环境工程原理第四章 热量传递课件.ppt

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1、第一节热量传递的方式第二节热传导第三节对流传热第四节辐射传热第五节换热器主要内容第四章热量传递第一节热量传递的方式一、热传导二、对流传热三、辐射传热主要内容一、传热在环境工程中的应用传热：凡有温差存在的地方，必然有热量的传递。1、环境工程中的传热一些单元操作过程，如污泥及有机废水厌氧消化、热电厂烟气冷却等，需要按一定速率向设备输入或输出热量。高温或低温下操作的设备，要求对管道及反应器进行保温以减少系统的热量散失。废热的合理利用与回收。2、环境工程中传热过程的两种情况强化传热过程，如各种热交换设备中的传热；削弱传热过程，如对设备和管道的保温，减少热量损失。传热速率问题二、热源和冷

2、源2）饱和水蒸气：冷凝温度和压强有一一对应关系，调节饱和水蒸汽压强可控制加热温度，使用方便，且饱和蒸汽冷凝过程的传热速率快。缺点：饱和水蒸气冷凝传热能达到的温度受压强的限制。1、热源1）电热：加热能达到的温度范围广，便于控制，使用方便，清洁，但费用较高。3）烟道气：温度可达700℃以上，可将物料加热到较高温度。缺点：传热速度慢，温度不易控制。4）高温载热体：沸点高（饱和蒸汽压低），化学性质稳定。2、冷源一般用水、空气、冷冻盐水、液氨(-33.4℃)等作为冷源。三、传热的三种基本方式1、热传导特点：物体各部分间无宏观运动2、对流传热特点：对流只能发生在液体和气体中，通常认为是流体与固体壁面

3、之间的热传递过程。强制对流自然对流依靠机械(泵、风机、搅拌等)施加外力使流体发生对流而传热。由于温差而引起密度差，在浮力作用下，流体发生对流而传热物体中由于分子(原子和电子)振动、与相邻分子发生碰撞而将热量从高温传向低温的传递方式。流体中由于质点发生相对位移而引起的热量传递。3、辐射传热特点：辐射传热不仅是能量的传递，还伴随着能量的转化。不需要任何介质作媒介，可以在真空中传播。以电磁波形式发出辐射能的过程。传热过程的基本问题⑴载热体用量的确定；⑵设计新的换热器；⑶核算现有换热器的传热性能；⑷强化或削弱传热的方法。热量恒算忽略过程热损失传热速率传热速率(热流量)Q：单位时间内交换的热量(W

4、)—传热基本方程式传热通量(热流密度)q：单位时间单位传热面积传递的热量(W/m2)K—总传热系数，W/(m2·K)解决这些问题需要两个基本关系式第一节热量传递的方式(1)什么是热传导？(2)什么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和自然对流传热的实例。(3)简述辐射传热的过程及其特点。(4)试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空气处于流动状态。(5)若冬季和夏季的室温均为18℃，人对冷暖的感觉是否相同？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？思考题一、傅立叶定律二、导热系数三、通过平壁的稳定热传导四、通过圆管壁的稳定热传导主要内容第二节热传导热传导在气态、液态和固态物质中都可以发生，但传

5、递的方式和机理不同。气体热量传递是气体分子作不规则热运动时相互碰撞的结果；固体以两种方式传递热量:晶格振动和自由电子迁移；液体的分子结构介于气体和固体之间，分子可作幅度不大的位移，热量的传递既依靠分子的振动，又依靠分子间的相互碰撞。一、基本概念和傅立叶定律1、温度场和等温面(1)温度场：某一时刻物体或系统中各点温度的分布数学表达式为：t=f(x,y,z,θ)从时间上：稳定温度场t=f(x,y,z)，温度不随t而变；不稳定温度场t=f(x,y,z,θ)，温度随t而变。温度场为位置和时间的函数，从位置上：三维温度场：t=f(x,y,z,θ)一维温度场：t=f(x,θ)t1T2t1>t2

6、等温面Q（2）等温面：温度场中温度相同的点所组成的面稳定、一维温度场t＝f(x)2、温度梯度：两等温面间的温度差t与其垂直距离n之比，在n趋于0的极限(即温度场内某一点等温面法线方向温度的变化率)用gradt表示。QdAt+Δtt－Δttn圆柱平壁圆球t1T2t1>t2等温面Q温度梯度与热流方向关系3、傅立叶定律温度梯度是向量，沿等温面垂直方向，指向温度增加的方向，与传热反向。某一微元的热传导速率(单位时间内传导的热量)与该微元等温面的温度梯度及该微元的导热面积成正比。一维稳定温度场，温度梯度可表示为：dQ──传热速率，W或J/s；dA──导热面积，m2；t/n──温度梯度，℃

7、/m或K/m；热量传递的推动力──导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。负号表示热流方向与温度梯度方向相反(即热量向温度降低方向传递)。傅立叶定律的表达式用热通量表示：一维y轴方向热通量：变换：导温系数，或称热量扩散系数，m2/s，反映温度变化在物体中的传播能力热量浓度，J/m3令不同物质的差异较大，要强化传热，选用大的材料；要削弱传热，选用小的材料。二、导热系数1、定义：导热物质在单位温度梯度下的热通量物理意义：表示物质