第四章 传热（精选）.ppt

本章学****要求
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;  
理解辐射传热的基本概念及基本定律,掌握运用辐射网络单元法进行辐射传热过程的计算;
掌握列管式换热器的选型;
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
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传热
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 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,且热量是从高温物体向低温物体传递。
传热速率 热流量Q :单位时间内传过传热面上的热量,W
热流密度(热通量)q :单位时间内传过单位传热面积上的
热,W/m2
q=Q/S
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传热
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,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。
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传热
传热过程中流体的接触方式
直接接触式
畜热式
间壁式
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传热
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。
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传热
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:
Q
ət/əx
t+△t
t
t-△t
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传热
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。
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传热
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>λ气体,具体的数值查有关手册。
1、固体λ=λ0(1+αt)
(1)温度升高, λ金属减小,而λ非金属增大
(2)λ纯金属> λ合金
2、液体(1)温度升高, λ液态金属减小,而λ非金属液体略微减小
(2)一般λ液态金属> λ非金属液体
λ纯液体> λ混合液
3、气体温度升高, λ气体增大
导热计算中λ应取平均值,大多数情况下λ的平均值为平均温度下的λ的值
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传热
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:
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传热
多层平壁
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传热