化工原理第四章传热ppt课件

,化工基础第四章传热过程,贵州师范大学GuizhouNormalUniversity,高川2012.4.,第四章传热过程,第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节两流体间传热过程的计算第五节热辐射（自学）第六节换热器,4-1概述,4-1.1化工生产中的传热过程传热过程在化工中的应用化工中对传热过程有两个方面的要求：强化传热加热与冷却削弱传热隔热保温工业中传递热量的形式：无相变传热显热加热与冷却有相变传热潜热沸腾与冷凝,合成氨厂图片,硝酸硝铵厂图片,传热原理由热力学第二定律可知，只要存在温差，就有热量传递高温低温传热速率Q（传热推动力t）/（传热阻力R）参见书P10,传热的三种基本方式热传导热对流热辐射,微观粒子由热运动而相互碰撞传递热量。,流体质点的相对位移（流体流动）引起的热量传递。,通过电磁波传递热量。不需要任何介质作媒介，可在真空中传递热量。,流体固体壁面固体壁面流体,热传导中介质无相对运动，各质点仅与相邻介质联系；热对流中介质有相对运动；热辐射中不需要介质。,4-2传导传热（热传导）,热传导的原理热传导,微观粒子由热运动而相互碰撞传递热量。,注意！介质间不发生相对位移,4-2.1一些物理量和相关概念传热速率，也称热流量Q（W=J/s）单位时间内通过传热面的热量。热流密度，也称热通量q（W/m2=J/m2s）单位时间、通过单位传热面积所传递的热量。q为矢量，方向为传热面的法线方向。,式中，A总传热面积，m2,温度场物体内部温度在时间及空间上的分布。t=f（x,y,z,)稳态温度场：温度不随时间改变的温度场。t=f（x,y,z)稳态传热和非稳态传热稳态传热传热面各点温度t、传热速率Q、热通量q等物理量都不随时间而改变，仅为位置的函数。Q,q,t=f(x,y,z)非稳态传热传热面各点温度t、传热速率Q、热通量q等物理量不仅为位置的函数，同时也随时间而改变。Q,q,t=f(x,y,z,),等温面在温度场中，温度相同的各点组成的面。温度梯度等温面法线方向上的温度变化率。,对于一维稳定温度场，t=f(x),温度梯度表示为：,4-2.2热传导基本方程傅里叶定律,式中，热导率或叫导热系数，W.m-1.K-1或W.m-1.-1,(4-2),导热系数一般的，导电固体非导电固体；液体气体大多数均质固体与t呈直线关系：=0(1+at)00时固体的导热系数；a温度系数。金属固体a为负,t；非金属固体a为正,t大多数液体t（水和甘油除外）；气体t,4-2.2平面壁的稳态热传导单层平面壁的稳态热传导1、过程分析假设：一维稳态热传导，即t=f(x)假设：无限大平壁2、模型,可改写为：,q热流密度，单位：W/m2，J/m2s,多层平面壁的定态热传导1、过程分析假设：定态热传导Q1=Q2=Q3=Q假设：各层间接触良好，且面积相等。传热速率计算公式：,若：132,第一层：,第二层：,第三层：,多层平面壁的传热速率及热通量计算公式：,由Q1=Q2=Q3=Q可得：,已知：1=150mm;2=310mm;3=240mm;1=1.06W.m-1.-1;2=0.15W.m-1.-1;3=0.69W.m-1.-1;t1=1000;t2=946求：(1)q=?W.m-2(2)t3=?(3)t4=?解：(1)(2)(3),t1=54,t2=788.7,导热,导热+对流,仅有导热,传热边界层在对流传热中，存在明显温度梯度的区域。有效膜指在靠近壁面处有一层厚度为的流体膜，膜内为层流流动，膜外为湍流，所有传热阻力集中在有效膜中。,对流传热的膜理论模型,Q=A(t1t2),牛顿冷却定律（牛顿传热方程）Q(t1-t2)A,传热膜系数，又叫对流传热系数。单位：W.m-2.K-1（t1t2）流体主体与壁面的温差。单位：K或,4-3.2对流传热膜系数与导热系数不同，不是物性，反映了传热的快慢。各种传热形式的数量级如下：,气体的值最小液体的值较大有相变时值最大,影响传热膜系数的因素1、流动形态：层流小湍流大2、引起对流的原因：强制对流（流速u）自然对流（浮升力）其中，gt单位体积流体的浮升力3、流体的种类、物性：，Cp，等（与温度有关）4、传热时的相变化：无相变（自然对流、强制对流）相变（蒸气冷凝、液体沸腾）5、传热壁面结构：形状、排列方式、尺寸,传热膜系数的计算=f(,，Cp,u;l,;gt)对流传热的特征数：,自然对流时：,说明：l特征尺寸，如管径、平板高度等对对流传热起决定性影响的尺寸。定性温度用以确定,，Cp,等物性参数，如取流体进出口温度的平均值,对流传热分类：,对流传热,有相变,无相变,冷凝传热,沸腾传热,自然对流,强制对流,管外对流,管内对流,圆形直管,非圆管道,弯管,湍流,过渡区,层流,流体在圆管管内强制湍流时的计算狄丢斯(Dittus)公式【适用范围】大多数气体低粘度（10000;0.7Pr120;管长与管径比l/di60【说明】特征尺寸：Nu及Re准数中涉及的l指管子内径di定性温度：取流体进出口温度的算术平均值,狄丢斯公式同样适用于流体在无挡板列管换热器的管间流动时的换热。公式中涉及的d取当量直径de即可。,对高粘度液体有公式：(了解）,2mPa.s的流体,对于短管有公式：(了解）,对于弯管有公式：(了解）,补充例题3列管冷凝器中，用水冷凝有机物蒸气，水以0.5m/s的速率在25mm2mm的管内流动，进水温度为20，出水温度为40。试求水对管壁的传热膜系数。解：定性温度取tm=(20+40)/2=30;查得30水的物性数据为：Cp=4175J.K-1.kg-1=996kg/m3=8.0110-4pa.s=0.618W.m-1.K-1d=0.021mu=0.5m/s求得：,流体在圆管管内过渡区时的计算(了解）,Re=230010000,流体在圆管管内强制层流时的计算：(了解）,Retm,并（2）在传热量相同的条件下，A逆A并（3）并流换热时，冷流体出口极限温度总低于热流体的出口温度；而逆流时，则不受此限制，热能能充分利用，且要达到一定要求的换热出口温度，只需较少的传热介质。,热量衡算P142假设：保温良好、忽略热损失热流体的放热速率=冷流体的吸热速率对于热流体：若为水蒸气冷凝则有：例如：水蒸气冷凝再降温水蒸气g(100)冷凝l(100)降温l(80)则热流体的放热速率为：,（2）,（3）,对于冷流体：若为沸腾液体则有：综合以上五式有：,（4）,（5）,补充例题6冷热流体在某一换热器中并流换热，进出口温度如图。若换热器流体入口温度和流量不变，将并流改为逆流，试求冷流体出口温度。可设传热膜系数、物料的比热容及设备热损失不变。,并流换热,逆流换热,壁温Tw及tw的计算P152,若12，则壁温：,求取Tw及tw,4-4.4强化传热过程的途径（1）增大传热面积（2）提高传热温差tm（3）提高传热系数K,可着重加大小的这一侧的传热面积A，如加翅片。,采用逆流操作,提高热流体的T降低冷流体的t,1、可着重减小小的这一侧的热阻，如加大流速、提高湍流程度。2、定期除去管壁污垢。3、选择大的流体。,例4-17P153,作业P1824-94-154-204-25（综合类型题）,4-5热辐射,不讲解，自学。,4-6.1换热器的分类,4-6换热器,4-6.2列管式换热器,管程（管内）壳程（管间）,折流板,1.固定管板式列管换热器,折流板,单程,2.U型管列管式换热器,双程,3.浮头式列管换热器,翅片,在热阻大即小的一侧加翅片，以增大该侧的换热面积。,1.流体流经管内还是管外的选择原则（针对一般的列管式换热器）1、混浊或易析出沉渣结垢的走易清洗的一侧。2、腐蚀性流体走管内。3、压力高的流体走管内因为耐压能力管壁厚/管径d。4、需提高流速的流体走管内。5、流量小的或粘滞性