大学化工原理第四章 传热.ppt

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1、第四章传热教学要求§4-1概述§4-2热传导§4-3对流传热概述§4-4对流传热系数关联式§4-5传热计算§4-6辐射传热§4-7换热器复习教学要求重点：传热基本方程式的应用；对流传热系数的影响因素及计算。覆盖内容：传热的基本方式及特点；定常传热及非定常传热的概念；傅立叶定律，一维定常导热的计算（平壁圆筒壁及球壁）；导热系数及其影响因素；对流传热过程分析，牛顿冷却定律，传热基本方程式及其应用（传热速率、平均温差、传热系数、污垢热阻和控制热阻）；热效率与传热单元数的概念及计算；对流传热的主要影响因素，对流传热系数准数关联式（熟练掌握管内强制湍流对流传热系数），壁

2、温估算；辐射传热的基本概念，黑体、白体（镜体）、透热体和灰体，普郎克定律，斯蒂芬-波尔茨曼定律，克希霍夫定律，两物体间的辐射传热速率计算，角系数的概念，热损失的计算；常用换热器的结构特点，换热器设计原则、步骤。材料与化学工程系化学工程教研室2化工原理传热§4-1概述热力学传热传热学目的：强化传热过程削弱传热过程分类：间歇传热连续传热按连续性按与时间的关系非稳态传热：传热速率常数，稳态传热：传热速率=常数，材料与化学工程系化学工程教研室3化工原理传热§4-1概述§4-1-1传热的基本方式一热传导微观粒子的热运动→热量传递特点：物质的各部分之间无相对移动相互接触

3、的物质之间和物体内部——固体。二热对流对流传热分类：自然对流强制对流三热辐射特点：能量传递与能量形式转换不需要任何介质热→电磁波→热量传递辐射传热材料与化学工程系化学工程教研室4化工原理传热§4-1概述§4-1-2传热过程中热、冷流体热交换方式一直接接触式换热和混合式换热器传热效果好，设备结构简单，但物料混合。二蓄热式换热和蓄热器蓄热→放热→蓄热→放热→……三间壁式换热和间壁式换热器套管式换热器列管式换热器：固定管板式(结构图）、浮头式、U型管式蛇管换热器:沉浸式、喷淋式传热面积（S0、Si、Sm:m2)传热速率(Q:W）热通量（q:w.m-2)只有热量传递夹

4、套式材料与化学工程系化学工程教研室5化工原理传热§4-1概述单程列管式换热器1—外壳2—管束3、4—接管5—封头6—管板7—挡板双程列管式换热器1—壳体2—管束3—挡板4—隔板材料与化学工程系化学工程教研室6化工原理传热§4-1概述§4-1-3栽热体及其选择一概念工艺流体载热体(加热剂或加热介质、冷却剂或泠却介质)二载热体的选择原则：温度易于调节饱和蒸汽压较低，加热时不易分解毒性小，不易燃、易爆、不易腐蚀设备价格便宜三工业上常用的载热体加热剂：热水、饱和蒸气、矿物油、联苯混合物、熔盐及烟道气冷却剂：水、空气和各种冷冻剂材料与化学工程系化学工程教研室7化工原理传

5、热§4-2热传导§4-2-1基本概念和傅立叶定律一温度场和温度梯度温度场当定态温度场定态一维温度场等温面特点：两等温面不相交；同一等温面上各点间无热量传递。材料与化学工程系化学工程教研室8化工原理传热§4-2热传导温度梯度：一维温度场二傅立叶(Fourier)定律负号表示热流方向与温度梯度方向相反导热系数§4-2-2导热系数一定义：导电固体>非导电固体，液体>气体材料与化学工程系化学工程教研室9化工原理传热§4-2热传导二固体的导热系数0℃时的导热系数温度系数，对大多数金属材料，为负值；对大多数非金属材料为正值。三液体的导热系数λ金属>λ非金属金属：T

6、↑λ↓非金属：T↑λ↓（水、甘油除外）四气体的导热系数§4-2-2平壁的热传导一单层平壁的热传导◆假设：一维稳态温度场，λ为常数，边缘处无热损失材料与化学工程系化学工程教研室10化工原理传热§4-2热传导◆温度分布∑输入-∑输出+产生=积累材料与化学工程系化学工程教研室11化工原理传热§4-2热传导◆传热速率热通量与传热方向的距离无关温差推动力平壁热阻二多层平壁的热传导假设：接触良好，接触温度相等多层平壁的热传导特点：Q=?;q=?材料与化学工程系化学工程教研室12化工原理传热§4-2热传导§4-2-3圆筒壁的热传导一单层圆筒壁◆温度分布假设：轴向无散热微元体

7、：2πrLdr衡算时间：d材料与化学工程系化学工程教研室13化工原理传热§4-2热传导即使为常数，t~r也是非线性关系◆传热速率热通量随半径增大而减小材料与化学工程系化学工程教研室14化工原理传热§4-2热传导二多层圆筒壁的热传导材料与化学工程系化学工程教研室15化工原理传热§4-2热传导影响因素：接触材料的种类及硬度，接触面的粗糙程度，接触面的压紧力，空隙内的流体性质。接触热阻一般通过实验测定或凭经验估计三接触热阻材料与化学工程系化学工程教研室16化工原理传热§4-3对流传热概述对流传热：？？分类对流传热无相变的对流传热强制对流传热自然对流传热有相变的对

8、流传热蒸汽冷凝液体沸腾§4-3-1对流