河南城建学院化工原理期末复习题第四章传热.ppt

2019/7/16,1,第一节 概述,热传导 （导热）,对流传热,辐射传热,传热有三种方式：(举例电热炉烧水),机理：,相互接触的物质之间 静止的物质内部 层流流动的物质内部,发生在,管内层流,热量入,对流传热系数或给热系数，W/m2K,气体-靠分子或原子的无规则若运动； 固体-金属靠自由电子，非金属靠晶格的震动 液体-两种观点（见教材）,导热,导热,自然对流,化工原理,2019/7/16,2,一、傅立叶定律,温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。,（一）温度场和等温面,非稳态温度场,稳态温度场,等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点 组成的面。,第二节 热传导,不同温度的等温面不相交。,化工原理,2019/7/16,3,（二）温度梯度,方向：法线方向，以温度增加的方向为正。,化工原理,2019/7/16,4,（三）傅立叶定律,式中 dQ 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； 导热系数，W/(m)或W/(mK)。,负号表示传热方向与温度梯度方向相反,化工原理,2019/7/16,5,二、热导率,在数值上等于单位温度梯度下的热通量, = f(结构, 组成, 密度, 温度, 压力）,金属固体 非金属固体 液体 气体,表征材料导热性能的物性参数,化工原理,2019/7/16,6,1.固体热导率,金属材料 10102 W/(mK) 建筑材料 10-110 W/(mK) 绝热材料 10-210-1 W/(mK),在一定温度范围内：,对大多数金属材料a 0 ， t ,化工原理,2019/7/16,7,2.液体热导率,金属液体较高，非金属液体低； 非金属液体水的最大； 水和甘油：t ， 其它液体：t ，,0.090.6 W/(mK),化工原理,2019/7/16,8,3.气体热导率,t ， 一般情况下，随p的变化可忽略； 气体不利于导热，有利于保温或隔热。,0.0060.4 W/(mK),化工原理,2019/7/16,9,三、平壁的稳态热传导,（一）单层平壁热传导,假设： 材料均匀，为常数； 一维温度场，t沿x变化； A/b很大，忽略端损失。,化工原理,2019/7/16,10,积分：,化工原理,2019/7/16,11,四、圆筒壁的稳态热传导,（一）单层圆筒壁的热传导,特点： 传热面积随半径变化， A=2rl (2) 一维温度场，t沿r变化。,化工原理,2019/7/16,12,在半径r处取dr同心薄层圆筒,积分,化工原理,2019/7/16,13,讨论：,对数平均面积,热阻,令,对数平均半径,化工原理,2019/7/16,14,一般 时，,化工原理,2019/7/16,15,思考2： 气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？,b,b,1,2,Q,Q,b,b,2,1,作业：,化工原理,2019/7/16,16,一、对流传热过程,第三节 对流传热,化工原理,2019/7/16,17,湍流主体 温度梯度小，热对流为主,层流内层 温度梯度大，热传导为主,过渡区域 热传导、热对流均起作用,化工原理,2019/7/16,18,式中 Q 对流传热速率，W； 1 、 2 热、冷流体的对流传热系数， W/(m2K)； T 、TW、t、tW 热、冷流体的平均温度及 平均壁温，。,冷流体：,热流体：,牛顿冷却定律,化工原理,2019/7/16,19,第四节 传热过程计算,返回,总传热速率方程,式中 Q传热速率，W； tm两流体的平均温度差，； A传热面积，m2； K总传热系数，W/(m2) 。,化工原理,2019/7/16,20,（一）恒温传热,（二）变温传热,tm与流体流向有关,一、传热平均温度差,化工原理,2019/7/16,21,1. 逆流与并流,化工原理,2019/7/16,22,以逆流为例推导tm,假设：（1）稳态流动，qm1、 qm2为常数； （2）cp1、cp2为常数； （3）K沿管长不变化； （4）热损失忽略不计。,对于微元：,化工原理,2019/7/16,23,逆流、并流均适用； 当t2/t12，则可用算术平均值。,对数平均温度差,化工原理,2019/7/16,24,2. 错流与折流, 1 tm tm逆, 0.9,若 0.8,，温差损失大，传热不稳定；,应改变流型,化工原理,2019/7/16,25,二、总传热系数,K总传热系数，W/(m2K),（一）总传热系数计算,化工原理,2019/7/16,26,管内对流,管外对流,管壁热传导,稳态传热,化工原理,2019/7/16,27,（1）平壁 dA=dA1=dA2=dAm,讨论：,（2）以外表面为基准 (dA=dA1),化工原理,2019/7/16,28,K1以外表面为基准的总传热系数，W/(m2.K) dm对数平均直径，m,以内表面为基准：,d1/d22 可用算术平均值,化工原理,2019/7/16,29,（二）污垢热阻,Rd1、Rd2传热面两侧的污垢热阻，(m2K)/W,（三）提高K值的讨论,设法减小控制热阻。,（1）减小污垢热阻防结垢、及时清洗。,化工原理,2019/7/16,30,（2）若污垢热阻与壁阻可忽略时，有,或,若,则,当1、 2相差较大时：,若,应提高较小，进而提高K。,当1、 2相差不大时，二者应同时提高。,化工原理,2019/7/16,31,三、壁温的计算,稳态传热,（1）大，b/Am小（壁阻小）tWTW,化工原理,2019/7/16,32,TW接近于T，即大(热阻小)侧流体的温度,（2）当tW=TW,化工原理,2019/7/16,33,四、传热计算,总传热速率方程,热量衡算式 (热负荷),无相变,有相变,应用条件： 定态流动，qm为常数； cP为常数； K为常数； 忽略热损失。,化工原理,2019/7/16,34,黑体：,白体(镜