《化工原理》 课件

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1、《化工原理》PrinciplesofChemicalEngineering化工原理教研室ChemicalEngineeringTeaching&ResearchSection1第五章传热Chapter5HeatTransfer2概述(Introduction)化工生产的传热问题化学反应：向反应器提供热量或从反应器移走热量；蒸发、蒸馏、干燥：有一定的温度要求，需输入或输出热量；高温或低温管道与设备要求隔热保温，减少热损失；热能的合理利用和废热回收。凡是有温差的地方就有热量传递，传热处处存在。3概述(Intr

2、oduction)传热的三种基本方式一、热传导：依靠物体中微观粒子的热运动，热量从物体内部高温部分传递到低温部分或者相互接触的物体之间由高温物体传递到低温物体的过程，如固体中的传热；特点：单纯的热传导过程中，物体各部分之间不发生相对位移，即没有物质的宏观位移。从微观角度来看，气体、液体、导电固体和非导电固体的导热机理各不相同：气体：气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果。4导电固体：自由电子在晶格间的运动；良好的导电体中有相当多的自由电子在晶格之间运动，正如这些自由电子能传导电能一样，它们也能将热能从高温

3、处传到低温处。非导电固体：非导电体导热是通过晶格结构的振动来实现的液体：存在两种不同的观点，类似于气体和非导电固体。二、对流：流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程，对流只能发生在流体中。通常把传热固体表面与接触流体的传热也称为对流给热，简称给热。自然对流：静止流体内部由于温度不同、密度不同，造成流体内部发生对流而传热。强制对流：流体在外力的强制作用下运动而发生的对流。5三、辐射传热：以电磁波传递能量的现象。物体会因各种原因发射出辐射能热辐射：物体因热的原因发出辐射能的过程，高温物体把热能转变成辐

4、射能，以电磁波的形式进行传热现象。任何物体能以电磁波的形式把热能辐射出来，也能把其他物体辐射的电磁波吸收并转变成热能。特点：热辐射既是能量的转移，又伴有能量形式的转化。此外，辐射能可以在真空中传播，不需要任何物质作媒介。高温下，辐射传热是主要传热方式。6一、温度场和等温面温度场：某一时刻，物体（或空间）各点的温度分布热传导t──某点的温度，℃；x,y,z──某点的坐标；──时间。不稳定温度场：各点的温度随时间而改变的温度场。稳定温度场：任一点的温度均不随时间而改变的温度场。7等温面：在同一时刻，温度场中

5、所有温度相同的点组成的面。不同温度的等温面不相交。t1t2t1>t2等温面Q任意点不能同时有两个温度8二、温度梯度温度梯度：两等温面的温度差t与其间的垂直距离n之比，在n趋于零时的极限（表示温度场内某一点沿等温面法线方向上的温度变化率）。温度梯度与热流方向的关系nQdAtt-tt+t偏导数的意义：不同等温面间的导热，只考虑其沿法线方向的温度差。温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，温度增加方向为正。9dQ──热传导速率，W或J/s；dA──导热面积，m2；t/n──温度梯度，℃/m或K/m；λ

6、──热导率，表征材料导热性能的物性参数，越大，导热性能越好，W/(m·℃)三、傅立叶定律热传导速率（单位时间内传导的热量）与温度梯度及垂直于法向的导热面积成正比。用热通量来表示：一维稳态热传导：10四、热导率热导率定义由傅立叶定律给出：物理意义：温度梯度为1时，单位时间内通过单位传热面积的热通量；数值上等于单位温度梯度下的热通量，，导热性能越好。从强化传热来看，选用大的材料；相反要削弱传热，选用小的材料。与分子运动和分子间相互作用力有关，是物质导热能力的表征；数值大小取决于物质的结构及组成、温度和

7、压力等因素。11（1）固体纯金属，，纯金属λ比合金的λ大。非金属，，同样温度下，越大，越大在一定温度范围内（温度变化不太大），大多数均质固体λ与t呈直线关系，可表示为：（2）液体:金属液体和非金属液体金属液体导热系数较高，非金属液体较低，非金属中，水的导热系数最大。绝大多数液体，T增λ减。一般来说，λ纯液体＞λ溶液。12λ(金属固体)>λ(非金属固体)>λ(液体)>λ(气体)λ的大概范围：(金属固体101～102W/(m·K))(建筑材料10-1～100W/(m·K))(绝缘材料10-2～10-1W/(

8、m·K))(液体10-1W/(m·K))(气体10-2～10-1W/(m·K))（3）气体气体不利于导热，但可用来保温或隔热。固体绝热材料的热导率之所以小，因为其结构呈纤维状或多孔，其空隙率很大，孔隙中含有大量空气的缘故。13五、平壁的稳定热传导（一）单层平壁的稳定热传导假设：平壁内温度只沿x方向变化，y和z方向上无温度变化，是一维温度场。(2)各点的温度不随时间而变，稳定的温度场。一维稳定的温度场：若对边界条件积分：若不随