化工流体流动2728学时课件

1.

热传导（导热）4.1.1热量传递的基本方式

由于分子的无规则热运动而形成的热量传递现象—热传导（简称导热）。

导热在气体、液体和固体中均能发生

导热的推动力：温度差分子、原子、自由电子微观粒子4.1概述1.热传导（导热）4.1.1热量传递的基本方式12.

对流传热4.1.1热量传递的基本方式

由于流体内部质点的宏观运动而形成的热量传递现象—对流传热（简称对流）。

对流传热在气体、液体中发生

对流传热的推动力：温度差对流传热强制对流传热自然对流传热外力作用引起流体的密度差引起2.对流传热4.1.1热量传递的基本方式由于流23.

辐射传热物体以电磁波方式传递能量的现象—辐射。辐射传热过程

任何物体都能发射辐射能因热的原因引起的电磁波辐射—热辐射。高温物体以电磁波形式低温物体热能转为辐射能吸收辐射能转为热能注意

两物体温度差很大时才考虑辐射传热4.1.1热量传递的基本方式3.辐射传热物体以电磁波方式传递能量的现象—辐射。辐射传31.

直接接触式换热4.1.2冷热流体的热交换方式

在换热器内冷流体与热流体直接接触进行换热。混合式换热器1.直接接触式换热4.1.2冷热流体的热交换方式42.

蓄热式换热

在换热器内，冷流体与热流体交替流过蓄热器进行换热。蓄热式换热器4.1.2冷热流体的热交换方式2.蓄热式换热在换热器内，冷流体与热流体交替流过53.间壁式换热间壁式换热的步骤

热流体以对流方式将热量传递给壁面

热量以热传导方式由壁面一侧传递至另一侧

热量再以对流方式传递给冷流体

在换热器内，热流体与冷流体通过间壁进行换热。(1)间壁换热方式4.1.2冷热流体的热交换方式3.间壁式换热间壁式换热的步骤热流体以对流方式将热量传递给6套管式换热器1-内管2-外管工业生产中主要采用间壁式换热器。(2)典型的间壁式换热器动画：套管式换热器4.1.2冷热流体的热交换方式套管式换热器1-内管2-外管工业生产中主要采用间壁式换热器。7蛇管式换热器蛇管容器动画：蛇管式换热器4.1.2冷热流体的热交换方式蛇管式换热器蛇管容器动画：4.1.2冷热流体的热交换方式8管壳式（列管式）换热器3-壳体1-折流挡板2-管束4-封头5-接管6-管板壳程管程管流体壳流体单管程动画：列管式换热器4.1.2冷热流体的热交换方式管壳式（列管式）换热器3-壳体1-折流挡板2-管束4-封头59管程数管流体在管内依次往返的次数4.1.2冷热流体的热交换方式管程数管流体在管内依次往返的次数4.1.2冷热流体的热交换10管壳式换热器传热面积传热面积管数管径管长外侧面积内侧面积平均面积4.1.2冷热流体的热交换方式管壳式换热器传热面积传热面积管数管径管长外侧面积内侧面积平均114.1.3传热量表示方法定义符号单位单位时间内通过传热面的热量。J/s(W)1.传热速率传热现象方程整个传热面的热阻℃/W4.1.3传热量表示方法定义符号单位单位时间内通过传热面的12定义符号单位单位传热面积内的传热速率。2.传热通量W/m2单位传热面的热阻m2·

℃/W4.1.3传热量表示方法定义符号单位单位传热面积内的传热速率。2.传热通量W/m134.1.4热载体及其选择1.热载体的概念蒸汽液体水热载体冷却介质蒸汽冷凝蒸汽热油液体液体汽化热载体加热介质4.1.4热载体及其选择1.热载体的概念蒸汽液体水热载体蒸142.热载体的选择热载体选择原则

温度易调节控制

饱和蒸汽压较低，减少消耗

毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备

价格便宜，来源容易热稳定性能好，加热时不易分解4.1.4热载体及其选择2.热载体的选择热载体选择原则温度易调节控制饱和蒸汽压较15常用冷却剂及其适用温度范围4.1.4热载体及其选择常用冷却剂及其适用温度范围4.1.4热载体及其选择16常用加热剂及其适用温度范围4.1.4热载体及其选择常用加热剂及其适用温度范围4.1.4热载体及其选择174.1.5

稳态传热温度场时间空间坐标稳态传热输入能量=输出能量4.1.5稳态传热温度场时间空间坐标稳态传热输入能量=184.1.6非稳态传热非稳态传热输入能量=输出能量+累积能量初始温度表面温度流体温度4.1.6非稳态传热非稳态传热输入能量=输出能量+194.2.1基本概念温度场1.温度场稳态温度场一维温度场4.2热传导4.2.1基本概念温度场1.温度场稳态温度场一维温度场4.20温度场中同一时刻相同温度各点所组成面积定义性质温度不同的等温面彼此不能相交某瞬间任一空间点不能有不同温度沿等温面无热量传递等温面上温度处处相等沿与等温面相交的任何

方向，因温度发生变

化则有热量传递2.等温面4.2.1基本概念温度场中同一时刻相同温度各点所组成面积定义性质温度不同的等213.温度梯度一维稳态温度场温度梯度传热方向：高温低温梯度方向：低温高温4.2.1基本概念3.温度梯度一维稳态温度场温度传热方向：高温低温梯度方向：低224.2.2傅里叶定律描述热传导的基本定律—傅里叶定律。温度梯度导热系数导热速率导热面积傅里叶定律4.2.2傅里叶定律描述热传导的基本定律—傅里叶定律。温度导234.2.3导热系数概念W/(m.oC）

定义单位意义

单位温度梯度下的热通量

表征物质导热能力的大小

物质的重要物理性质4.2.3导热系数概念W/(m.oC）定义单位意义24气体无关（极高、极低压力除外）～～影响因素液体～～无关固体0oC时的导热系数温度系数4.2.4影响导热系数因素气体无关（极高、极低压力除外）～～影响因素液体～～无关固体025温度系数多数金属材料多数非金属材料注意

各方向导热系数相等—多维导热同性理想气体

一般为平均导热系数4.2.4影响导热系数因素温度系数多数金属材料多数非金属材料注意各方向导热系数相等264.2.5导热系数的来源导热系数获取途径

实验测定

手册中查取混合物导热系数计算有机化合物水溶液质量分数有机化合物互溶溶液常压下气体混合物摩尔分数摩尔质量4.2.5导热系数的来源导热系数获取途径实验测定手册27导热系数数量级气体W/(m.oC）

液体W/(m.oC）

非导固体W/(m.oC）

金属W/(m.oC）

绝缘材料W/(m.oC）

4.2.5导热系数的来源导热系数数量级气体W/(m.oC）液体W/(m.28练习题目思考题作业题:无1.传热的方式有哪些？2.何为间壁式传热，其传热过程如何？3.何为温度场和温度梯度?4.傅里叶定律的意义和表达形式如何？练习题目思考题作业题:无1.传热的方式有哪些？291.

热传导（导热）4.1.1热量传递的基本方式

由于分子的无规则热运动而形成的热量传递现象—热传导（简称导热）。

导热在气体、液体和固体中均能发生

导热的推动力：温度差分子、原子、自由电子微观粒子4.1概述1.热传导（导热）4.1.1热量传递的基本方式302.

对流传热4.1.1热量传递的基本方式

由于流体内部质点的宏观运动而形成的热量传递现象—对流传热（简称对流）。

对流传热在气体、液体中发生

对流传热的推动力：温度差对流传热强制对流传热自然对流传热外力作用引起流体的密度差引起2.对流传热4.1.1热量传递的基本方式由于流313.

辐射传热物体以电磁波方式传递能量的现象—辐射。辐射传热过程

任何物体都能发射辐射能因热的原因引起的电磁波辐射—热辐射。高温物体以电磁波形式低温物体热能转为辐射能吸收辐射能转为热能注意

两物体温度差很大时才考虑辐射传热4.1.1热量传递的基本方式3.辐射传热物体以电磁波方式传递能量的现象—辐射。辐射传321.

直接接触式换热4.1.2冷热流体的热交换方式

在换热器内冷流体与热流体直接接触进行换热。混合式换热器1.直接接触式换热4.1.2冷热流体的热交换方式332.

蓄热式换热

在换热器内，冷流体与热流体交替流过蓄热器进行换热。蓄热式换热器4.1.2冷热流体的热交换方式2.蓄热式换热在换热器内，冷流体与热流体交替流过343.间壁式换热间壁式换热的步骤

热流体以对流方式将热量传递给壁面

热量以热传导方式由壁面一侧传递至另一侧

热量再以对流方式传递给冷流体

在换热器内，热流体与冷流体通过间壁进行换热。(1)间壁换热方式4.1.2冷热流体的热交换方式3.间壁式换热间壁式换热的步骤热流体以对流方式将热量传递给35套管式换热器1-内管2-外管工业生产中主要采用间壁式换热器。(2)典型的间壁式换热器动画：套管式换热器4.1.2冷热流体的热交换方式套管式换热器1-内管2-外管工业生产中主要采用间壁式换热器。36蛇管式换热器蛇管容器动画：蛇管式换热器4.1.2冷热流体的热交换方式蛇管式换热器蛇管容器动画：4.1.2冷热流体的热交换方式37管壳式（列管式）换热器3-壳体1-折流挡板2-管束4-封头5-接管6-管板壳程管程管流体壳流体单管程动画：列管式换热器4.1.2冷热流体的热交换方式管壳式（列管式）换热器3-壳体1-折流挡板2-管束4-封头538管程数管流体在管内依次往返的次数4.1.2冷热流体的热交换方式管程数管流体在管内依次往返的次数4.1.2冷热流体的热交换39管壳式换热器传热面积传热面积管数管径管长外侧面积内侧面积平均面积4.1.2冷热流体的热交换方式管壳式换热器传热面积传热面积管数管径管长外侧面积内侧面积平均404.1.3传热量表示方法定义符号单位单位时间内通过传热面的热量。J/s(W)1.传热速率传热现象方程整个传热面的热阻℃/W4.1.3传热量表示方法定义符号单位单位时间内通过传热面的41定义符号单位单位传热面积内的传热速率。2.传热通量W/m2单位传热面的热阻m2·

℃/W4.1.3传热量表示方法定义符号单位单位传热面积内的传热速率。2.传热通量W/m424.1.4热载体及其选择1.热载体的概念蒸汽液体水热载体冷却介质蒸汽冷凝蒸汽热油液体液体汽化热载体加热介质4.1.4热载体及其选择1.热载体的概念蒸汽液体水热载体蒸432.热载体的选择热载体选择原则

温度易调节控制

饱和蒸汽压较低，减少消耗

毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备

价格便宜，来源容易热稳定性能好，加热时不易分解4.1.4热载体及其选择2.热载体的选择热载体选择原则温度易调节控制饱和蒸汽压较44常用冷却剂及其适用温度范围4.1.4热载体及其选择常用冷却剂及其适用温度范围4.1.4热载体及其选择45常用加热剂及其适用温度范围4.1.4热载体及其选择常用加热剂及其适用温度范围4.1.4热载体及其选择464.1.5

稳态传热温度场时间空间坐标稳态传热输入能量=输出能量4.1.5稳态传热温度场时间空间坐标稳态传热输入能量=474.1.6非稳态传热非稳态传热输入能量=输出能量+累积能量初始温度表面温度流体温度4.1.6非稳态传热非稳态传热输入能量=输出能量+484.2.1基本概念温度场1.温度场稳态温度场一维温度场4.2热传导4.2.1基本概念温度场1.温度场稳态温度场一维温度场4.49温度场中同一时刻相同温度各点所组成面积定义性质温度不同的等温面彼此不能相交某瞬间任一空间点不能有不同温度沿等温面无热量传递等温面上温度处处相等沿与等温面相交的任何

方向，因温度发生变

化则有热量传递2.等温面4.2.1基本概念温度场中同一时刻相同温度各点所组成面积定义性质温度不同的等503.温度梯度一维稳态温度场温度梯度传热方向：高温低温梯度方向：低温高温4.2.1基本概念3.温度梯度一维稳态温度场温度传热方向：高温低温梯度方向：低514.2.2傅里叶定律描述热传导的基本定律—傅里叶定律。温度梯度导热系数导热速率导热面积傅里叶定律4.2.2傅里叶定律描述热传导的基本定律—傅里叶定律。温度导524.2.3导热系数概念W/(m.oC）

定义单位意义

单位温度梯度下的热通量

表征物质导热能力的大小

物质的重要物理性质4.2.3