化工原理 第四章 传热

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1、第四章传热1要求：1.掌握热传导的基本原理、傅里叶定律、平壁与圆筒壁的稳定热传导计算；2.掌握对流传热的基本原理及牛顿冷却定律；3.掌握运用传热速率方程式、热量衡算式、平均温度差、总传热系数进行传热计算；24.理解对流传热系数的影响因素、关联式及应用条件；5.了解间壁换热器的结构特点、应用及强化途径。重点：对数平均温度差、总传热系数的计算、换热器的计算。3传热热量从高温度区向低温度区移动的过程称为热量传递，简称传热。一是强化传热过程，如各种换热设备中的传热。二是削弱传热过程，如对设备或管道的保温，以减少热损失。化工生产中对传热过程的要求第一节概述传热的推动力温度差

2、传热的方向高温向低温4一、传热过程的应用物料的加热与冷却热量与冷量的回收利用设备与管路的保温二、热传递的三种基本方式热传导热对流热辐射51.热传导（又称导热）热量从高温物体传向低温物体或从物体内部高温部分向低温部分传递。特点：物体各部分不发生相对位移，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。条件：系统两部分之间存在温度差。62.对流有温差的流体(或内部)作宏观移动和混合，将热量从高温物体传向低温物体的现象，称对流传热。特点：流体各部分间有相对位移，热对流仅发生在流体中。自然对流：温度、密度不同引起。强制对流：外力引起。7说明：同一种流体中可能同

3、时发生自然对流和强制对流；化工过程中，流体流过固体表面时的传热是包含了热传导和热对流的联合过程，称对流传热；对流传热与流体流动状况密切相关。83.热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。热辐射的特点：①不需要任何介质，可以在真空中传播；②不仅有能量的传递，而且还有能量形式的转移；③任何物体只要在热力学温度零度以上，都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高时，热辐射才能成为主要的传热方式。9二、间壁传热与速率方程1.间壁式换热器化工生产中冷热流体间的传热多为间壁对流传热。套管式换热器列管式换热器冷流体热流体间壁对流传导对流102.传热速率热流密度传热速

4、率Q：单位时间内通过传热面的热量W。热流密度q:单位时间单位面积传递的热量，W/m2。3.稳态传热与非稳态传热物体物流各点不随时间变化的传热过程称稳态传热，反之则非稳态传热。稳态传热的传热速率为常数。工业生产上一般接近稳态传热。4.两流体通过间壁的传热过程对流热传导对流以对流方式为主，通常又称对流传热或给热。115.传热速率方程经验表明，在稳态传热过程中，传热速率与传热面积A和两流体的温度差成正比。总传热系数、传热面积、推动力是传热过程三大要素。将热阻记为R，则Q=tm/R下面将分别讨论传热基本原理及传热系数的计算。12第二节热传导一、傅立叶定律1.温度场和

5、温度梯度1)温度场某一时刻物体或系统内各点的温度分布总和。132)等温面：温度场中同一时刻下相同温度各点所组成的面。等温面不能相交。3)温度梯度：两相邻等温面的温度差与两面间的垂直距离之比。即等温面上某点法线方向上的温度变化14温度梯度：稳态一维温度梯度：15：导热系数，w/(m﹒oC)；Q：导热速率，w；A：导热面积，m2。2.傅立叶定律通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比，即：16二、导热系数导热系数的物理意义：单位距离单位传热面积和单位传热温差时的传热速率。固体导热系数：固体＞液体＞气体金属的导热系数最大，是热的良导体。温度↗↘纯度↗↗

6、非金属导热系数较小。温度↗↗纯度↗↗对大多数固体：=0(1+at)=0+at0C时的导热系数温度系数17液体的导热系数：液态金属(与固态金属性质差不多)非金属液体：水的导热系数最大水和甘油：T↗↗一般液体：T↗↘纯液体＞溶液气体的导热系数：T↗↗P↗变化小极高P↗↗气体导热系数小，保温材料之所以保温一般是材料中空隙充有气体。18三、平壁的稳态热传导1.单层平壁的热传导b：平均壁厚，m；t：温度差，oC；19设材质均匀，不随温度变化。温度也只沿传热方向变化，讨论稳定传热的情况。稳态的一维平壁热传导：x=0,t=t1,x=b,t=t2对

7、上式积分可得：20R′：导热热阻，m2﹒oC/w。R：导热热阻，oC/w。21222.多层平壁的热传导23以三层平壁为例：24多层平壁：多层平壁传热的推动力为总温度差。传热阻力由各层热阻之和。并且有t1：t2：t3：t=R1：R2：R3：Ri例4-2P12525四、圆筒壁的热传导1.单层圆筒壁的热传导（稳态）26上式积分可得：27面积的对数平均值半径的对数平均值注：当r2/r1<2时，可用算术平均值代替对数平均值。282.多层圆筒壁的热传导（稳态）29以三层圆筒壁为例：30对多层圆筒壁：例4-4P12831第三节对流传热对流传热的分析32一、对流传热方程

8、与对流传热