度梯度t+tt-ttnQdA温度梯度是一个点的概念（任一点只有一个温度）。温度梯度是一个向量。方向垂直于该点所在等温面，以温度增加的方向为正该方向上温度

6、变化率最大一维稳定热传导（温度梯度表为dt/dx，x轴方向与温度梯度方向一致为正，反之为负）（二）傅立叶定律某一微元的热传导速率与该微元等温面的法向温度剃度及该微元的导热面积呈正比：式中dQ──热传导速率，W或J/s；dA──垂直于热流方向的导热面积，m2；t/n──温度梯度，℃/m或K/m；──导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。若物体质地均匀；等温面上各点的温度剃度相同：负号表示传热方向与温度梯度方向相反表征材料导热性能的物性参数越大，导热性能越好用热通量来表示对一维稳态热传导（4-2）二、热导率(2)是分子微观运动的宏观表现

7、。(1)在数值上等于单位温度梯度下，单位时间通过单位导热面积的热量。=f(结构，组成，密度，温度，压力）(3)各种物质的热导率金属固体>非金属固体>液体>气体一维：(4-3)在一定温度范围内：式中0,──0℃,t℃时的热导率，W/(m·K)；a──温度系数。对大多数金属材料a<0，t对大多数非金属材料a>0，tt——若各处温度不同，用算术平均温度1)固体金属：纯金属>合金非金属：同样温度下，越大，越大。2)液体金属液体较高；非金属液体低，其中水的最大，为0.6W/m℃。t（除水和甘油）3)气体一般来说

8、，纯有机液体的小于溶液小，t气体不利用来导热，但可用来保温或隔热。氢的最大，0℃时为0.163W/m℃。4)绝热材