化工原理教学PPT课件.ppt

,1,化工原理主讲：韩永霞辅导：杨敏,2,参考书*教材*谭天恩等，化工原理*天大，姚玉英主编化工原理*南京化工，赵汝溥等编化工原理*清华化工原理*丛德滋等编化工原理示例与练习*姚玉英主编化工原理例题与习题,3,*化工原理及化学反应工程公式例解测验*清华，周荣琪等编化工原理学习指引*TQ02H96化工原理学习指导TQ02-44H5化工原理学习指导TQ022.1H2化工流体流动与传热TQ0270化工原理操作型问题的分析,4,5,化工原理上册,6,绪论0-1化工原理在整个学科体系的地位与作用,7,1）弯一下？2）泵类型？结构？原理？修好？,8,0-2化工过程与单元操作（1）化工生产过程“原料化学反应器（中间）产品”前处理后处理,9,（2）单元操作,*物料的输送*沉降*过滤*流态化*加热与冷却*蒸发,*气体吸收*液体蒸馏*固体干燥*液液萃取*膜分离,10,0-3化工原理课程（1）内容*基础理论流体力学、传热学、传质学基础*若干典型单元操作,11,（2）性质属技术基础课（3）作用*单元操作知识与有关的基础理论知识*掌握分析与解决工程问题的方法论,12,0-4单位制与单位换算(1)CGS制（物理单位制）厘米-克-秒制(2)MKS制（绝对单位制）米-千克-秒制(3)工程单位制米-公斤（力）-秒,13,(4)SI制（国际单位制）以MKS制基础基本单位：长度米（m)质量千克(kg)时间秒(s)温度开尔文(k)物质的量摩尔(mol),14,重要导出单位：力F=ma；N压强P=F/面积；N/m2Pa能量、功、热F距离；N.mJ功率功/时间；J/sW比热热/质量温度；J/kg.K单位换算？,15,单位换算换算因数：1in.=25.4mm,16,1in.=25.4mm,17,1in.=25.4mm,18,换算因数？-彼此相等而各有不同单位的两个物理量之比。纯数1,19,【例】已知1atm=1.033kgf/cm2,试将此压强换算为SI单位。解：1kgf=9.81N1m=100cm1atm=1.033kgf/cm2,20,=1.013105N/m2,21,0-5物料衡算质量守恒原理的具体应用（1）确定控制体即进行衡算的空间范围,22,（2）确定衡算基准1s或1h（3）列出衡算式mi-mo=ma对于连续生产：mi-mo=0,23,0-6能量衡算机械能、热量、电能、化学能等统称为能量。依据-能量守恒定律。重点热量衡算衡算式：式中Qi随物料进入控制体的热量，kJ或kW;Qo随物料离开控制体的热量，kJ或kW;QL向控制体周围散失的热量，kJ或kW。,24,也可写成：式中W物料的质量，kg或kg/s；H物料的焓，kJ/kg。适用于间歇过程（kJ)、连续过程（kW),25,方法：（1）确定控制体（范围）（2）确定衡算基准由于焓是相对值，故应（3）指明基准温度，基准状态。通常以0C、液态为基准。（4）列出衡算式,26,例在换热器里将平均比热为3.56kJ/(kg.C)的某溶液自25加热到80，溶液流量为1.0kg/s。加热介质为120的饱和水蒸汽，其耗量为0.095kg/s,蒸汽冷凝成同温度的饱和水排出。求此换热器的热损失占蒸汽供热的百分数。,25C溶液,1.0kg/s,80C溶液,1.0kg/s,120C饱和水蒸汽,120C饱和水,27,解：由P364附录查出120C饱和水蒸汽的焓值为2708.9kJ/kg,120C饱和水的焓值为503.67kJ/kg.基准：s控制体：,25C溶液,1.0kg/s,120C饱和水蒸汽,120C饱和水,80C溶液,1.0kg/s,Q2,Q1,Q3,Q4,QL,28,作热量衡算：随物料带入换热器的总热量：Qi=Q1+Q2其中：Q1=0.0952708.9=257.3kWQ2=13.56(25-0)=89kWQi=257.3+89=346.3kW随物料带出换热器的总热量：Qo=Q3+Q4,29,其中：Q3=0.095503.67=47.8kWQ4=13.56(80-0)=284.8kWQo=47.8+284.8=332.6kW由Qi=Qo+QLQL=Qi-Qo=13.7kW,30,热量损失百分数=6.54%,31,绪论小结,化工原理在学科体系的地位与作用化工过程与单元操作化工原理课程单位制与单位换算物料衡算能量衡算,32,第一章流体流动1.1概述1.1.1流体气体和液体特性：（1）流动性（2）压缩性分类:(1)不可压缩流体：液体；（若P,t变化小，气体）(2)可压缩流体：实际流体，气体,33,1.1.2几个物理名词(1)密度kg/m3重度kgf/m3,其数值同密度。比容m3/kg,密度的倒数。(2)流量有两种a.体积流量qvm3/s,m3/h；b.质量流量qmkg/s，kg/h；qm=qv(3)流速(u)m/s,34,1.1.3流体流动中的作用力(1)体积力(质量力)重力:G=mg=gV离心力:muT2/r=VuT2/r(2)表面力压力:表面的力压强:剪力:/表面的力剪应力:,35,1.1.4牛顿粘性定律实验性定律，是通过实验得出的江面流速分布示意图,36,在圆管中流动的流体选相邻两薄圆筒流体（1，2）进行分析,37,实验证明，对于一定流体，内摩擦力F.,38,剪应力,N/m2；速度梯度；粘度或动力粘度。式（A）-牛顿粘性定律一句话，即流体内部所受的剪应力与速度梯度成正比。,39,（1）流体分类：牛顿型流体非牛顿型流体非有三种：塑性流体假塑性流体涨塑性流体许多高分子溶液、涂料、泥浆等属于非牛顿型流体。,40,（2）流体在圆管内的速度分布a.粘性流体（0）实际流体b.理想流体（=0）,41,（4）影响粘性的因素a.温度实验表明:t,g,l原因：气体粘性分子热运动液体粘性分子引力b.压强影响很小,42,（5）粘度衡量流体粘性大小的物理量单位？据牛顿粘性定律：1Pa.S=1000mPaS,43,物理单位制中：1P（泊）=100cP（厘泊）1cP=10-3Pa.S=1mPa.S另：/=运动粘度,44,（6）流体流动中的机械能位能：mgz,Jgz,J/kg动能：mu2/2,Ju2/2,J/kg压强能：mP/,JP/,J/kg实际流体粘性内摩擦力机械能损失输送机械做功,45,1.2流体静力学,46,弯一下？等问题,47,1.2流体静力学研究静止或相对静止状态的流体1.2.1流体静力学基本方程,A,任取,48,1.2.1.1受力分析水平方向：相互抵消垂直方向：上端面的总压力:P1=p1A下端面的总压力:P2=p2A重力：G=Vg=g(Z1-Z2)A,Z1,Z2,G,P1,P2,P0,49,液柱静止P1+G-P2=0p1A+g(Z1-Z2)A-p2A=0p1+g(Z1-Z2)-p2=0移项：p2=p1+g(Z1-Z2)（1）,50,若液柱的上端面取在容器的液面，P0,液柱高h,则：p2=p0+gh将式（1）移项：p2+gZ2=p1+gZ1（2）式（2）/：静力学基本方程,51,液柱是任取的：对任意两点1和2：,1,2,z2,z1,52,1.2.1.2几个概念(1)等压面由式(3)(静力学基本方程):当Z1=Z2,1=2p1=p2即(相对)静止的,连续连通的同一种流体(1=2),同一水平面上的压强相等,这样的水平面称为等压面.换句话说,即静压强仅与垂直位置有关,而与水平位置无关.,53,.,C,B,A,A,B,C,54,(2)压强能与位能P/的单位:故称P/为压强能gZ的单位:故称gZ为位能,55,这说明：静止的流体具有位能和压强能，两项能量总和恒为常量。若位能小，则P/大；反之若gZ大，则P/小。说明位能和压强能可以相互转换，但总能量守恒。,56,1.2.2压强（1）压强的表示方法A.以PaB.工程上以液柱高度mH2O柱,mmHg柱换算关系：,57,1atm(标准大气压）=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O1at(工程大气压）=1kgf/cm2=9.807104Pa=10mH2O,58,(2)压强的基准A.绝对真空绝对压强B.大气压表压（正压）压力表真空度（负压，吸力）真空表,0Pa,大气压,P,P1,P2,绝,表,真,绝,59,0Pa,大气压,P,P1,P2,绝,表,真,绝,P表=P绝-Pa；P真=Pa-P绝；则P表=-P真；注意：P要同一基准。,60,1.2.3流体静力学的应用1.2.3.1压强测量（1）U形管压差计指示液：水银；甘油；水；CCl4等指示液i被测流体,61,取等压面ab(兼基准面)即Pa=Pb据静力学基本方程:Pa=P1+gZ1Pb=P2+g(Z2-R)+igR,62,Pa=P1+gZ1Pb=P2+g(Z2-R)+igR整理:(P1+gZ1)-(P2+gZ2)=(i-)gR(P1+gZ1)-(P2+gZ2)=(i-)gR“P1”-”P2”=(i-)gR虚拟压强差,63,“P1”-”P2”=(i-)gR结论:U形压差计测得的读数R是两点的虚拟压强差.,64,注意:(1)当管道水平,Z1=Z2,则P1-P2=(i-)gR压差(i-)越小,65,(2)指示液测液体:用Hg或CCl4测气体:水+染料且g900,径向2=900,后弯2qv串,qv,低阻,高阻,串,并,单,串,并,190,高阻：qv串qv并,qv,低阻,高阻,串,并,单,并,串,H,191,2.2.6离心泵的安装高度,(A),(B),192,(1)泵内压强分布,P,位置,泵吸入口,叶轮入口,叶轮出口,泵排出口,Pv,P1,PK,193,排液,Hg,K,1,1,0,0,(2)汽蚀现象Z0=0,u0=0,P0=Pa,Z1=Hg,194,(3)离心泵的安装高度限制最大安装高度Hg,max在0-0与K-K间列机械能衡算式:Z0=0,u0=0,P0(绝压),PK=Pv,ZK=Hg,max则:,195,196,(NPSH)c-临界汽蚀余量,实验测得;(NPSH)r-必需汽蚀余量,(NPSH)r=(NPSH)c+安全量最大允许安装高度Hg注意:(NPSH)r与qv有关,qv,(NPSH)r,197,(NPSH)c-临界汽蚀余量,实验测得;(NPSH)r-必需汽蚀余量,(NPSH)r=(NPSH)c+安全量最大允许安装高度Hg,198,2.2.7离心泵的类型与选用(1)类型清水泵IS-单级单吸式;D-多级;Sh-双吸式.耐腐蚀泵F油泵Y;YS(双吸)液下泵FY屏蔽泵-无密封泵,无泄漏泵,199,(2)选用选泵的类型据qv,He选泵的型号qv,泵qv,管路.H,泵He,管路.,200,核算Pa(轴功率)若液体水Pa=qvHg/P110.图2-23IS型离心泵的系列特性曲线,201,(3)离心泵的安装和使用安装高度_;启动前_;出口阀_时启动;停车(泵)前先_;,202,小结：2.2.5离心泵的操作(1)泵的工作点(2)流量调节(3)泵的串联操作(4)泵的并联操作(5)组合方式的选择2.2.6离心泵的安装高度2.2.7离心泵的类型与选用,203,2.3往复泵(容积泵)2.3.1构造和工作原理(1)构造泵缸活(柱)塞单向活门,204,(2)原理冲程,205,(3)流量A.单缸单动,206,B.单缸双动C.三缸单动,207,2.3.2应用(1)压头大.流量小的场合.(2)流量调节旁路调节1-旁路阀2-安全阀,1,2,208,2.3.3往复泵的流量与压头（1）单动泵qvT=ASnm3/min实际qvP4;(4)真空泵0.1MPa(表)。,213,2.4.3离心通风机低压；中压；高压；(1)结构和工作原理(2)性能参数与特性曲线风量qvm3/s风压J/m3=N/m2=PaPT-实验测定,214,风机进口1,出口2:全风压静风压动风压PsPk,215,(3)离心通风机的选用qv)风机qv)需要PT)风机PT)需要,216,注意:铭牌PT-200C,0.1MPa,=1.2kg/m3;,217,2.4.4鼓风机两种：旋转式离心式（1）罗茨鼓风机-容积式出口安装稳压气柜与安全阀流量用旁路调节,218,（2）离心鼓风机工作原理同离心通风机-压头较高的离心鼓风机与多级离心泵类似选用方法同离心通风机压缩机-离心式、往复式,219,2.4.5往复式压缩机-结构、原理似往复泵但气体小，可压缩，活门更灵巧单动往复压缩机、阀、入口P1、出口P2设：1）理想气体2）阀阻=0,220,2.4.5.1理想压缩循环设：无余隙,3,2,1,V,V1,V2,0,P1,P2,1,2,3,4,221,压缩,排气,吸气,222,2.4.5.1理想压缩循环（三种）1)等温压缩过程2)绝热压缩过程3)多变压缩过程循环功k多变指数,223,2.4.5.2实际压缩循环有余隙,224,压缩,排气,膨胀,吸气,225,余隙系数容积系数,226,2.4.5.3往复压缩机的性能参数排气量理论吸气量V=ASn实际排气量V=V,227,2)轴功率理论功率：Pa(绝热压缩)k-绝热压缩指数Vmin-排气量，m3/min实际功率：Pe=Pa/,228,2.4.5.4类型与选用）类型单动、双动往复压缩机单级、双级、多级压缩机低压（98.07104Pa）中压（98.0710498.07105Pa）高压（98.0710598.07106Pa）,229,小型（30m3/min）空气压缩机氨气压缩机氢气压缩机石油气压缩机立式、卧式,230,2）选用据所输送气体性质-定种类据生产能力和排出压强-选型号注意：压缩机样本中的排气量-20、101.33Pa下的，m3/min,排出压强Pa（表压）,231,3）安装要求吸气口装过滤器出气是脉动的出口装缓冲（稳压）罐或气柜(兼沉降器)-水滴或油滴缓冲（稳压）罐或气柜（贮气罐）-装压力表、安全阀,232,2.4.6真空泵-将系统抽真空的气体输送机械2.4.6.1类型往复式水环式液环式旋片式喷射式,233,2.4.6.2主要特性极限真空-以绝压（Pa)抽气速率-m3/h或l/s,234,小结：2.3往复泵(容积泵)2.3.1构造和工作原理2.3.2应用2.3.3往复泵的流量与压头2.3.4往复泵与离心泵的比较2.4气体输送机械2.4.1特点2.4.2分类2.4.3离心通风机2.4.4鼓风机2.4.5往复式压缩机2.4.6真空泵,235,236,第一、第二章习题课,237,1.如图3B57离心泵将20的水由敞口水池送到一压力为2.5at的塔内,管径为1084mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知：水的流量为56.5m.h，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg.m，管路摩擦系数可取为0.024，试计算并回答：(1)水在管内流动时的流动形态；(2)管路所需要的压头和功率。,238,239,已知：d=108-24=100mm=0.1mA=(/4)d=3.14(1/4)0.1=0.78510ml+l=100mQ=56.5m.hu=Q/A=56.5/(36000.78510)=2m.s=1cp=10PaS=1000kg.m=0.024,240,解：Re=du/=0.121000/10=2104000水在管内流动呈湍流以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程：Z+(u/2g)+(p/g)+He=Z+(u/2g)+(p/g)+hf,241,Z=0u=0p0(表压)Z=18mu=0p/g=2.59.8110/(10009.81)=25mhf=(l+le)/d(u/2g)=0.024(100/0.1)2/(29.81)=4.9mHe=18+25+4.9=47.9mNe=HQg=47.910009.8156.5/3600=7.4kw,242,2.如图的输水系统。已知管内径为d=50mm,在阀门全开时输送系统的(l+le)=50m,摩擦系数可取=0.03,泵的性能曲线,在流量为6m.h至15m.h范围内可用下式描述:H=18.92-0.82Q，此处H为泵的扬程m,Q为泵的流量m.h,问:(1)如要求流量为10m.h，单位质量的水所需外加功为多少?单位重量的水所需外加功为多少?此泵能否完成任务?(2)如要求输送量减至8m.h(通过关小阀门来达到)，泵的轴功率减少百分之多少?(设泵的效率变化忽略不计),243,244,解：u=10/(36000.7850.05)=1.415m.shf=(l+le)/d(u/2)=0.03(50/0.05)(1.415/2)=30.03Pa/+W=Pa/+Zg+hf1-2W=Zg+hf1-2=109.81+30.03=128.13J.kgH需要=W/g=128.13/9.81=13.06m而H泵=18.92-0.82(10)=13.746mH泵H需故泵可用,245,N=H泵Q泵g/g/=常数NH泵Q泵N前13.74610H泵后=18.92-0.82(8)0.8=14.59N后14.598N后/N前=14.598/(13.74610)=0.849(N前-N后)/N前=1-0.84915.1%,246,3.如图所示输水系统。已知:管路总长度(包括所有局部阻力当量长度)为100m，从压力表至高位槽所有管长（包括所有局部阻力当量长度）为80m,管路摩擦系数=0.025，管子内径为0.05m，水的密度=1000kg.m,泵的效率为0.8,输水量为10m.h，求:(1)泵轴功率N轴=?(2)压力表的读数为多少kgf.cm,247,248,解：N轴=Ne/,Ne=MsWe,Ms=101000/3600=2.778kg.sWe-泵对单位质量流体所做的有效功。选取1-1与2-2截面，并以1-1截面的基准面。在两截面间做能量衡算：gZ+(p/)+(u/2)+We=gZ+(p/)+(u/2)+hfZ=0Z=2+18=20Mp=p=0u=u=0We=gZ+hfhf=(L/d)(u/2),249,u=(V/3600)/(/4)d=(10/3600)/(0.78520.05)=1.415m.shf=0.025(100/0.05)(1.415/2)=50.06J.kgWe=9.8120+50.06=246.25J.kgNe=MsWe=2.778246.25=684J.sN轴=Ne/0.8=684/0.8=855W,250,再就3-3与2-2截面做能量衡算，并取3-3为基准面gZ+(p/)+(u/2)=gZ+(p/)+(u/2)+hf压Z=0Z=18p=0u=0p/=gZ+hf压-(u/2)=9.8118+(压/d)(u/2)-(u/2),251,=176.58+0.025(80/0.05)(1.415/2)-(1.415/2)=176.58+40.04-1.0=215.62J.kgp=215.62=215620N.mp=215620/(9.8110)=2.198kgf.cm(表),252,4.图示为n=960转/分的离心通风机的特性曲线。如用此风机向锅炉输送空气，已知管路特性方程为H=5qv(H的单位为mmH2O,qv的单位m/s)问：1.风机的送风量为多少m/h?消耗的轴功率为多少kw？2.若想使风量变为5.5m/s,你认为可采取什么措施？,253,解：1.送风量qv及轴功率Pa由管路特性曲线方程H=5qv列表作图。qvm/s233.54HmmHO204561.380由两线交点读得：送风量qv=3.6m/s风压P=64mmHO效率=0.4轴功率：Pa=qvP/=3.6649.807/（0.41000）=5.65kW2.使风量变为5.5m/s，可采用提高转速的措施qv/qv=n/nn=qv/qvn=5.5/3.6960=1500rpm即将转速提高到1500rpm。,254,3非均相物系的分离与固体流态化3.1概述(1)混合物分类均相传质操作非均相-机械操作(2)非均相物系特点相界面悬浮物-分散相、连续相,255,（3）分离操作沉降-重力沉降离心沉降过滤湿法净制：“洗涤”气体静电除尘：高压直流电场（4）固体流态化,256,3.2颗粒(群)的特性3.2.1单颗粒的特性(1)球形颗粒-粒径dp体积V=dp3表面积S=dp2比表面a=S/V=,257,3.2.2颗粒群的特性3.2.2.1粒度分布的筛分分析对70m的颗粒,258,3.2.2.2颗粒群的平均直径dm=dpi-截留于第i层筛上的颗粒平均直径xi-质量%,259,3.2.3床层特性固定床-众多颗粒按某种方式堆积成的颗粒床层(1)床层的空隙率,260,（2）床层各向同性空隙面积/床层截面积=（3）床层比表面aBaB=(1-)a,颗粒,261,3.3流体通过固定床层的流动（压降）3.3.1床层的简化物理模型阻力大速度分布匀,262,3.3.1床层的简化物理模型,u,L,u,Le,263,设：床层-截面积A,厚L,空隙率颗粒-比表面a,粒径dp，形状。模型（假定）：细管的1）内表面2）全部流动空间,264,细管的de:de=4分子、分母Le:de=4,265,de=4以1m3床层de=4(1),266,3.3.2流体压降的数学模型P=hf=(2)真实u1=表观u=空床,267,真实u1=表观u=u=u1（3）将(1)(3)代入(2)并/L:,268,269,()-压降的数学模型-模型参数,270,3.3.3模型的检验和的估值定义：床层Re=3.3.3.1康采尼Re：(5)K=5,271,代入(4):-康采尼方程（Re2)K=5,272,3.3.3.2欧（厄）根()()代入（）：（）,273,代入,274,代入欧（厄）根方程,275,欧（厄）根方程Re=1/6(12500)粘性阻力涡流阻力,276,=f(u,a),Re,310,管路总阻力，J/m3=N/m2=Pa,N/m2,311,曳(阻)力FD=/4dp2u2/2=/8dp2u2,N/m2,312,Fg-Fb-FD=mau=0时，FD=0，amax;加速uFDauta=0匀速,Fg,Fb,FD,313,Fg-Fb-FD=ma=0,314,3.5.2曳(阻)力系数=f(Rep)颗粒雷诺数实验得到-Rep的关系：P149.图5-2图中-形状系数(球形度),315,对球形颗粒（=1），分三个区：(1)Rep2,层流区（Stokes区)-Stokes公式,316,(2)2Rep500,阿仑(Allen)区：-Allen公式,317,(3)500ut,浮起，则：u1,u1=ut,悬浮,339,(3)颗粒输送阶段uut,上升速度,340,（4）狭义流态化-仅指（2）广义流态化-（2），（3）以上-理想流化现象,341,3.7.3流化床的主要特性（1）液体样特性,342,在流化床阶段，床层有一明显的上界面，气固系统的密相流化床，看起来很象沸腾着的液体，并且在很多方面都是呈现类似液体的性质。例如，当容器倾斜，床层上表面保持水平,如图（a）所示。两床层连通，它们的床面能自行调整至同一水平面，如图（b）所示。床层中任意两点压力差大致等于此两点的床层静压头，如图（c）所示。流化床层也像液体一样具有流动性，如容器壁面开孔，颗粒将从孔口喷出。并可象液体一样由一个容器流入到另一个容器中，如图（d）所示。,343,讨论：1）恒定的压降-重要优点2）测“P”-判断好坏a.腾涌，“P”测-波动b.沟流，“P”测00C特点：1)温度必须高2)涉及s.l.g.,358,359,360,361,362,363,364,365,366,367,4.1.4冷、热流体热交换形式(1)直接混合（接触）式,热煤气,冷氨水,直冷塔,368,(2)蓄热式,热流体,369,(3)间壁式热流体通过间壁将热量传递给冷流体a.套管换热器,370,b.列管换热器,冷流体,热流体,371,c.螺旋板式换热器,372,4.1.5传热速率(1)传热速率（热流量）QJ/sorW(2)热通量（热流密度）qq=W/m2,373,4.1.6定态传热与非定态传热定态：tf();非-：t=f();仅讨论定态-。,374,4.1.7传热平衡方程某换热器-衡算对象定态传热,qm1,T1,qm1,T2,qm2,t1,qm2,t2,375,以00C,液态为基准（无相变）：,376,有相变：,377,4.2热传导4.2.1基本概念(1)温度场t=f(x,y,z,)定态温度场：t=f(x,y,z)定态一维：t=f(x),378,(2)等温面(3)温度梯度t0C点：,t+t,t,n,C,n0,379,t+t,t,n,C,一维：,380,4.2.2傅立叶定律,381,Q-导热速率，WA-传热面积，m2-导热系数，W/(m.0C)-温度梯度，0C/m,382,对一维导热：or:,383,4.2.3导热系数(1)物理意义1m210C/m,384,(2)与温度的关系0-00C时则t0C时的:=0（1+at）,385,4.2.4平壁的定态导热4.2.4.1单层平壁的定态导热（1）若=f(t)=0（1+at）,t,x,0,t1,t2,t3,t1,t2,386,t,tm,387,t,x,0,t1,t2,t3,令:0(1+atm)=m则：Q=mA(t1-t2)/,t1,t2,388,t,x,0,t1,t2,t3,令:0(1+atm)=m则：Q=mA(t1-t2)/,t1,t2,389,123,t,t1,t2,t3,t4,x,123,4.2.4.2多层平壁的定态导热若为三层：123123,390,对n层平壁导热:（1）,391,（2）热流量QQ1=Q2=Q3=Q（3）热流密度q（热通量）q=Q/Aq1=q2=q3=.=q,392,小结:第四章传热4.1概述4.1.1传热的基本方式4.1.2冷、热流体热交换形式4.2热传导4.2.1概念4.2.2傅立叶定律4.2.3导热系数4.2.4平壁的定态导热4.2.4.1单层平壁的定态导热4.2.4.2多层平壁的定态导热,393,394,4.2.4圆筒壁的热传导(1)单层圆筒壁的热传导,r1,r2,t1,t2,395,4.2.5圆筒壁的热传导(1)单层圆筒壁的热传导在r处，取厚dr，长L的等温薄圆筒壁A=2rL,r2,t2,r1,t1,r,396,397,r2,t2,r1,t1,r,398,399,r2,t2,r1,t1,r,400,A2=2r2LA1=2r1L,401,r1,t1,r,当A2/A12Am=(A2+A1)/2,402,4.2.5圆筒壁的热传导(1)单层圆筒壁的热传导,403,(2)多层圆筒壁导热三层：,404,n层：,405,4.2.5圆筒壁的热传导(1)单层圆筒壁的热传导(2)多层圆筒壁导热4.3对流给热,406,4.3对流给热4.3.1过程分析(1)层流-热传导，弱自然对流,407,4.3.2分类无相变：强制对流自然对流有相变：蒸汽冷凝液体沸腾,408,=A(T-Tw),4.3.3对流给热速率方程,409,=A(tw-t)牛顿冷却定律,410,4.3.4对流给热系数定义：,10C,411,4.3.5无相变流体的给热4.3.5.1影响给热的因素(1)流体流动发生的原因自然对流：u=0热浮力强制对流：u外力,412,v=1/,m3/kg定义：体积膨胀系数1/0C,413,则：t=(v2/v1)-1=(1/2)-1=(1-2)/21=2(1+t),414,热浮力=(1-2)g1=2(1+t)(1-2)g=2(1+t)-2g热浮力=2gt,415,(2)流体的性质,Cp=f(t)(3)流体的流动状态层流湍流(4)传热面的形状、大小、位置,416,概括：=f(,Cp,L,u,gt)L-特征尺寸：d内，d外，de，长，高,417,=f(,Cp,L,u,gt)因次分析Nu=f(Pr,Re,Gr),418,4.3.5.2准数及准数关联式的确定方法（1）用因次分析得到准数名称符号准数式意义努塞尔数Nu雷诺数Re,419,名称符号准数式意义普兰特数Pr格拉斯霍夫数Gr,420,意义：Nu-反映对流使给热系数增大的倍数,421,（2）准数关系式的实验确定方法强制湍流：Nu=f(Pr,Re)设Nu=ARemPrnlogNu=nlogPr+log(ARem)一定,斜率,422,（3）其它定性温度-确定流体物性数据的温度t=(t1+t2)/2tm=(tw+t)/2膜温特征尺寸L-di;do;L,Hde=,423,特征速度管内-u管间-qv/Amax,424,4.3.5.3无相变对流给热系数的经验关联式1）流体在圆直管内呈湍流-Re104低粘度流体-21.005mPasNu=0.023Re0.8Prb(1)Nu=,425,被加热：b=0.4;被冷却：b=0.3。定性温度：（ti+to)/2特征尺寸：di,426,若L/di60:Nu=0.023Re0.8Prb1+(di/L)0.7(2),427,高粘度流体Nu=0.027Re0.8Pr0.33(/w)0.14(3)被加热(/w)0.14=1.05被冷却(/w)0.14=0.95,428,2）流体在圆直管内呈层流-Re230