化工原理第四章 传热ppt课件.ppt

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1、第四章传热4.1化工生产传热过程及常见换热器4.2热传导4.3对流传热4.4传热过程的计算4.5换热器的选择及传热过程的强化重点：①单层、多层平壁，圆筒壁热传导速率方程及应用；②换热器能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算；③对流传热系数的影响因素；难点：1.对流传热机理;2.圆筒壁换热器的传热；4.1概述4.1.1传热基本方式4.1.2冷热流体热交换的方式4.1.3典型的间壁式换热器4.1.4传热速率和热通量4.1.5稳态传热和非稳态传热传热过程：系统内温度的差异使热量从高温向低温转移的过程。①强化传热过程②削弱传

2、热过程化工生产对传热的要求化工生产中的传热过程由于物质的分子、原子或电子的运动，使热量从物体内高温处向低温处的传递过程。导热条件：温度差特点：不依靠宏观混合运动；在气体、液体、固体中都能发生；4.1.1传热基本方式一、热传导（导热）流体各部分之间发生相对位移而引起的热传递特点：仅发生在流体中；质点的相对位移；二、热对流（对流传热）强制对流：由于泵、风机等外力作用而引起的流体流动称为强制对流，在强制对流情况下进行热量传递过程称为强制对流传热自然对流：由于流体各部分温度的不均而形成了密度的差异使流体发生相对运动而传热，这种过

3、程称为自然对流传热习惯上把流体与固体壁面间的传热，统称为对流传热，又称给热。化工传热过程中的实际情况流体流过固体表面时发生对流和热传导联合作用的传热过程物体受热引起内部原子激发，将热能转变为辐射能以电磁波形式向周围发射，当遇到另一个能吸收辐射能的物体时，辐射能部分或全部被吸收又重新变为热能。物体受热而发出辐射能的过程称为热辐射特点：热辐射不需要任何介质作媒介，即可在真空中传播。三、热辐射（辐射传热）4.1.2冷热流体热交换的方式1.直接接触式换热2.蓄热式换热3.间壁式换热4.1.3典型的间壁式换热器热对流---热传导-

4、--热对流套管式换热器内管外管单程列管式换热器流体流经管束称为管程，该流体称为管程流体流体流经管间环隙称为壳程，该流体称为壳程流体双程列管式换热器管程流体在管束内来回流过几次，就称为与次数相同程数的换热器传热速率(热流量)Q:单位时间内通过传热面的热量,W4.1.4传热速率和热通量热通量(传热速度)ｑ:单位传热面积的传热速率,W/m24.1.5稳态传热和非稳态传热稳态传热：传热系统中不积累能量的传热过程特点：温度分布不随时间而变，传热速率常量非稳态传热：传热系统中，温度分布随时间而变传热过程为非稳态传热，传热速率不为常量

5、4.1.6载热体及其选择加热剂（加热介质）：起加热作用的载流体冷却剂（冷却介质）：起冷却作用的载热体载热体：物料在换热器内被加热或冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热量，此种流体称为载热体工业中常用的加热剂和冷却剂P210表4-14.2热传导4.2.1热传导基本概念和定律4.2.2导热系数4.2.3通过平壁的热传导4.2.4通过圆筒壁的热传导4.2.1热传导基本概念和定律一、温度场和温度梯度温度场:任一瞬间物体内各点温度分布的总和非稳态温度场：温度场内各点的温度随时间而变稳态温度场：温度场内各点的温度不随时间而变物体

6、内任一点温度为该点位置与时间的函数稳态一维温度场：稳态温度场中，物体内的温度仅沿一个坐标方向发生变化等温面：同一时刻下相同温度各点所组成的面温度不同的等温面彼此不相交；沿等温面无热量传递，沿与等温面相交的任何方向有热量传递温度梯度：两相邻等温面的温度差与该两面的垂直距离比值的极限稳态一维温度场“-”表示导热方向总是和温度梯度方向相反导热速率与温度梯度及传热面积成正比二、傅立叶定律λ：单位温度梯度下的热通量金属>非金属固体>液体>气体4.2.2导热系数表征物质导热能力的大小，λ越大，导热越快一、单层平壁的稳态热传导①S»b

7、;②λ=cons.;③t1>t2,不随时间变化4.2.3通过平壁的稳态热传导Q、S=const.假设条件导热距离越大，传热面积和导热系数越小，热阻越大例题：某平壁厚度为０.３７m，平壁内表面温度为1６５0℃，外表面温度为300℃，平壁材料导热系数与温度的关系为若将导热系数分别按常量和变量计算，试求导热热通量和平壁内的温度分布设壁厚x处的温度为t温度和距离呈直线关系（１）导热系数按常量计算设壁厚x处的温度为t温度分布为曲线（２）导热系数按变量计算☺将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的，而温度分布不同．工程中

8、计算热通量时，可取平均温度下导热系数，将导热系数按常量处理二、多层平壁的稳态热传导第一层第二层第三层t1t2t3t4b1b2b3假设层与层间接触良好，相接触的两表面温度相同n层平壁例4-2结论：热传导中温度差与热阻成正比4.2.4通过圆筒壁的稳态热传导一、单层圆筒壁的热传导圆筒壁热传导速率方程式写成与平壁热传导速率方