化工原理传热(精品)

1、1，第四章传热，2，主要内容，4.1概要4.2传热4.3对流传热概要4.4对流传热系数关联式4.5传热过程计算4.6辐射传热4.7热交换器，3，基本要求，了解传热的基本原理，掌握傅立叶定律和平壁，圆筒壁的传热计算，掌握对流传热的基本原理， 掌握牛顿冷却规律及影响对流传热的因素对流传热系数的物理意义和经验关联式的用法，掌握使用条件和注意事项掌握辐射传热的基本概念和基本规律掌握传热过程的计算，了解传热基本方程式、热流量、平均传热温差、总传热系数的计算强化传热过程的方法工业生产中常用的换热器泰国4，4.1概要，第4章传热，5，传热，热从高温区向低温区移动的过程叫做传热，简称传热。 一是强化各种热交换

2、设备中的传热这样的传热过程。 二是为了减少热损失，削弱设备和配管的保温等传热过程。 化工生产中对传热过程的要求、概况、传热的推动力、温度差、传热方向、从高温到低温，6，4.1是4.1.1传热的基本方式，第4章传热，7，1 .传热(也称为传热)，物体各部分间没有相对位移，则由分子、原子、自由电子等微观粒子的热运动在互相接触的物质之间静止的物质的内部层流流动的物质的内部，热传导(热传导)，8，1 .热传导(也称为热传导)，热传导的机制，金属固体中，热传导是由自由电子的运动引起的不良导体的固体和大部分液体中，热传导是晶格结构的振动，即9、流体各部分间产生相对位移的传热过程称为热对流(简称对流)。 热

3、对流仅在流体中产生。 根据流体产生对流的原因，对流可以分为对流、2 .热对流(对流)、自然对流、强制对流、10、流体在固体表面流动时产生的传热过程，即热从流体向固体表面传递(或相反)的过程，也称为通常对流传热。 2、热对流(对流)、对流传热、注意：热对流和对流传热是两个不同的概念。 11、3 .由热辐射、热原因所产生的电磁波通过空间传播称为热辐射。 热辐射的特征是：热辐射、不需要任何介质，除了能在真空中传播的能量传递外，还有能量形式的迁移。任何物体只要在热力学温度零度以上就能放出放射能，但只有在物体温度高的情况下，热辐射才成为主要的传热方式。 12，4.1概述，4.1.1传热的基本方式4.1.

4、2传热过程中的热、冷流体(接触)热交换的方式，13，1 .直接接触式热交换和混合式热交换器，14，2 .蓄热式热交换和蓄热器，15，3 .间壁式热交换和间壁式热交换器，热流体侧的对流传热和热流体侧的图4-3间壁两侧流体间传热对流传热、传热、对流传热、16、4.1概要、4.1.1传热的基本方式4.1.2传热过程中热、冷流体(接触)热交换的方式4.1.3典型的间壁式热交换器，17，1 .套管式热交换器，18，2 .壳式热交换器、图4-5单程壳管式热交换器1-壳管2-管组3，4 -管组5-密封板6-管板7-放水池，2 .壳管式热交换器，动画，21，2 .壳管式热交换器图4-6单程壳管式热交换器1壳体

5、2管组3挡板4挡板，动画，22，4.1的概要4.1.1传热的基本方式4.1.2传热过程中热冷流体(接触)热交换的方式4.1.3典型的间壁式热交换器4.1.4传热速度和热通量，2 q、单位时间通过传热面的热量、J/s、w。基本概念、传热速度、热通量、传热面整体的热阻、单位传热面积的热阻、传热速度=传热推进力(温度差) /传热热阻、24、4.1.1概说、4.1.2传热过程中的热、冷流体(接触)热交换的方式4.1.3典型的间壁式热物理量不随时间变化，物理量不随时间变化，稳态传热、非稳态传热、26，4.1概述，4.1.1传热的基本方式4.1.2传热过程中热、冷流体(接触)热交换的方式4.1.3典型的间

6、壁式热交换器4.1.4传热速度和热通量4.1.5定化学工业生产中，材料在热交换器内加热或冷却时，通常需要用其他流体供给或冷却，1 .定义，加热作用，冷却作用，热介质，高温热介质(加热剂)，低温热介质(制冷剂)，28，2 .热介质的选择和常用热介质，热介质的温度调节控制容易，热介质的饱和蒸气压低，加热时难以分解的热介质的毒性热介质的选择要求，29，4.2热传导，4.2.1基本概念和傅里叶定律4.2.2热传导率4.2.3通过平壁的稳态热传导4.2.4通过圆筒壁的稳态热传导，30，1 .温度场和温度梯度，温度的分布情况。 沿等温面法线方向的温度变化率。 温度梯度是向量，其方向与等温面垂直，温度增加的

7、方向为正，与热传递的方向相反。 温度场、温度梯度、等温面和等温线、31，2 .傅立叶定律、傅立叶定律表明热传导率与温度梯度和热传导面积成比例，热流的方向与温度梯度相反。 温度梯度、热传导率、微分热传导率、q和温度梯度方向相反，32、3 .热传导率是物质固有的性质，是分子微观运动的宏观表现。 数值上与单位温度梯度下的热流束相等，因此物质越大，热传导性能越好。 与物质的种类、热力学状态(t，p )有关。 金属固体非金属固体液体气体、t、气体、水、其他液体的。33、4.2热传导、4.2.1基本概念和傅立叶定律4.2.2.3平板壁的稳态热传导、34、1 .单层平板壁的热传导、假设：热传导率不随温度变化

8、，或忽略取平均值的一维稳态热损失。 图4-8单层平壁热传导，35，平壁一维稳态热传导，积分和整理，1 .单层平壁的热传导，导热阻力，单层平壁的热传导率方程式，36，2 .多层平壁的热传导，图4-9三层平壁热传导，假设：热传导率不随温度变化或取平均值的一维稳态热37，2 .多层平壁的热传导，很明显，通过每个层的Q=常数，或Q=常数，扩展到n层平壁，多层平壁的热传导率方程式，38，2 .多层平壁的热传导，想法：厚度相同的三层平壁的热传导，如图所示，哪个层的热电阻为温差和热阻的关系：各层的温差与热阻成比例，温差越大热阻越大。39、2 .多层平板壁的热传导、影响因素：接触材料的种类和硬度接触面的粗糙度

9、程度接触面的压力空隙内的流体性质，接触热阻一般通过实验或经验推测，接触热阻、接触热阻、40、4.2热传导、4.2.1基本概念和傅里叶定律4.2.2.4 41、图4-11单层圆筒壁的热传导、1 .单层圆筒壁的热传导，假设：一维稳定温度，q为常数，但传热面积s和热通量q随半径变化。42、通过这个薄圆筒壁的传热速度，积分整理，可以写成微分式，积分式，1 .单层圆筒壁的传热，43，单层平板壁的传热速度方程式类似的形式。 其中：圆筒壁的对数平均面积、1 .单层圆筒壁的传热或单层圆筒壁的传热速度方程式、圆筒壁的对数平均半径、注： r2/r12的情况下，可以使用算术平均值代替对数平均值。 44，2 .多层圆

10、筒壁的热传导假定层和层间的接触良好，即相互接触的两表面温度相同。 图4-12多层圆筒壁的热传导，45，2 .多层圆筒壁的热传导，Q=常数，q常数，扩展到n层圆筒壁，多层圆筒壁的热传导率方程式，46，练习主题，思考主题，作业主题：1，热传导这三个基本方式是什么通过多层壁的热传导决定层间界面温度3 .试制了存在接触热电阻时的多层平壁热传导的计算公式。47、4.3对流传热的概要、48、流体在固体壁面(流体温度和壁面温度不同)流动时的传热过程称为对流传热。 在化工传热过程(如间壁式换热器)中占重要地位。 流体无相变对流传热，强制对流传热自然对流传热，流体有相变对流传热，蒸汽冷凝液体沸腾，概要，49，4

11、.3对流传热概要，4.3.1对流传热速度方程式和对流传热系数，50，1 .对流传热速度方程式，温差，局部对流传热系数，微分对流传热热通量，牛顿冷却1 .对流热传递率方程式，对热流体来说：如果热流体通过管内，则冷流体通过外：具体式：热流体，冷流体，tw，tw，t，t，52，1 .对流热传递率方程式用平均热传递率表示：流体和壁面温度差的平均值，平均对流热传递率，对流热传递热阻牛顿的冷却规律不是理论结果，而是单纯的推论，是实验规律。 53，2 .对流传热系数，物理意义：单位温差下的单位传热面积的对流传热率，W/(m2 )，反映了对流传热的速度，越大对流传热越快的流体本身的物理性质，而不是流体的流动状

12、态，有无相变，流体物性，壁面状况，流体流动的原因等相关、54、2 .对流传热系数、空气中、水中、总之：油类中、的量级、55、4.3.1对流传热系数方程式和对流传热系数4.3.2对流传热机构的概要、56、对流传热是通过流体质点的移动和混合而完成的对流传热，图4-13对流传热的温度分布情况，1 .对流传热分析，57，层流内层缓冲层的湍流芯，湍流边界层，传热方式的热传导和对流对流对流，1 .对流传热分析，温度梯度大中央小，热阻大中央小，对流传热集热对流和热传导一体化的综合对流传热的热阻主要集中在层流内层，因此减小层流内层的厚度是加强对流传热的主要方法。 58、2 .将热边界层、靠近壁面的具有温度梯度

13、的薄流体层定义为热边界层。 在热边界层以外的区域中，流体的温度几乎相同，即温度梯度看起来为零。热边界层、图4-14平板上的热边界层、o、59、与壁面接触的薄层流体内的传热只要是热传导，传热速度就可以用傅立叶定律表示，即与壁面接触的薄层流体的温度梯度，2 .根据热边界层、牛顿的冷却规律，流体和壁面间的对流传热速度方程式在热交换器的任一截面中与热流体接触的一侧的壁温、在热交换器的任一截面中的热流体的平均温度60，因此，上式是对流热传递系数的其他定义式，该式表示，关于一定的流体和温度差，只要知道壁面附近的流体层的温度梯度，就可以根据该式求出热边界层的厚度影响层内的温度分布，因此影响温度梯度。边界层内

14、、外侧的温度差一定的情况下，热边界层越薄，(dt/dy)w越大，因此变大。 相反的情况是相反的。 2、热边界层、61、流体在管内流动时，热边界层的发展过程也与流动边界层相似。 流体进入喷嘴后，边界层离开始沿着管长变厚的管入口有一定的距离，在管的中心汇合，边界层的厚度等于管的半径，在这种情况下，称为充分发展流动。 流体在管内传热时，从开始加热(或冷却)到几乎稳定的距离称为进口段。 2 .热边界层、62、4.3对流传热概要、4.3.1对流传热速度方程式和对流传热系数4.3.2对流传热机制概要4.3.3保温层的临界直径、63、保温层的临界直径、问题：保温层越厚保温效果越好吗？ 或者临界半径、临界直径

15、、64、保温层的临界直径、图4-15保温层的临界直径、dc、q有极大值。 65，4.4传热过程的计算，4.4.1热平衡计算4.4.2总传热速度微分方程式和总传热系数4.4.3平均温度差法和总传热速度方程式4.4.4总传热速度方程式的应用4.4.5传热单元数法，66，热交换器的热负荷(传热任务)，热流体： WhcphT1，冷流体： 热流体： t2，(1)没有相变的情况：(2)有相变的情况(没有温度变化的情况):若没有热损失，则热流体放出的热量=冷流体吸收的热量。67、热平衡式、(3)温度变化也有相变过程，需要分阶段计算，例：为1atm，120，W(kg/s )过热蒸汽变成60水，求出每单位时间释

16、放的热量。 120蒸汽100蒸汽100水60水，1、2、3、68、4.4传热过程计算，4.4.1热平衡通过4.4.2总传热速度微分方程和总传热系数，69、热交换器任一个微元件面积dS之间壁两侧流体的传热速度方程式，仿照对流传热速度方程式写1、总传热速度微分方程、热流体、冷流体、t、t、70、总传热系数必须与所选择的传热面积相对应，所选择的传热面积不同，总传热系数的数值也不同，1 .总传热速度微分方程，71，显然，管内径、管外径、平均管径、工程上1、总传热速度微分方程，72，2 .总传热系数，总传热系数k综合反映了传热设备的性能、流动情况和流体物性对传热过程的影响，倒数1/K称为传热过程的总热阻。 取得k的路径：(1)分析计算(2)实验检定(3)经验数据、73，两流体通过管壁的传热包括在以下过程：热流体流动时向管壁传热的对流传热通过管壁的传热管壁和流动中的冷流体之间的对流传热。 2 .总传热系数，1 )总传热系数的计算，热流体、冷流体、tw、t、tw、t、74，稳态传热过程，各串联链路的传热速度必然相等，即、或2 .总传热系数，移项后相加，热流体、冷流体、tw、t、tw、 基于平均表面积的局部总导热系数是基于管外面积的局部总导热系数得到的，2 .总导热系数，77，设计中应考