环境工程原理 第四章 热量传递.ppt

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1、专题4：热量传递环境工程原理第一节热量传递的方式第二节换热器本章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、辐射传热本节的主要内容传热是极普遍的过程：凡是有温差存在的地方，就必然有热量传递。第一节热量传递的方式大家讨论下，生活中有哪些传热的例子？在环境工程中，很多过程涉及加热和冷却：对水或污泥进行加热；对管道及反应器进行保温以减少系统的热量散失；在冷却操作中移出热量。第一节热量传递的方式环境工程中涉及的传热过程主要有两种情况：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

2、设备和管道的保温，以减少热量损失。传热速率问题根据传热机理的不同，热的传递主要有三种方式：热传导对流传热辐射传热通过微观粒子的分子、原子和电子的热运动而产生的传热。由于流体的宏观运动。流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程，仅发生在液体和气体中。通常认为是流体与固体壁面之间的热传递过程。物体由于热的原因而发出辐射能的过程。物体各部分之间无宏观运动。第一节热量传递的方式在气态、液态和固态物质中都可以发生，但传递的方式和机理是不同的。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

3、格振动和自由电子的迁移；液体的结构介于气体和固体之间，分子可作幅度不大的位移，热量的传递既由于分子的振动，又依靠分子间的相互碰撞。机理：通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程。条件：物体各部分之间无宏观运动。热传导概念：导热物质在单位面积、单位温度梯度下的导热速率。表明物质导热性强弱即导热能力的大小是物质的物理性质，与物质的种类、温度和压力有关。不同物质的导热系数差异较大热传导导热系数（1）气体的导热系数随温度升高而增高，近似与绝对温度的平方根成正比。一般情况下，压力对其影响不大，但在高

4、压（高于200MPa）或低压（低于2.7kPa）下，气体的导热系数随压力的升高而增大。气体的导热系数热传导液体的导热系数水甘油热传导（2）液体的导热系数随温度升高而略减小（水、甘油例外）压力对其影响不大。经验公式：16T[W·(m·k)-1][W·(m·k)-1]（3）固体的导热系数影响因素较多纯金属的导热系数随温度升高而减小；合金却相反，随温度上升而增大。晶体的导热系数随温度的升高而减小，非晶体则相反。热传导固体的导热系数金属液体隔热材料气体金属50～415W/(m·K)，合金12～120W/(m·K)0.03～0

5、.17W/(m·K）0.17～0.7W/(m·K)0.007～0.17W/(m·K)氢水水是工程上最常用的导热介质换热壁面材料多孔材料作为保温材料保温材料受潮后隔热性能将大幅度下降——防潮（二）工程中常用材料的导热系数热传导（1）在液体中，水的导热系数最大，20℃时为0.6W／(m·K)。因此，水是工程上最常用的导热介质。（3）非金属中，石墨的导热系数最高，可达100～200W／（m·K），高于一般金属；同时，由于其具有耐腐蚀性能，因此石墨是制作耐腐蚀换热器的理想材料。水比空气的导热系数大得多，隔热材料受潮后其隔热性

6、能将大幅度下降。因此，露天保温管道必须注意防潮。（2）气体的导热系数很小，对导热不利，但利于绝热、保温。工业上常用多孔材料作为保温材料，就是利用了空隙中存在的气体，使导热系数变小。热传导传导距离越大，传热壁面和导热系数越小，则传热热阻越大传热速率=温差（传热的推动力）热阻（传热阻力）第二节热传导温差为传热的推动力。传热热阻，K/W单位传热面积的传热热阻，m2·K/W温度差传热速率W热通量W/m2流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程对流传热仅发生在流体中对流与热传导的区别：流体质点的相对位移（1）流动对传热的贡献

7、搅拌杯中热水人站在冷风里在高温的夏季里，打开电扇流体流动使对流传热速率加快——加快热水冷却——与站在背风的地方相比感觉要冷得多——人会感到凉快电扇风速越大，感觉愈凉快些对流传热对流换热指流体流过与其温度不同的固体壁面时流体与壁面之间的热量交换对流换热过程是热传导与对流联合作用的结果。（2）对流换热过程第三节对流传热列管式换热器工程中常见的对流换热过程——间壁式换热器的换热过程流体的热交换热交换器（换热器）套管式换热器第三节对流传热（3）间壁式换热器热量传递过程：（1）热量由热流体传给固体壁面（2）热量由壁面的热侧传到

8、冷侧（3）热量由壁面的冷侧传到冷流体对流传热对流传热导热对流对流导热第三节对流传热强制对流传热流体在外加能量的作用下处于流动状态自然对流传热流体由于内部温度差产生密度差而流动套管式换热器（4）对流传热问题的分类暖气片第三节对流传热（1）物性特征（2）几何特征（3）流动特征固体壁面的形状、尺度、方位、粗糙度、是否处于管道进口段以及是弯管还是直管等