《热量传递基础》PPT课件

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1、第四章热量传递基础本章重点：1)稳定热传导2)流体无相变时对流传热系数的计算学习目的：1）分析影响传热速率的因素，掌握控制热量传递率的一般规律，以便根据生产的要求来强化和削弱热量的传递，正确地选择适宜的传热设备和保温方法；2）学会能源的利用（节能）。第一节概述化工生产中的化学反应通常是在一定的温度下进行的，为此需向反应物加热到适当的温度；而反应后的产物常需冷却以移去热量。在其他单元操作中，如蒸馏、吸收、干燥等，物料都有一定的温度要求，需要加入或输出热量。此外，高温或低温下操作的设备和管道都要求保温，以便减少它们和外界的传

2、热。近十多年来，随能源价格的不断上升和对环保要求增加，热量的合理利用和废热的回收越来越得到人们的重视。化工对传热过程有两方面的要求：（1）强化传热过程：在传热设备中加热或冷却物料，希望以高传热速率来进行热量传递，使物料达到指定温度或回收热量，同时使传热设备紧凑，节省设备费用。（2）削弱传热过程：如对高低温设备或管道进行保温，以减少热损失。一、基本概念1.传热速率与热通量传热速率Q：又称热流量，单位时间内通过传热面传递的热量，J/s或W。热通量q：又称热流密度，单位时间内通过单位传热面传递的热量，或W/m2。式中A──总传

3、热面积，m2。2.稳态传热与非稳态传热稳态传热：传热系统中传热速率、热通量及温度等有关物理量分布规律不随时间而变，仅为位置的函数。连续生产过程的传热多为稳态传热。非稳态传热：传热系统中传热速率、热通量及温度等有关物理量分布规律不仅要随位置而变，也是时间的函数。3.温度场与温度梯度温度场：某一时刻，物体（或空间）各点的温度分布。式中t──某点的温度，℃；x,y,z──某点的坐标；τ──时间。不稳定温度场：各点的温度随时间而改变的温度场。稳定温度场：任一点的温度均不随时间而改变的温度场。等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相

4、同的点组成的面。不同温度的等温面不相交。温度梯度：两等温面的温度差t与其间的垂直距离n之比，在n趋于零时的极限（即表示温度场内某一点等温面法线方向的温度变化率）。t1t2t1>t2等温面Q温度梯度与热流方向的关系nQdAtt-tt+t二、传热的三种基本方式一个物系或一个设备只要存在温度差就会发生热量传递，当没有外功加入时，热量就总是会自动地从高温物体传递到低温物体。根据传热的机理不同，热传递有三种基本方式：热传导，热对流和热辐射。化工生产中碰到的各种传热现象都属于这三种基本方式。（一）热传导（导热）物体各部分之

5、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。特点：在纯的热传导过程中，物体各部分之间不发生相对位移，即没有物质的宏观位移。从微观角度来看，气体、液体、导电固体和非导电固体的导热机理各不相同。气体：气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果。导电固体：自由电子在晶格间的运动；固体非导电固体：晶格结构的振动实现的。液体：存在两种不同的观点，类似于气体和类似于非导电固体。（二）对流传热热对流是指物体中质点发生相对的位移而引起的热量交换，热对流是流体所特有的一种传热的方式。其中

6、只有流体的质点能发生相对位移。据引起对流的原因不同可分为：自然对流和强制对流。自然对流：流体原来是静止的，但内部由于温度不同、密度不同，造成流体内部上升下降运动而发生对流。强制对流：流体在某种外力的强制作用下运动而发生的对流。（三）热辐射热辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。一切物体都能以这种方式传递能量，而不借助任何传递介质。通常在高温下热辐射才是主要方式。第二节热传导傅里叶定律：某一微元的热传导速率（单位时间内传导的热量）与该微元等温面的法向温度梯度及该微元的导热面积成正比。一维稳态热传导：──比例系数，称为导热系

7、数，W/(m·℃)或W/(m·K)。t/x──x方向上的温度梯度，℃/m或K/m；q——热通量，W/m2一、热传导的基本定律—傅里叶定律三维稳态热传导：t/n──空间某点的温度梯度n——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。物理意义：温度梯度为1时，单位时间内通过单位传热面积的热通量；导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量，，导热性能越好。二、导热系数各种物质的导热系数：（1）固体纯金属温度，，纯金属比合金的大。非金属温度，，同样温度下，越大，越大。在一定温度范围内（温度变化不太大）：──t

8、℃时的导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)；──0℃时的导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)；k──温度系数，对大多数金属材料为负值，对大多数非金属材料为正值，1/℃。（2）液体金属液体导热系数较高，非金属液体较低。在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油等少量液体物质外，绝大多数液体，（略微）。一般来说