南京理工大学(化工原理)课件chapt4.ppt

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1、第四章传热本章主要内容4.1概述4.2热传导4.3对流传热4.4传热过程的分析和计算4.5换热器4.1概述4.1.1化工生产中的传热一、传热的三种方法：直接混合蓄热式间壁换热直接蒸汽加热蓄热式换热器间壁式换热器二、传热机理：热传导，热对流和热辐射三、传热速率热流量Q：即单位时间内通过换热器整个传热面所传递的热量（W）。热流密度（或热通量）q：单位时间内通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）。四、稳定传热和不稳定传热4.2热传导4.2.1傅里叶定律对于热传导，其传热速率与温度梯度及传热面积成正比——傅里叶定律t-∆t等温面∆t∆xx-∆

2、xt+∆t4.2.2导热系数λ一、固体的导热系数导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，单位为W/（m·℃）。大多数金属材料λ随温度增加而减小，大多数非金属材料λ随温度增加而增大。二、液体的导热系数三、气体的导热系数气体的导热系数较小，随温度升高而增大。除水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度的升高而略有减小；非金属液体中水的导热系数最大。4.2.3平壁稳定热传导一、单层平壁热传导平壁越厚，λ和S越小，热阻越大。二、多层平壁热传导4.2.4圆筒壁的热传导推动力＝t1-t2传热阻力＝?对数平均面积（m2）对数平均半径（m）

3、多层圆筒壁热传导4.3对流传热湍流主体温度虚拟膜内温度分布壁内温度虚拟膜：假定对流传热在一厚度为δt的假想有效膜内进行，且以热传导方式进行;传热温差集中在δt内。4.3.1牛顿冷却定律和对流传热系数根据有效膜概念，对于热流体：T、TW——分别为热流主体和热流体侧壁温（℃）——对流传热系数（W/(m2·℃)）。牛顿冷却定律影响α的因素１.流体的种类及相变化情况２.流体的物理性质（ρ、μ、cp、λ）３.流体运动状态４.对流状况：自然对流、强制对流５.传热壁的形状、大小及安装位置准数名称符号意义Nusseltnumber和热传导相比，对流使传

4、热系数增大的倍数Reynoldsnumber流体所受惯性力和粘性力之比Prandtlnumber流体的物性对对流传热的影响Grashofnumber自然对流对对流传热的影响4.3.2对流传热的因次分析一、无相变强制对流传热过程f（Nu，Re，Pr）=0二、无相变自然对流传热过程f（Nu，Pr，Gr）=0定性温度:取流体平均温度。特征尺寸：圆管取管径d；非圆形管，通常取当量直径de为特征尺寸；对大空间内自然对流，取加热（或冷却）表面的垂直高度为特征尺寸。4.3.3对流传热系数的经验关联式Nu=0.023Re0.8Prn（1）流体在圆形直管

5、内作强制湍流流体被加热时，n=0.4；被冷却时，n=0.3。定性温度:进出口温度算术平均值；特征尺寸:di一、流体在圆形直管内运动如果流体在圆直管内作强制过渡流(层流)，此时对流传热系数应增大还是减小？若Nu=0.023Re0.8Prnf,则f>1还是f<1？①Re＞10000，即流动是充分湍流的；②0.7＜Pr＜160；③流体粘度较低（不大于水的黏度的2倍）；④L/d＞60，即进口段只占总长的一小部分，管内流动是充分发展的。（2）流体在圆形直管中作过渡流Nu=CRemPrn计算得的α乘以小于1的系数f（3）流体在圆型直管内作强制层流二

6、、流体在圆型弯管内作强制湍流流体因离心力作用引起二次环流，加剧扰动，强化了传热。Nu=CRemPrn计算得的α乘以大于1的系数三、流体在非圆形管内强制湍流用当量直径de代替相应公式中的直径d管外强制对流4.3.4有相变对流传热系数计算1.蒸汽冷凝蒸汽垂直管或板外膜状冷凝对流传热系数计算1.冷凝液膜层流运动，传热方式为导热(Re<1800)2.蒸汽冷凝释放的热量仅为潜热，蒸汽温度和壁面温度不变（ts—饱和蒸汽温度）3.定性温度=（ts+tw)/2修正式为：膜层流动为湍流时（Re>1800)冷凝器中管子的切向旋转液体沸腾水的沸腾曲线4.4传

7、热过程的分析和计算4.4.1热量衡算(忽略热损失）cp——流体的平均比热容(kJ/（kg·℃）)；W——流体的质量流量(kg/s)；t——冷流体的温度(℃)；T——热流体的温度(℃)；Q——传热速率(kW)。1.冷热流体均无相变2.热流体发生相变（如饱和蒸汽冷凝）Q=?Wh——饱和蒸气（即热流体）的冷凝速率(kg/h)；r——饱和蒸气的冷凝潜热(kJ/kg)；cph——冷凝液的比热容(kJ/(kg·℃))；Ts——冷凝液的饱和温度(℃)。冷凝液为饱和液体（Ts）冷凝液为过冷液体（T）4.4.2总传热速率微分方程t1T2T1t2T1T2t

8、1t2LT,αit,αoTWtW分别为各传热环节的热阻(℃/W)。对于微元管段dL:令dQ=KdS（T－t）—总传热速率方程的微分表达式。总传热系数,W/(m2·℃)；单位传热面积、温差下的总传热速率。微元