南京大学化工原理课件3

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1、第四章   传热第一节   概述传热学是研究不同温度的物体，或同一物体的不同部分之间热量传递规律的学科。一、传热过程在化工生产中的应用化工生产：一种是强化传热过程另一种是削弱传热过程。分析影响传热速率的因素，掌握控制热量传递速率的一般规律，以便能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（隔热）方法。第一节   概述二、传热的基本方式（一）热传导在热传导过程中，没有物质的宏观位移。（二）对流对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。在流体中产生对流的原因有：自然对流、强制对流（三）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。第一节   概述

2、传热学的发展在热传导方面，法国物理学家毕奥于1804年得出的平壁导热实验结果是导热定律的最早表述。热对流方面，牛顿于1701年在估算烧红铁棒的温度时，提出冷却定律的数学表达式。1860年，基尔霍夫定律。20世纪以前，传热学是作为物理热学的一部分逐步发展。20世纪以后，传热学与热力学、流体力学等一些学科相互渗透。第一节   概述三、间壁式换热器中的传热过程（一）间壁式换热器（二）传热速率与热流密度1.传热速率单位时间内的传热量，即传热速率（heattransferrate），单位为：J/s（或W）。2.热流密度又称热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位为：W/m2。热流密度

3、而传热速率的关系第一节   概述（三）稳态传热与非稳态传热稳态传热：在传热系统中各点的温度分布不随时间而改变的传热过程；非稳态传热：传热系统中各点的温度既随位置又随时间而变的传热过程。（四）两流体通过间壁的传热过程热流体以对流传热方式把热量Q1传递给管壁内侧热量Q2从管壁内侧传导以热传导方式传递给管壁的外侧管壁外侧以对流传热方式把热量Q3传递给冷流体第一节   概述（五）传热速率方程式式中——传热速率，J/s（或W）；——比例系数，称为总传热系数（Overallheattransfercoefficient），W/m2·K——传热面积，m2；——两流体的平均温度差，K（或℃）。传热过

4、程的三要素。第二节热传导热传导机理：液体——液体中的分子比气体密集，分子间的作用力较强，由分子振动的强弱导致热量传递；固体——相邻分子的碰撞或电子的迁移导致热量传递。这种碰撞和迁移，类似于分子运动。气体——温度不同（能级不同）的分子相互碰撞，使温度较高的分子将热能传递给温度较低的分子，造成热量传递；第二节热传导一、傅立叶定律（一） 温度场和温度梯度温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以温度增加的方向为正。（二）傅立叶定律傅立叶定律：传导的热流量和温度梯度以及垂直于热流方向的截面积成正比。第二节热传导二、热导率单位温度梯度下，单位时间内通过单位导热面积的热量。对于气体：t↗，λ↗；对

5、于液体：t↗，λ↘；（水、甘油例外）对于固体：金属t↗，λ↘（高合金钢例外）非金属t↗，λ↗（冰例外）第二节热传导大多数均质的固体材料，其导热系数与温度近似成直线关系，式中------固体在温度为t℃时的导热系数，W/m·℃；------固体在0℃时的导热系数，W/m·℃；-----温度系数，对大多数金属材料为负值，而对大多数非金属为正值，℃-1。液体的导热系数固体绝缘材料的导热系数之所以小，是因为其结构呈纤维状或多孔，其空隙率很大，孔隙中含有大量空气的缘故。固体温度，℃导热系数耐火砖1.04①保温砖0~1000.12~0.21建筑砖200.69绒毛毯0~1000.047①温度在80

6、0~1100℃液体的导热系数金属液体导热系数较高，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，温度升高，导热系数下降（略微）。一般来说，纯液体的导热系数大于溶液导热系数。液体，温度，℃导热系数λ丙酮300.17苯胺0~200.17苯300.16硫酸60%300.43甘油40%200.45水300.62水银288.36气体的导热系数气体的导热系数随温度升高而增大。在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强的变化甚微，可以忽略不计。只有在过高或过低的压强（＞2×105kPa或＜3kPa）下，才考虑压强的影响，此时随压强增高导热系数增大。气体的导热系数很小，

7、故对导热不利，但对保温有利。1-水蒸气2-氧3-二氧化碳4-空气5-氮6-氩物质热导率的大致范围物质种类热导率W/m·K纯金属20～400金属合金50～500液态金属30～300非金属固体0.05～50非金属液体0.5～5绝热材料0.05～1气体0.005～0.5导热系数的大概范围：金属固体101～102W/（m·K）、建筑材料10-1～100W/（m·K）、绝缘材料10-2～10-1W/（m·K）、液体10-1W/（m·K）、气体10-2～10-1W/（