化工原理-传热

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1、热传导热对流传热过程计算热辐射换热设备传热热量传递的三种基本方式分析室内热量传给室外的热传递过程(1)室内→内墙:对流换热,热辐射(2)内墙→外墙:导热(3)外墙→大气:对流换热,热辐射三种热量传递方式:导热,对流和热辐射1.导热(热传导)conductionheattransfer(1)定义: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.(2)特征:a.物体间无相对位移;b.物体间必须相互接触;b.没有能量形式的转化.2.热对流(convectionhea

2、ttransfer)(1)热对流:流体的各部分之间由于相对宏观位移而引起的热量传递.(2)对流换热:流体流过与之温度不同的固体壁面时引起的热量传递.(3)特征:有相对位移;一定伴随着流体的导热;没有能量形式之间的转换;流体和固体壁面相互接触.(4)牛顿冷却公式3.热辐射(radiationheattransfer)(1)定义:由于温度的原因而导致的能量辐射.(2)特征:有能量形式间的转化:热能-辐射能-热能不需直接接触T>0就有能量辐射与绝对温度呈4次方关系载体的选择1）必须选择适当温

3、位的载热体加热时，温度要求愈高，价格愈贵冷却时，温度要求愈低，价格愈贵2）温度易于调节3）饱和气压低，不易分解4）毒性小，尽量不用易燃、易爆及腐蚀性介质5）价格便宜，来源方便热传导1.热传导和傅立叶定律傅立叶定律导热系数λ2.平壁热传导单层/多层平壁3.圆筒壁热传导单层/多层圆筒壁傅立叶定律(1)假设：(1)平壁面积A远大于壁厚，壁边缘处Q散失=0。(2)温度t只沿着垂直于壁面的x方向变化，等温面是垂直于x轴的平面。(3)壁面两侧的温度t1、t2不随时间而变化。.傅立叶定律(2)单位时间内通过平板传导的热量dQ

4、与温度梯度dt/dx及垂直于热流方向的导热面积A正比，即：dQ/dτ=-λSdt/dx稳定传热时，故上式可写为q=Q/τ=-λS(dt/dx)温度梯度导热系数物质名称导热系数[W/m.K]金属5-420建筑材料0.5-2绝热材料0.01-04水0.6其他液体0.09-0.7气体0.007-0.17导热系数公式式中λ—固体在温度t℃时的导热系数，w/（m2℃）λo—固体在温度0℃时的导热系数，w/（m2•℃）a—温度系数，1／℃；对于大多数金属材料为负值，而对大多数非金属材料为正值。热传导-平壁热传导公式推导得：

5、由傅立叶定律例1有一燃烧炉，炉壁由三种材料组成。最内层是耐火砖，中间为保温砖，最外层为建筑砖。已知耐火砖b1=150mmλ1=1.06W/m·℃保温砖b2=310mmλ2=0.15W/m·℃建筑砖b3=240mmλ3=0.69W/m·℃今测得炉的内壁温度为1000℃，耐火砖与保温砖之间界面处的温度为946℃。试求：(a)单位面积的热损失；(b)保温砖与建筑砖之间界面的温度；(c)建筑砖外侧温度。例题obbbtt1t2t3t4图3-3多层平壁稳态热传导1）画示意图；2）判断范围；3）列公式；4）分析已知-

6、未知关系；5）求解；6）验算。思路解用下标1表示耐火砖，2表示保温砖，3表示建筑砖。t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。(a)热损失qq=Q/=λ1/b1(t1-t2)=1.06/0.15(1000-946)=381.6W/m2解题过程(b)保温砖与建筑砖的界面温度t3因系稳定热传导，所以q1=q2=q3=qq=λ2/b2(t2-t3)381.6=0.15/0.31(946-t3)解得t3=157.3℃(c)建筑砖外侧温度t4同理q=λ3/b3(t3-t4)381.6=0.69/0.24(1

7、57.3-t4)解得t4=24.6℃热传导-单/多层圆筒壁热传导公式推导：单层圆筒壁热传导用另外类似平壁一种方式表示设rm=(r2-r1)/ln(r2/r1)=b/ln(r2/r1)ln(r2/r1)=b/rm若在热交换器里的一根钢管，管内径是25[毫米]，管壁厚度3.25mm，管长5.0m，管内壁温度是373K,管外壁温度是371K。己知钢的导热系数λ=49W/mK，这根钢管传递热量为多少？例题2解己知r1=25/2=12.5mm=0.0125mr2=12.5+3.25=15.75mm=0.01575mb=3

8、.25mm=0.00325mL=5.00mλ=49W/mKt1=373Kt2=371K(1)按园壁传导的基本公式计算==1.33×104W(2)按平壁热传导公式计算q=2πLλ[r1+r2/2](t1-t2)/b=2×3.14×5.0×49×0.0141×(373-371)/0.00325=1.34×104W从上述计算结果可以出，r2/r1<1.3,用平壁热传导公式计算，误差率为1%左