化工原理第二章传热

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1、第二章传热▼第一节概述▼第二节热传导▼第三节对流传热▼第四节两流体间传热过程的计算一.传热的三种基本方式物体内部或物系之间，只要存在温度差，就会发生从高温处向低温处的热量传递。1.热传导：物体内部或两个直接接触的物体之间若存在温度差，热量从高温部分向低温部分传递。固体为主，分子等的微观振动。2.对流:冷、热不同部位的流体质点进行宏观移动和混合，将热量从高温处传递到低温处的现象。流体为主3.热辐射:物体因本身的温度的原因激发产生的电磁波，向空间传播。高温物体为主。第一节概述二.两流体通过间壁换热与传热速率方程式T2冷流体t1t2热流体

2、T11.间壁换热器2.传热速率Q：是指单位时间内在通过传热面积的热量。单位:W热流密度（或热通量）q：用单位时间内通过单位传热面积上的热量。单位：W/m23.稳态传热和非稳态传热若传热系统中各点的温度不随时间变化，则这种传热过程称为稳定传热。稳定传热的特点是通过某传热表面的传热速率为常量。T热流体内壁外壁冷流体对流传导对流4.两流体间壁的传热过程K：总传热系数单位W/(m2·K)或W/（m2·℃）△tm：平均温度差，oC5.传热速率方程式第二节热传导一.傅立叶定律1.温度场：某瞬间空间所有点的温度分布温度梯度：温度随距离的变化程度以

3、沿与等温面垂直的方向（即法向方向）为最大。xt1t2x1x22.傅立叶定律热传导的基本定律，表示传导的热流量和温度梯度以及垂直于热流方向的截面积成正比。：热导率单位w/(m﹒oC)；w/(m﹒k)二.热导率一般来说，金属的热导率最大，非金属固体次之，液体较小，气体最小。表2-1各类物质热导率大致范围b：平均壁厚，m△t：温度差，oC；三.平壁的稳态热传导1.单层平壁的稳态热传导2.多层平壁的稳态热传导例2-2燃烧炉的平壁由三种材料构成。最内层为耐火砖，厚度为150mm，l1＝1.05W/（m·℃）；中间层为绝热砖，厚度为290mm

4、，l2＝0.15W/（m·℃）；最外层为普通砖，厚度为228mm，l3＝0.81W/（m·℃）。已知炉内、外壁表面温度分别为1016℃和34℃，试求耐火砖和绝热砖间以及绝热砖和普通砖间界面的温度。假设各层接触良好。l四.圆筒壁的稳态热传导1.单层圆筒壁的稳态热传导与单层平壁相类似的计算式称为对数平均面积。当，可用算术平均值近似计算。或对数平均半径计算，当时，可用近似计算。2.多层圆筒壁的稳态热传导三层圆筒壁为例例2-4在一60mm3.5mm的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉。平均热导率l=0.07W/(m·℃）外

5、层为20mm的石棉层，其平均热导率l=0.15W/(m·℃）现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁的热导率l=45W/（m·℃）。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。第三节对流传热一.对流传热速率方程对流传热速率方程：对流传热系数单位W/（m2.K）或W/（m2.℃）二.影响因数1.流体的物理性质2.流体的对流起因3.流体流动状态4.流体的相态变化5.传热面的形状、相对位置与尺寸三.对流传热的特征数关系式四.流体无相变时对流传热系数的经验关联式——流体在管内强制湍流流体被加热n=0.4流体被加热n

6、=0.31.蒸气冷凝时的对流传热（1）膜状冷凝冷凝液很好的润湿壁面，在壁面上形成一层连续的液膜。液膜在重力作用下沿壁面向下流动，越往下液膜越厚。附着力大于表面张力。（2）滴状冷凝由于冷凝壁面上存在着一些油类物质，或蒸汽中混有油类或脂类物质，使冷凝液不能全部润湿壁面。冷凝液在壁面上聚集成许多分散的液滴，沿冷凝液面，使蒸汽能在壁面上冷凝。五.流体有相变时对流传热2.液体沸腾时的对流传热∆t=tW-tS0.1100101.01000D第四节两流体间传热过程的计算一.热量衡算1.热流体放出的热流量=冷流体吸收的热流量Q--单位时间冷流体的吸

7、热或热流体的放热Wqm1、qm2---热、冷流体的质量流量,kg/sh1、h2----冷流体进、出口的比焓,J/kgH1、H2----热流体进、出口的比焓,J/kg2.无相变化传热过程取平均温度下的比热Cp1、Cp2---热、冷流体的平均定压比热容J/(kg·K)或J/(kg·℃)，通常视为常数T1、T2--热流体的进、出口温度,K或℃t1、t2----冷流体的进、出口温度,K或℃3.有相变化传热过程r----饱和蒸汽的比汽化热，J/kg例2-5计算压力为160kPa，流量为1500kg/h的饱和水蒸气冷凝后并降至50℃时所放出的热

8、量？二.传热平均温度差T冷流体tt热流体T1.恒温传热2.变温传热(1).一侧变温传热tT1T2t1t2T(2).两侧变温传热逆流并流对数平均温度差逆流并流当一侧流体变温时：当两侧流体变温时：当时，可用算术平均值代替对数平均值，即例2