化工原理-传热和设备

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1、化工原理（上册）化工原理4.传热4.1传热及基本方程热的传递自然界、技术领域温差存在的地方热流方向高温低温工业：强化削弱方式：热传导（导热）：连续存在温度差静止物质无宏观位移介质：金属--自由电子不良导体与液体--分子动量传气体--分子不规则运动对流传热：质点发生相对位移，流体中，多指流体到壁面，自然对流（温差）强制对流（外力）辐射传热：电磁波在空间的传递不需介质互相照得见能量形式转变热能—辐射能—热能分类：稳定传热--温度不随时间变化/不稳定传热--温度随时间变化传热速率：WJ/s单位时间内通过传热面的热量。稳定传热是常量4.2热传导（基本概念与

2、傅立叶定律）4.2.1温度场和温度梯度温度分布t=f(x.y.z.θ)不稳定与θ有关，稳定则与θ无关温度场:温度分布的总和等温面：同一时刻，温度相等的点构成的面，彼此互不相交温度梯度：t温度差,n垂直距离Q的传递方向与温度梯度的方向相反Q温度梯度t/nt+Δtt0xtt1t2bλ0b1b2b3xtt1t2t3t4λ1λ2λ3QQ单层与多层平壁热传导4.2.2傅立叶定律：dQ∞dA∙(t/n)导热系数W/(m.K)λ的情况见图表P166dQ/dA…..q=Q/AJ/s.m2热通量λ的情况金属t↑,λ↓一般大致范围W/m2.K%↑，λ↑大都

3、大多α为负2.3~420∨λ=λ0（1+αt）非金属建筑材料通常ρ↑,λ↑大多α为正0.05~3绝缘材料t↑,λ↑0.025~0.25∨液体金属t↑,λ↓大多液体非金属t↑,λ↓除水与油0.09~0.6%↑，λ↑有机物水溶液λm=0.9Σaiλi∨λm有机物互溶液λm=Σaiλiai质量分率气体t↑,λ↑ρ↑,λ↑（p>2╳105kpa,p<3kpa)0.006~0.4λm=ΣλiyiMi1/3/ΣλiMi1/3yi摩尔分率Mi分子量温度在各位置上各不相同，故λ亦不同，则λ取平均xtt1t2bλ0b1b2b3xtt1t2t3t4λ1λ2λ3QQ单层与

4、多层平壁热传导4.2.3平壁的热传导单层P171图4-4分离变量积分Qdx=–λAdtx=0,t=t1;x=b,t=t2多层P172图4-5Q=Q1=Q2=Q3=Δti/Ri……..Δti=QRi…Δt1+Δt2+Δt3=Q(R1+R2+R3)i=1…..n例1、2教案12例1导热计算某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W/m.K及0.7W/m.K。待操作稳定后，测得炉壁的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃，为减少燃烧炉的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚度为40mm，导热系数为0.0

5、6W/m.K的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层材料的导热系数不变。试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？解：加保温层前，单位面积炉壁的热损失(Q/A)1；此为双层平壁的热传导，其导热速率方程为:(Q/A)1=(t1-t3)/(b1/λ1+b2/λ2)=(700-130)/(0.1/0.9+0.1/0.7)=2240W/m2加保温层后，单位面积炉壁的热损失(Q/A)2：此为三层平壁的热传导，其导热速率方程式为：(Q/A)2=(t1-t4)/(b1/λ1+b2/λ2+b3/λ3)=(740-90)

6、/(0.1/0.9+0.1/0.7+0.04/0.06)=706W/m2故加保温层后热损失比原来减少的百分数为：[(Q/A)1-(Q/A)2]/(Q/A)1100%=(2240-706)/2240100%=68.5%试再求各层间的温度：Q/A=(t1-t2)/(b1/λ1)=(t3-t4)/(b3/λ3)此时t1=740℃t4=90℃求出t2,t3则7060.1/0.9=740-t2,t2=740-78.4=661.6℃7060.04/0.06=t3-90,t3=470.7+90=560.7℃热阻越大，温差越大。教案12例2界面温度的求取某炉

7、壁由下列三种材料组成：耐火砖λ1=1.4W/m.K,b1=225mm;保温砖λ2=0.15W/m.K,b2=125mm;建筑砖λ3=0.8W/m.K,b3=225mmtλ1λ2λ3t1t2t3t4b1b2b3x已测得内、外表面温度分别为930℃和55℃,求单位面积的热损失和各层间接触的温度。解：由公式可求得单位面积的热损失为：q=Δt/(b/λ)=(930-55)/(0.225/1.4+0.115/0.15+0.225/0.8)=875/(0.1607+0.767+0.281)=724W/m2Δt1=q.b1/λ1=7240.1607=116℃

8、t2=t1-Δt1=930-116=814℃Δt2=q.b2/λ2=7240.767=555℃t3=t2-