化工原理 传热.pdf

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1、1 第四章传热u本章的重点和难点ª掌握通过平壁及圆筒壁的热传导计算；ª掌握牛顿冷却定律及影响对流传热系数的因素；ª掌握传热速率方程，并运用平均温差法进行传热过程的计算；ª掌握辐射传热的基本概念及基本定律；ª了解换热器的分类、各类换热器的特点及强化传热的途径；传热传热2 第一节概述Ø热量传递的基本方式l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。l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

2、好）。l（热）辐射：辐射传热，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。传热传热3 Ø研究传热目的：强化传热过程；削弱传热过程Ø传热的几个基本概念u传热推动力和热量传递方向u传热速率Q和热流密度q u稳态传热与非稳态传热传热传热4 Ø传热过程中流体的接触方式l直接接触式传热传热5 混合式换热器：冷、热流体介质直接接触，相互混合实现换热。特点：直接接触混合；传热传质同时进行；要求冷热流体互不相溶、易分离。应用：电站冷却塔、喷淋室、化工洗涤塔等。传热传热6 l蓄热式低温流体优点：•结构较简单•耐高温缺点：•设备体积大•有一定程度的混合高温

3、流体传热传热7 §蓄热式换热器：冷、热流体介质交替流过换热表面而实现换热。§特点：冷热流体交替流过；传热过程非稳态；一般气体介质。§应用：空气分离器、高炉、平炉等用来预热、预冷空气。传热传热8 间壁式换热器：冷、热流体介质由壁面隔开，通过间壁实现换热。特点：冷热流体互不接触；按照流动方向分为顺流、逆流和交叉流。分类：套管式、管壳式、交叉流式、板式、螺旋板式等传热传热9 套管换热器热流体T 1冷流体t 1t 2T 2传热面为内管壁的表面积传热传热10传热传热11第二节热传导Ø基本概念l温度场任一时间，物体（或空间）各点处温度的分布状况。l等温面和等温线空间任一点在某一瞬间不能同时

4、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）。l温度梯度一个向量，与热流方向恰好相反。Ø沿等温面将无热量传递；Ø沿和等温面相交的任何方向，有热量的传递Ø与等温面垂直方向的温度梯度最大。传热传热12对于一维温度场，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：t+△ttt△tt(x+Dx, t)-t (x, t)Dxә t/әx nQ dA t ( x +Dx , t) -t ( x , t) ¶t gradt =lim =Dx®0Dx ¶x 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。传热

5、传热13Ø傅立叶定律¶t dt Q=-lA 一维稳态导热-lA ¶n dx上式即为导热基本方程式，也称为傅立叶定律，表示传导的热流密度与传热面的法向温度梯度成正比，而热流方向却与温度梯度相反。其中λ是比例系数，称热导率。传热传热14Ø热导率λ表征物体导热能力的物理量，数值越大导热能力越强。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>λ>λ>λ金属非金属液体气体温度升高:λ减小（纯金属的比合金的导热系数大得多）、金属λ增大非金属λ略有减小（除水和甘油外，且非金属液体中水的最大）、液体λ增大（绝对值很小，常用来保温）气体λ=λ0 (1+αt)传热传热15Ø平壁的一

6、维稳态导热l单层平壁根据傅立叶定律：dt Q=-lA dx若平壁的导热系数不随温度而变化，则：dtQ =-=常数dxlA 上式经积分可得：lQ=A( t-t) 12d( t-t) △t推动力Q△t△t推动力Q=12==q====dR热阻AdR¢单位面积热阻lAl传热传热16l多层平壁t-t△t1 2 1 Q==1d1 R1 lA1 t-t△t2 3 2 Q==2d2 R2 lA2 t -t △t 343Q ==3d3R 3lA 3传热传热17对于稳态导热，在平壁内部没有热量积聚，通过各层平壁的热流量相等，即Q ＝Q ＝Q ＝Q t1 2 3 1t2t3△t △t △t △t +

7、△t +△t Q=1=2=3=123t4R R R R +R +R 123123S△t 总推动力==SR 总阻力ttt123t4Q=t 1-t n+1=△t i Q t 1-t n +1 △t i ndq==n =ådi i Adi di åi =1li A li A i i =1 li li 传热传热18例某平壁厚度b=0.37m，内表面温度t=1650℃，外表面温1 度t=300℃，平壁材料导热系数λ=0.815+0.00076t，W/ 2 （m∙℃）。若将导热系数分别按常量（取平均导热