任务3基本传热的过程速率计算46课件

任务3

基本传热的过程速率计算武汉软件工程职业学院1导热速率的计算在稳定导热时，单位时间内通过壁面的传热（称为导热速率）与温度梯度以及垂直于热流方向的等温面面积成正比，即：傅立叶定律式中：Q——导热速率，W；λ——导热系数W/(m·℃)；S——导热面积，m2；b——平壁的厚度，m.tW1-tW2=Δt平壁两侧表面的温度差，℃。QQStw1tw2

基本传热的过程速率计算导热系数物理意义为：在单位温度梯度（1K/m）下，单位时间（1s）通过单位导热面积（1m2）的导热面所传导的热量（J）导热系数及影响因素导热系数的影响因素：物质种类、操作条件大多数纯金属的导热系数随温度升高而降低。非金属固体的导热系数随密度增加而增大，亦随温度升高而增大。气体的导热系数随温度的升高而增大

基本传热的过程速率计算1导热速率的计算根据傅立叶定律平壁稳定导热方程式可表示为：

平壁的稳态导热⑴单层平壁的导热

基本传热的过程速率计算1导热速率的计算右面以三层平壁为例，各层的壁厚分别为b1、b2、b3，导热系数分别为λ1、λ2、λ3

，层与层间接触良好，接触的两表面的温度相同，各表面的温度为tW1、tW2、tW3、tW4⑵多层平壁的热传导b1b2b3tW1tW2tW3tW4λ1λ2λ3温差与导热系数的关系？

基本传热的过程速率计算1导热速率的计算⑵多层平壁的热传导在定态(稳态）导热时，通过各层的导热速率必相等即Q1=Q2=Q3由上式分析得知：

基本传热的过程速率计算1导热速率的计算将上面三式相加，并整理得：对n层平壁其导热速率为：

基本传热的过程速率计算1导热速率的计算

圆筒壁的稳定热传导圆筒壁与平壁的区别是传热面积发生变化，即平壁是传热面积不变，而圆筒壁的传热面积随半径而变。故计算要稍为复杂。其中Sm=2πrmL，且:⑴单层圆筒壁QQr1r2

基本传热的过程速率计算1导热速率的计算⑴单层圆筒壁说明：当r2/r1≤2时，可采用算术平均值代替对数平均值。即：

基本传热的过程速率计算1导热速率的计算对于接触良好的多层圆筒壁类似于多层平壁，区别在传热面积及传热壁厚的计算上，传热面积同单层圆筒壁的计算相似，壁厚=rn-rn-1⑵多层圆筒壁说明：Sm2的计算方法与Sm1相似

基本传热的过程速率计算1导热速率的计算对流传热时是流体流过固体表面时的传热过程。在此过程中的传热机理非常复杂，其传热速率与很多因素有关，依据在传热过程中流体的状态，将对流传热分为两类：⑴流体无相变时的对流传热①强制对流传热②自然对流传热⑵流体有相变时的对流传热①蒸气冷凝②液体沸腾

基本传热的过程速率计算1导热速率的计算2对流传热速率计算对流给热过程分析

如图所示，热量是从热流体主体一侧通过间壁传递到冷流体主体一侧热量对流热流体主体间壁导热热量对流冷流体主体不存在温差存在温差不存在温差提示：没有温差（推动力），是因为没有阻力

基本传热的过程速率计算流体主体内为湍流，热量传递非常充分，没有温差。流动的流体与间壁间存在层流内层，在层流内层内，热量传递方向与流体流动方向垂直，故热量通过导热方式传递到间壁的在层流内层，因液体的导热系数小，传热热阻大，即温差大。且层流内层厚度越厚，热阻越大，故为降低热阻，必须减小层流内层的厚度其操作方法是增大流体的流速

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算在湍流主体内，由于流体质点湍动剧烈，各处的温度基本相同；在过渡层内，流体的温度发生缓慢变化，传导和对流同时起作用；在层流内层中，流体仅沿壁面平行流动，在传热方向上没有质点位移，所以热量传递主要依靠热传导进行，因此在该层内流体温度差较大由以上分析可知，在对流传热（或称给热）时，热阻主要集中在层流内层，因此，减薄层流内层的厚度或破坏层流内层是强化对流传热的重要途径

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算对流给热基本方程牛顿冷却定律：α-平均对流传热系数W/m2·℃；

S-中传热面积m2；Δt-流体主体与壁面间的温度差的平均值/℃

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算对流给热系数

概述：对流传热系数α表示在单位传热面积上，流体与壁面的温度差为1K时，单位时间以对流传热方式传递的热量。它反映了对流传热的强度。对流传热系数α越大，说明对流强度越大，对流传热热阻越小对流传热系数α不同于导热系数λ，它不是物性，而是受诸多因素影响的一个参数。气体的α值最小，载热体发生相变时的α值最大。同时管子的结构对α也有较大的影响

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算

影响对流传热系数的因素及一般关联式⑴影响对流传热系数的因素①流动产生的原因α强〉α自。②流体的流动状况湍流流动时，随着雷诺准数的增加，层流内层厚度减薄，传热系数α增大。层流流动时，流体在径向上基本没有混杂，所以α就小

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算③流体有无相变发生α相变＞α无相变。④流体的物理性质

流体的物理性质Cp、λ、μ、ρ、体积膨胀系数及汽化潜热等对α的影响。⑤传热面的形状、位置和大小传热表面的形状，流体与壁面的相对位置都会影响α。另传热面的几何形状不一样.α也不同⑴影响对流传热系数的因素

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算⑵对流传热系数的一般关联式α=f(Cp,λ,μ,ρ,l,Δt…)l是传热面的特性尺寸，可以是管子内径获外径或平板高度.流体无相变时的对流传热系数αNu=f(Re,Pr,Gr)自然对流Nu=f(Pr,Gr)；强制对流Nu=f(Re,Pr)无相变时Nu=CRemPrnGric,m,n,i由实验测定，求出α

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算⑶流体无相变时的对流传热系数流体在圆形直管内作强制湍流低粘度流体（μ<2μ水）时，Nu=0.023Re0.8Prn流体被加热时，n=0.4；流体被冷却时，n=0.3定性温度：流体进出口主体温度的算术平均值.由上式看出，α除跟物性有关外，还与di,u有关

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算流体在圆形直管内作强制湍流结论：流体在圆形管内作强制对流时，其α与流速的0.8次方成正比，与管径的0.2次方成反比。若管径不变，仅流速增加一倍，u2=2u1，α2=α1*20.8=1.741α1μ---液体主体平均温度下的粘度；

μω---液体在壁温下的粘度。

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算流体在圆形直管内作强制湍流应用范围：Re>10000，l/di>50，Pr=0.5～16700定性温度：液体进出口主体温度的算术平均值，除μw外使用以上两个公式时的注意事项

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算流体在圆形直管内作强制湍流B、特征尺寸必须按照规定方式选取，如Nu、Re中的L，对于管内流体与壁面间的对流传热，L指的是di

A、注意使用范围，主要指Re、Pr，必须是指定范围，否则误差较大

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算C、注意定性温度必须按规定方式选取，这里除μw外，都指流体进出口温度的算术平均值⑷流体有相变时的对流传热系数说明：蒸气冷凝和液体沸腾是伴有相变化的对流传热过程，有相变过程的对流传热的特点是：相变液体要放出或吸收大量的潜热，而流体的温度不变，因此在壁面附近流体层中温度梯度较大，从而使对流传热系数较无相变时大①蒸气冷凝蒸气冷凝的方式滴状冷凝、膜状冷凝。且α滴>α膜

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算蒸汽冷凝过程中的注意事项A、不凝气的影响。B、蒸汽流速和流向的影响。流速增加，α增大.流向和冷凝液流向相同，传热效率高。C、蒸汽过热的影响。使α增加。D、传热面形状的影响。①蒸气冷凝在实际操作中，如何避免不利的影响，强化有利的影响？

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算②液体沸腾注意：管内沸腾、大容器沸腾的不同液体沸腾曲线液体沸腾方式：管内沸腾大容器沸腾

基本传热的过程速率计算2对流传热速率计算3辐射传热速率计算

基本概念和基本定律物体由于本身温度或受热而引起内部原子的复杂振动并以电磁波的形式向外发射能量的过程称为热辐射在热辐射过程中，物体的热能转变为辐射能，只要物体温度不变，发射的能量就不变

基本传热的过程速率计算QQAQDQR式中：Q-辐射总能量；QA-被物体吸收的能量；QD-穿透物体的能量；QR-被反射的能量基本概念和基本定律

基本传热的过程速率计算3辐射传热速率计算

基本传热的过程速率计算3辐射传热速率计算若表示落在物体表面的辐射能全部被吸收，此物体为绝对黑体（简称黑体）若表示落在物体表面的辐射能全部被反射出去，此物体为镜体（简称白体）若表示落在物体表面的辐射能全部穿透物体，此物体为绝对透热体（简称透热体）灰体——指能以相同的吸收率吸收所有波长范围辐射能的物体

基本传热的过程速率计算3辐射传热速率计算

基本概念和基本定律斯蒂芬-波尔斯曼定律

基本传热的过程速率计算3辐射传热速率计算

基本概念和基本定律克希霍夫定律任何物体的辐射能力和吸收率的比值等于同温度下黑体的辐射能力，且只和温度有关比较与灰体的吸收率在数值上等于同温下该黑体的黑度

基本传热的过程速率计算3辐射传热速率计算两物体间的辐射传热工业上两物体间多次部分吸收和反射，最终热流方向由高温物体传向低温物体，其净传热量与两物体的温度、形状、相对位置及物体本身的性质有关。其计算式为：

基本传热的过程速率计算3辐射传热速率计算设备热损失的计算化工生产中，许多设备外壁温度高于环境温度，热量以对流和辐射方式向环境散热，造成热量损失。为减少热损失或改善工作条件等，将设备或管道外壁采用保温材料包裹进行保温。保温材料多为导