江西理工大学 化工设备原理课件 传热.ppt

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1、传热1本章的重点和难点掌握通过平壁及圆筒壁的热传导计算；了解牛顿冷却定律及影响对流传热系数的因素；掌握传热速率方程及运用平均温差法进行传热过程的计算；了解辐射传热的基本概念及基本定律；掌握列管式换热器的选型、设计、计算*；了解换热器的分类、各类换热器的特点,掌握强化传热的途径；第四章传热传热23.1概述温度对化学反应有重要的影响，许多的单元操作过程都与传热有关，传热过程普遍存在。在生产中对传热的要求主要有两个：一是强化传热，另一个是热绝缘，二者目的不同但传热的机理和设备相同。传热的几个基本概念传热推动力和热量传递方向

2、温差是热量传递的推动力，只要有温度差的存在就有热量的传递现象，且热量是从高温向低温传递。传热速率热流量Q和热流密度q传热3稳态传热过程系统中各点的温度和传热速率不随时间而变。不加说明一般都指稳态传热过程。传热方式热传导：也叫导热，依靠物体内部自由电子的热运动或分子的原位振动进行热量的传递，特点是物体内部的质点没有宏观位移。一般发生在固体或层流流体中。热对流：对流传热，流体内部各部分之间发生相对位移进行的热量传递。仅发生在流体中。根据流体对流的原因又分为自然对流和强制对流（热量传递的效果更好）。（热）辐射：辐射传热，

3、依靠电磁波的形式传递热量，绝对温度不为零的任何物体均能向外界辐射传热，且无需任何介质。传热4传热过程中流体的接触方式直接接触式间壁式畜热式传热53.2热传导几个基本概念温度场任一时间，物体（或空间）各点处温度的分布状况。等温面和等温线空间任一点在某一瞬间不能同时有两个不同的温度存在，即等温线不能相交（类似于磁场中的磁力线）。温度梯度一个向量，与热流方向恰好相反。沿等温面将无热量传递；与等温面相交的任何方向都有热量的传递与等温面垂直方向的温度梯度最大。传热6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。对于

4、一维温度场，等温面x及(x+Δx)的温度分别为t(x,τ)及t(x+Δx,τ)，则两等温面之间的平均温度变化率为：Qət/əxt+△ttt-△t传热7傅立叶定律上式即为导热基本方程式，也称为傅立叶定律，它表示热流密度与传热面的法向温度梯度成正比，但导热方向却与温度梯度的方向相反。其中λ是比例系数，称导热系数。传热8导热系数λ导热系数在数值上等于单位温度梯度时的热流密度，即q＝λ。λ是表征物体导热能力的物理量，数值越大导热能力越强。λ的数值与物质的组成、结构、密度、温度和湿度等因素都有关，一般有λ金属>λ非金属>λ液体

5、>λ气体，具体的数值查有关手册。温度升高λ金属减小（纯金属的比合金的导热系数大得多）、λ非金属增大λ液体略有减小（除水和甘油外，且非金属液体中水的最大）、λ气体增大（绝对值很小，常用来保温）传热9平壁的一维稳态导热单层平壁根据傅立叶定律：若平壁的导热系数不随温度而变化，则：上式经积分可得：传热10多层平壁传热11对于一维稳态导热，在平壁内部没有热量积聚，所以通过各层平壁的热流量应相等，即Q1＝Q2＝Q3＝Q由数学加合性可得：多层平壁的稳态导热是一个串联导热过程，其总推动力等于各层推动力之和，总热阻等于各层热阻之和。传热

6、12单层圆筒壁Qt2t1r1rr2drL传热13对数平均传热面积传热14注意：1、在工程计算中，当S2/S1≤2时，Sm可用算术平均值代替，其误差＜4%。在一般工程计算中是允许的。2、在稳定导热时，通过圆筒壁的热流量Q沿途不变，而热流密度q则随着r的增大减少。传热15r1r2r3r4t1t2t3t4多层圆筒壁对于圆筒壁的稳定热传导，通过各层的热传导速率都是相同的，但是热流密度却不相等。传热16传热17传热18传热19传热20传热213.3对流传热对流传热的机理流体与壁面的给热包括流体的对流和导热对流传热的热阻主要集中在

7、流体靠近壁面的层流底层流体的主体因涡流存在质点的混合使温度趋于一致传热22温度距离TTwtwt热流体冷流体传热壁面湍流主体湍流主体传热壁面层流底层层流底层传热方向传热过程高温流体湍流主体壁面两侧层流底层湍流主体低温流体不同区域的传热特性：传热边界层：温度边界层。温度梯度较大的区域。传热的热阻主要在传热边界层内的层流底层中。对流传热示意图湍流主体对流传热温度分布均匀层流底层导热温度梯度大壁面导热(导热系数较流体大)有温度梯度传热23牛顿冷却定律仿照傅立叶定律，对流传热速率也可写成推动力与阻力的比值对热流体而言：对冷流体而

8、言：上两式也称为牛顿冷却定律传热241、流体的状态：是否有相变。有相变时对流传热系数比无相变化时大的多；2、流体的物理性质：密度р、比热cp、导热系数λ、粘度μ等；3、流体的运动状况：层流、过渡流或湍流；4、流体对流的状况：自然对流，强制对流；5、传热表面的形状、位置及大小：如管、板、管束、排列方式、垂直或水平放置等。影响对流传热