化工分析第二版课件 教学课件 作者 郭小容 李乐 主编第二章.pptx

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1、第二章传热及传热设备化工原理第二章传热及传热设备传热基本概念31.1热传导的基本概念与能量衡算31.231.431.3计算31.6计算31.5CompanyLogo传热基本方式2.1.1传热速率2.1.22.1传热基本概念2.1.1传热基本方式热传导简称导热，是指直接接触的系统之间或系统内各部分之间没有宏观的相对运动，仅仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而实现热量传递的现象。对流是指流体中各部分质点之间发生宏观相对运动和混合而引起的热量传递过程，即热对流只能发生在流体内部。热辐射简称辐射，是物体因热的原因而产生电磁波在空间的传递现象。2.1.2传热速率传热速率Q是指单

2、位时间内通过一台换热器的传热面或某指定传热面的热量。CompanyLogo热传导基本概念2.2.1傅立叶定律2.2.22.2热传导固体平壁稳态热传导2.2.3固体圆筒壁稳态热传导2.2.42.2.1热传导基本概念1．温度场与等温面如果用直角坐标x、y、z来描述物体内各点的位置，以θ代表时间，t代表温度，那么，在某一瞬间，温度在空间各点分布的综合情况称为温度场。（2-1）2.2.1热传导基本概念在某一瞬间，温度场内温度相同的各点组成的面叫等温面，用任何一平面与等温面相切可得到等温线。2.2.1热传导基本概念2．温度梯度沿着与等温面相交的任何方向都有温度的变化，这种变化在法线方向上

3、距离最短，单位长度的温度变化最大。为了描述这种变化情况，把两相邻等温面之间沿着法线方向的温度差Δt与法向距离Δn之比叫做温度梯度，即（2-1）对于一维稳态温度场，等温线全都垂直于x方向，其温度梯度为（2-2）2.2.2傅里叶定律实验研究结果表明，热能总是朝着温度降低的方向传导，其导热速率的大小与温度梯度以及导热面积成正比，数学表达式为=－（2-6）上式称为傅立叶定律，是热传导的基本定律，式中负号表示热传导的方向与温度梯度的方向相反，即热量朝着温度下降的方向传递。2.2.3固体平壁稳态热传导1.单层平壁热传导2.2.3固体平壁稳态热传导2.多层平壁热传导2.2.3固体平壁稳态热传

4、导表2-1几种常见表面的接触热阻接触面材料粗糙度，μm温度，℃表压强，kPa接触热阻，m2.℃/W不锈钢（磨光），空气2.5490～200300～25000.264～10－3铝（磨光），空气2.541501200～25000.88～10－4铝（磨光），空气0.251501200～25000.18～10－4铜（磨光），空气1.27201200～200000.7～10－52.2.4固体圆筒壁稳态热传导1.单层圆筒壁热传导（2-20）（2-21）2.2.4固体圆筒壁稳态热传导2.多层圆筒壁热传导=2.2.4固体圆筒壁稳态热传导于固体壁的一维稳态热传导的计算问题，虽然有平壁与圆筒壁、单

5、层壁与多层壁之分，但就热传导速率计算式的形式而言，则是完全相同的，即都可采用一般的公式表示之（2-27）CompanyLogo牛顿冷却定律2.3.1无相变对流传热系数计算2.3.2有相变对流传热系数计算2.3.32.3对流传热2.3对流传热2.3.1牛顿冷却定律流体在单位时间内流经管道单位截面的量称为流速。则==（2-29）上式称为牛顿冷却定律，描述了换热器任一截面上的局部对流传热规律。==2.3.1牛顿冷却定律在换热器中，局部对流传热系数随管长而变化，但是在工程计算中，常常使用平均对流传热系数来描述整个换热器内的对流传热情况，此时牛顿冷却定律可以表示为=（2-30）实验表明，

6、影响的主要因素有：（1）流体的种类和相变化的情况（2）流体的物理性质（3）流体的流动状况（4）引起流体流动的原因（5）传热表面的形状、大小及位置情况==2.3.1牛顿冷却定律表2-2准数关联式==准数名称符号及准数式意义努塞尔特准数表示对流传热系数的准数雷诺准数表示流体流动状态和湍动程度对对流传热的影响普兰特准数表示流体物性对对流传热的影响格拉斯霍夫准数表示自然对流对对流传热的影响2.3.2无相变对流传热系数计算一.无相变时流体在管内流动的计算1．流体在圆形直管内作强制湍流（1）低粘度流体可应用迪特斯—贝尔特关联式：（2-33）（2）高粘度流体可应用西德尔—泰特关联式：（2-3

7、4）==2.3.2无相变对流传热系数计算2．流体在圆形直管内作强制湍流流体在圆形直管内层流流动时，应考虑自然对流的影响，情况比较复杂，关联式的误差比湍流时的要大。当管径较小，且流体和壁面的温差不大时，自然对流的影响可以忽略，这时可采用西德尔—泰特关联式：（2-35）==2.3.2无相变对流传热系数计算3．圆形直管内其它情况（1）流体在弯管内作强制对流（2-35）（2）流体在圆形直管中呈过渡流（2-36）（3）流体在短管内作强制对流（2-27）==2.3.2无相变对流传热系数计算4．流体在非圆