化工原理课件5 传热.ppt

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1、第五章传热5.1概述其它设备60%传热设备40%在设计时进行合理的优化设计使其在满足工艺要求的条件下投资费用最小；在操作中进行强化传热操作过程，进行最优化操作，对节省传热设备投资，节省能源有着重要的意义。5.1概述5.1.1传热过程的分类5.1.1.1根据冷热两种流体的接触方式（1）直接接触式传热（混合式传热）热水空气填料凉水塔示意图（2）间壁式（间接接触式）传热t2冷流体t1T1热流体T2套管换热器中的换热冷流体t热流体T间壁Q对流给热对流给热导热5.1.1.1根据冷热两种流体的接触方式冷流体t热流体T间壁Q对流给热对流给热导热①热量由热流体靠对流传热传给金属壁的一侧（对流给热）；②热量自

2、管壁一侧以热传导的形式传至另一侧（导热）；③热量以对流传热的方式从壁面的另一侧传给冷流体（对流给热）。（3）蓄热式传热冷流体热流体热流体冷流体固体填充物蓄热器示意图5.1.1.2根据传热的基本原理（1）热传导热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分或传递的与之接触的温度较低的另一物体的过程称为热传导，简称导热。（2）对流传热流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程，只能发生在流体中。流体被冷却时流体被加热时（3）热辐射因热的原因而发出辐射能的过程称为热辐射。以上三种传热方式往往是相互伴随着同时出现。5.1.1.2传热基本概念（1）传热速率单位时间内通过传热面传递的热量Q（W）；（

3、2）热通量单位时间、单位传热面积上传递的热量q（W/m2）；（3）非定态、定态传热过程t=f（x，y，z，θ）温度不仅与空间位置还与时间有关，为非定态传热；t=f（x，y，z）温度只与空间位置有关与时间无关，为定态传热。5.2热传导（导热Conduction）5.2.1傅立叶定律（Flourier’slaw）（1）温度场（Temperaturefield）物体（或空间）各点温度在时空中的分布称为温度场。t=f（x，y，z，θ）（5-2）温度相同的点所组成的面称为等温面。温度不同的等温面不可能相交，为什么？nq图5-1温度梯度与热流方向的关系（2）温度梯度两等温面的温度差Δt与其间的垂直距离Δ

4、n之比在Δn趋于零时的极限，即5.2.1傅立叶定律（Flourier’slaw）（3）傅立叶定律傅立叶定律是用以确定在物体各点间存在温度差时，因热传导而产生的热流大小的定律。单位时间内，单位传热面积上传递的热量即热通量与温度梯度成正比，热导率，W/m•℃传热速率不仅与温度梯度成正比，还与传热面积成正比，即（5-3）5.2.2热导率物理意义：温度梯度为1时，单位时间内通过单位面积的传热量，在数值上等于单位温度梯度下的热通量，λ越大，导热性能越好。（1）固体的热导率纯金属：t↑,λ↓;非金属：ρ↑或t↑,λ↑。λ=λ0（1+αt）式中λ、λ0——固体分别在温度t、273K时的热导率，W/(m•K

5、);α——温度系数，对大多金属材料为负值，大多非金属材料为正值，1/K。5.2.2热导率（2）液体的热导率t↑,λ↓；一般纯液体（水和甘油除外）的热导率比其溶液的热导率大。（3）气体的热导率气体的λ很小，对导热不利，但对保温有利。在相当大的压强范围内，压强对气体的热导率无明显影响。一般情况下气体λ=f(t)，t↑,λ↑。5.2.2热导率固体、液体、气体的热导率的大致范围：λ金属固体>λ非金属固体>λ液体>λ气体金属固体：101~102W/(m•K)；建筑材料：10-1~10W/(m•K)；绝缘材料：10-2~10-1W/(m•K)；液体：10-1W/(m•K)；气体：10-2~10-1W/(

6、m•K)；5.2.3平壁的稳定热传导（1）单层平壁稳定热传导一高度和宽度均很大的平壁，厚度为b，两侧表面温度保持均匀恒定，分别为t1及t2，且t1>t2，若t1、t2不随时间而变，壁内的传热属于沿厚度x方向的一维定态热传导过程（见图5-5）。此时傅立叶定律可写成txxdxt1t2图5-5单层平壁的稳定热传导bQ积分上式5.2.3平壁的稳定热传导传热速率（单位时间通过面积A上的传热量）为：（5-4）b↑或A↓或λ↓，R↑。上式λ为常数，所以平壁内的温度分布为一直线；若导热系数与温度有关，则温度分布又是怎样的？txxdxt1t2t1t2α>0α<05.2.3平壁的稳定热传导（2）多层平壁稳定热传

7、导t2txt1t3t4图5-7多层平壁的热传导应用合比定律，得推广到n层平壁（5-6）5.2.3平壁的稳定热传导从上式可以看出，通过多层壁的定态热传导，传热推动力和热阻是可以加和的；总推动力等于各层推动力之和，总热阻等于各层热阻之和。此式说明，在多层壁导热过程中，哪层热阻大，哪层温差就大；反之，哪层温差大，哪层热阻一定大。（5-6）5.2.3平壁的稳定热传导将上式写成热通量的形式为（5-6）5.2.3圆筒壁的