化工原理+第四章+热量传递基础

《化工原理+第四章+热量传递基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第四章热量传递基础4.1概述4.2热传导4.3对流传热4.4冷凝与沸腾传热4.5辐射传热14.1概述4.1.1基本概念4.1.2热量传递的三种基本方式24.1.1基本概念在化工生产中传热的应用主要是两个方面：（1）强化传热为了使物料满足所要求的操作温度进行的加热或冷却，希望热量以所期望的速率进行传递；（2）削弱传热为了使物料或设备减少热量散失，而对管道或设备进行保温或保冷。34.1.1基本概念1.传热速率与热通量传热速率Q是指单位时间内通过传热面的热量，又称热流量，其单位是W。——表征了传热过程进行的快慢程度热通量q是指单位传热面积上的传热速率，又称热流密度，单位是W/m

2、2。热通量与传热速率之间的关系为：44.1.1基本概念2.稳态传热与非稳态传热热量传递过程稳态传热非稳态传热物体的温度分布随时间变化物体中各点温度不随时间而改变——连续生产过程中的传热——间歇操作的换热设备和连续生产设备的启动、停机过程以及变工况过程的热量传递54.1.1基本概念3.温度场与温度梯度物体内各点温度的集合称为温度场，一般地，物体内任意点的温度是时间和空间位置的函数，温度场的数学表达式为——式中t为温度；x、y、z为空间坐标；t为时间。温度场稳态温度场非稳态温度场物体的温度分布随时间变化物体中各点温度与时间无关64.1.1基本概念等温面：在某一时刻，温度场中温

3、度相同的点连成的面，等温面不可能相交。对于二维传热问题，物体中等温面表现为等温线，等温线也不可能相交。温度随空间位置的变化率以等温面（线）的法线方向上为最大值，在等温面（线）法线方向上的温度变化率称为温度梯度，可表示为式中Dn为法线n方向上的距离；grad（t）表示温度梯度，是矢量，其方向垂直于等温面（线），与等温面（线）的法线方向一致，并以温度增加的方向为正方向。等温线：74.1.2热量传递的三种基本方式1.热传导物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为热传导，又称导热。热传导现象可以用傅立叶(Fourier)定律来

4、描述。2.对流传热对流仅发生于流体中，它是指由于流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位移而导致的热量传递过程。84.1.2热量传递的三种基本方式对流传热通常用牛顿冷却定律来描述，即当主体温度为tf的流体被温度为tw的热壁加热时，单位面积上的加热量可以表示为：当主体温度为tf的流体被温度为tw的冷壁冷却时，有式中q为对流传热的热通量，W/m2；a为比例系数，称为对流传热系数,W/(m2·℃)。牛顿冷却公式表明，单位面积上的对流传热速率与温差成正比关系。94.1.2热量传递的三种基本方式3.热辐射辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体因各种原因发出辐射能，其中因热的原因发

5、出辐射能的现象称为热辐射。与热传导和对流传热不同，辐射传热无须借助中间介质的存在来传递热量，可以在真空中传递。虽然物体可以热辐射的方式进行热量传递，但一般只在高温或低温下才成为主要传热方式。104.2热传导4.2.1热传导的基本定律—傅立叶定律4.2.2导热系数4.2.3热传导微分方程及其定解条件4.2.4稳态热传导4.2.5非稳态热传导4.2.6热传导问题的数值解法114.2.1热传导的基本定律—傅立叶定律大量的实践表明热量以传导形式传递时，单位时间内通过单位面积所传递的热量与当地温度梯度成正比。对于一维问题，可表示为——为x方向上的温度梯度,℃/m或K/m；——式中l

6、为比例系数，称为导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)；——q为热通量,W/m2；——负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向。124.2.1热传导的基本定律—傅立叶定律当物体温度是三维空间坐标的函数时，则热通量矢量表示为——式中为空间某点的温度梯度；——是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向。134.2.2导热系数1.定义式的物理意义：表示温度梯度为1K/m或1℃/m时，单位时间通过单位面积的热量。即：单位温度梯度下的热通量。物质种类金属非金属固体液体气体绝热材料,W/(mk)15～4300.2～3.00.07～0.70.006～0.6<0.25

7、说明：（1）导热系数越大，物体的导热性能越好，即在相同的温度梯度下传热速率越大。（2）各类物质导热系数的近似关系：144.2.2导热系数2.影响因素大多数均一的固体，其导热系数在一定温度范围内与温度近似成直线关系，可用下式表示：——式中l0为固体在0℃时的导热系数，k为温度系数，1/℃,对大多数金属材料为负值，对大多数非金属固体材料为正值。有机均相混合液体的导热系数可用下式估算有机水溶液的导热系数的估算式为——式中wi为组分i的质量分数，li为纯组分i的导热系数。154.2.2导热系数气体的导热系数l与粘度m之间有以下简单关系