化工原理B传热.ppt

《化工原理B传热.ppt》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、第四章传热Heattransportation第一节概述(Introduction)化工生产中温度是控制反应过程的重要条件，除了温度控制手段和方法外，研究温度变化规律与传热过程非常关键。本章主要讨论热传导、辐射、对流传热过程的原理、传热速率及其影响因素，传热过程计算以及换热器的选用和强化传热过程的途径。一、传热的基本方式1.热传导热量从高温物体传向低温物体或从物体内部高温部分向低温部分传递。特点：物体各部分不发生相对位移。2.对流有温差的流体(或内部)作宏观移动和混合，将热量从高温物体传向低温物体的现象，称对流传热。特点：流体各部分间有相对位移。自然对流

2、：温度、密度不同引起。强制对流：外力引起。3.热辐射热电磁波热，以这种方式进行的热量传递叫辐射传热。原则上，任何物体都可向外发射辐射能，但仅在较高温度时，这种方式才显著。二、间壁传热与速率方程1.间壁式换热器化工生产中冷热流体间的传热多为间壁对流传热。套管式换热器列管式换热器冷流体热流体间壁对流传导对流2.传热速率热流密度传热速率Q：单位时间内通过传热面的热量W。热流密度q:单位时间单位面积传递的热量，W/m2。3.稳态传热与非稳态传热物体物流各点不随时间变化的传热过程称稳态传热，反之则非稳态传热。稳态传热的传热速率为常数。工业生产上一般接近稳态传热

3、。4.两流体通过间壁的传热过程对流热传导对流以对流方式为主，通常又称对流传热或给热。5.传热速率方程经验表明，在稳态传热过程中，传热速率与传热面积A和两流体的温度差成正比。总传热系数、传热面积、推动力是传热过程三大要素。将热阻记为R，则Q=tm/R下面将分别讨论传热基本原理及传热系数的计算。第二节热传导Heatconduction一、傅立叶定律当两物体间有温度差并相互接触时，热量就要从高温物体传向低温物体，这是由热力学第二定律决定的。1.温度场和温度梯度各点的温度分布称温度场。等温面上某点法线方向上的温度变化叫温度梯度。2.傅立叶定律传热过程所传递

4、的热量与温度差、传热面积和热流经过的距离等因素有关。(在x方向上的温度梯度)上式即为热传导的基本公式－傅立叶定律。式中负号表示传热方向与温度梯度方向相反。为导热系数，它是物质的基本性质，由实验测定。其值与物质种类、结构、密度、温度、压强等因素有关,W/(m.K)。二、导热系数导热系数的物理意义：单位距离单位传热面积和单位传热温差时的传热速率。固体导热系数：固体＞液体＞气体金属的导热系数最大，是热的良导体。温度↗↘纯度↗↗非金属导热系数较小。密度↗↗纯度↗↗对大多数固体：=0(1+at)=0+at0C时的导热系数温度系数液体的导热

5、系数：液态金属(与固态金属性质差不多)非金属液体：水的导热系数最大T↗一般液体：T↗↘纯液体＞溶液气体的导热系数：T↗↗P↗变化小极高P↗↗气体导热系数小，保温材料之所以保温一般是材料中空隙充有气体。三、平壁的热传导设材质均匀，不随温度变化。温度也只沿传热方向变化，讨论稳定传热的情况。1.单层平壁的热传导应用傅立叶公式Q=-Adt/dx积分x=0,t=t1,x=b,t=t2导热热阻bt1t2上式中t称传热推动力，R称传热阻力即热阻。也可以用单位面积的传热速率（热通量）表示q=Q/A=t/(b/)=t/R(b/)也叫传热热阻，

6、但单位与R不一样。实际上导热系数随温度而变，若要考虑该因素，则积分形式不同。2.多层平壁的热传导设各层接触良好，两相接触表面温度相等，考虑稳态传热Q1=Q2=Q3对多层平壁，可分别对每一层应用傅立叶定律b1b2b3t1t2t3t4多层平壁传热的推动力为总温度差。传热阻力由各层热阻之和。并且有t1：t2：t3：t=R1：R2：R3：Ri四、圆筒壁的热传导1.单层圆筒壁的热传导圆筒壁的热传导比平壁热传导更普遍。也讨论稳定传热的情况。与平壁不同的是，其传热面积要随半径而变。考虑半径的微小变化。传热方向r1r2积分得（4-9）以单位长度的传热速率表示定

7、义对数平均半径和对数平均面积可以将4-9式写成壁厚和对数平均半径的形式(4-11)形式上就与平壁公式一样。对数平均的概念在工程上应用很广泛。2．多层圆筒壁的热传导用串联热阻的观点和多层平壁相同的方法可得r1r2r3r4第三节对流传热Convectiveheattransfer一、对流传热方程与对流传热系数热流体壁冷流体由于层流内层的存在，传热方式实际上是：对流热传导热传导(壁)热传导对流湍流时，热阻主要集中在层流内层。对流传导传导传导对流Q对流传热的膜理论模型某一截面上，热流体一侧的推动力＝热流体湍流层内最高温度－壁温。但实际上湍流层内温度相差不

8、大，以平均温度代替。由于温度相差不大，热阻也不大。近似设传热热阻全部集中在层流内