化工原理-热传.pptx

1、第6章，热传递)，41概述1。热交换在生产和加工中的作用。满足生产工艺要求。余热回收。保持设备温暖(或寒冷)。2.热交换的基本方式和速率。热传递的基本方式(传导、对流、辐射)2。直接接触、分隔和再生热交换。3.传热过程在隔断换热器壁面热流体冷流体的传热过程是：冷流体对另一面壁面热流体的对流，传导，对流，两种类型的隔断换热器常用于工业生产，板式换热器，管式换热器，4。传热速率传热速率单位：焦耳/秒(瓦)热通量(热通量)q，单位：焦耳/平方厘米q=dQ /dA，3。热传递条件和方向1。热传递的必要条件(存在温差)2。传热方向，自动，高温和低温，本章主要内容：1 .通过固体壁2的热传导。对流供热热传

2、导，1。基本概念和傅立叶定律1。温度场系统中各点的温度分布之和可以用下面的函数式表示：t=f (x，y，z ),稳态温度场t=f (x，y，z)一维温度场t=f (x ),一维稳态温度场t=f、t t t T2，温度梯度gradt=lim (t/n) gradt n0q n一维稳态热传导梯度t=d t/d x，3。根据大量实验结果，一维稳态热传导有Q梯度t，Q d t/d引入标度系数，Q=-d t/d或Q=-Ad t/d其中A为传热表面积，m2；导热系数，W/m K(W/m)。4。热导率的物理意义：影响因素：物质的组成、结构、密度、温度和压力可以通过实验来测量。一般来说，金属和非金属的液体和气

3、体，(1)固体金属的导热系数=4203瓦/(米)(或瓦/米)，非金属=100.01瓦/(米)(在常温常压下)建筑材料0.1-10瓦/(米)，绝热材料0.01-0.1瓦/(米)，(1)对于大多数均匀固体=0(1 0-0固体导热系数，瓦/(米)；-温度系数，1/；T -固体温度。金属、非金属；纯金属和非金属(C)绝热材料的导热系数通常为0.2 W/m (D)，通常按平均值计算，(2)液体导热系数=0.090.9 W/m，水导热系数=0.6 W/m(常温常压下)，(3)气体导热系数=0.0060.4 W/m。T1 1。通过单个平壁t2的稳态热传导的计算根据Q=-Ad t/d x，当时间为常数时，0

4、x分离变量积分：d t=-(Q/A)d x积分上下项为x=0，T=T1X=，t=t2，然后t1 t2 t Q=/A R其中：t热传导驱动力；r=/()热导率。平壁温度分布(tx关系)当作为常数计算时，t=t1 -(Q/A)x tx关系是线性关系。2.通过多层平壁(三层平壁)的稳态热传导Q的计算1 2 3根据Q=Q1=Q2=Q3:Q T1T 2 T2 T3 T4=1/1 a2/2 a3/3A T1T 2 T3 T4根据加法定律：t1 t4 Q=1/1A 2/2A 3/3A可以用同样的方法得到。n层平壁的方程为t1 t n Q=i/i A、和多层平壁的温度分布(tx关系)。当1、2和3被计算为常数

5、时，每层中的tx是线性的，并且具有大热阻的壁具有大的温差。3.单层圆柱壁与平壁稳态导热的区别在于圆柱壁的传热面积不是常数，而是随半径而变化，温度也随半径方向而变化。热传导率设定为：r1气缸内径，r2气缸外径，壁厚=r1-r2，l气缸长度Q t1内壁温度，t2外壁温度，t1t2，热传导率方向垂直于流体流动方向。这时，傅立叶定律可以写成Q=-Ad t/d r=-2r L d t/d r、通过对上述公式的分解变量进行积分，可以将Q=2L(t1 t2)/ln(r2/r1)归类为类似于平壁热传导的形式：让Am=2 l (R2-R1)/。当A2/A1为2时，可以取算术平均值。当Q r t=t1 l n 2

6、L r1不变时的温度分布(tx关系)，即气缸壁温度t沿半径方向呈对数分布。4.多层圆柱壁的稳态导热与多层平壁的稳态导热相似。对于N层圆柱形壁，存在T1。5.接触热阻当两种以上的隔热材料一起使用时，由于接触面不能完全光滑，层间总会有一定的间隙，即存在一薄层空气。这层空气产生的热阻称为接触热阻。接触热阻有利于保温。有一个单一的平墙，=0.24米，=0.52瓦/米，A=1米2，t1=15，t2=0。问q=？原单层分为两层：1=3=0.12 m，2=9mm，1=3=0.52w/m，空气=0.024 w/m，内外壁温度不变，q=？Q=32.5瓦/平方米，Q=17.9瓦/平方米，43对流供热，1。基本概念

7、和牛顿冷却定律热流体(1)对流供热过程的分析TW Q，对流供热(传递)过程是热传导和对流共同作用的结果。对流供热不仅受热传导规律的制约，还受流体流动规律的控制。这是一个极其复杂的过程。(2)牛顿冷却定律和对流传热系数。在工程中，对流传热的热流密度记为：当流体被加热时q=(tW -t)或当流体被冷却时Q=(Tw-T)Q=A(Tt-Tw)，对流传热系数公式为w/(m2)；TW，TW壁温，测试和测试流体的平均温度；传热面积，m2。以上两个公式被称为牛顿冷却定律。注意：(3)对流供热过程分类*无流体相变的对流供热过程，强制对流供热(原因：外力(如泵、风机、搅拌器等)。)管内外强制层流和强制紊流自然对流

8、供热(原因：温差密度差流)(一般情况下，强制对流强度大于自然对流强度，热效率高)*蒸汽冷凝在相变对流加热过程中给热液体提供沸腾热量；2.影响对流加热系数的因素及准数关系。当流体没有相变时，影响因素有：流体的物理性质、cp、体积膨胀系数等。强制对流的速度。自然对流的特征速度可以用单位体积内不同密度的流体产生的浮力来表征。固体表面的特征尺寸，表示为l，可表示为：=f(u，l、cp，gt)标准数方程(由无量纲量组成的标准数关系，通过量纲分析得到)Nu=ArePrbgrc，Nu=ArePrbgrc，每个标准数的含义为： Re雷诺数Re=d u/，表示流体运动状态对对流供热的影响。Nu Nusselt数

9、Nu=L/表示对流增加传热系数的倍数(相对于纯导数)。Pr普朗特数Pr=cp/表示流体物理性质对对流供热的影响。Gr grasshoff数表示自然对流对对流供热的影响。上述标准数关系中的a、a、b和c需要通过实验来确定。使用实验方程(经验相关)时，我们应注意：1 .适用范围。定性温度3。特征尺寸。3.无相变对流传热系数的经验关联。(1)圆形直管内强迫湍流的对流传热系数。通过大量实验发现，在以下条件下：0.73040 .在上述公式中，当流体被加热时，A=0.023，a=0.8，b=0.4，当流体被冷却时，b=0.3，即Nu=0.023Re0.8Prb或=0.023(/d )Re0.8Prb，公式

10、为：当流体和定性温度恒定时，R0.8=B d 0.2 * 2 Uq Dq * 1如果不满足上述条件，则根据上述公式计算的结果应适当修正。(1)对于高粘度液体=0.027(/d )Re0.8Pr 0.33 (/w)0.14，液体在定性温度下的粘度；壁温下液体的粘度。适用范围：Re104；L/d3040。Pr=0.5100的各种液体(不适用于液态金属)。特征尺寸：管道内径d。定性温度：除W外，取液体进出口的平均温度。(/w)0.14可以取为：当液体受热时(/w)0.14=1.05，当液体冷却时(/w)0.14=0.95，当L/d 1和Re=200010000时，层流内层较厚，热阻大而小，因此用前一

11、公式计算的结果应乘以修正系数f，f=1。首先，采用圆形直管的计算公式，并替换公式中的定性尺寸等效直径可计算如下：de=4/为湿周边长度。方法简单，但准确度不好。另一种方法是根据实验直接得到计算非圆直管内强制对流换热系数的经验公式。(2)圆形直管内强制层流的对流换热系数Nu=1.86(RePrD/L)1/3(w)0.14适用范围：Re 10。特征尺寸：管道内径d。定性温度：除W外，取液体进出口温度的算术平均值。(3)对流换热系数与管的数量和排列有关。(4)大体积自然对流的对流换热系数，圆形直管内强迫湍流的对流换热系数=0.023(d)Re 0.8 Prb当流体为常数且定性温度为常数时，u0.8=

12、B d0.2当使用实验方程(经验关联式)时，应注意：1 .适用范围。定性温度3。特征尺寸4。冷凝传热1。冷凝当薄膜冷凝和液滴冷凝的冷凝过程被纯蒸汽冷凝加热时，气相中没有温度梯度；冷凝过程中的热阻都集中在冷凝膜上。薄膜冷凝滴状冷凝，2，垂直于圆管外冷凝传热系数的冷凝传热系数，层流中的平均冷凝传热系数，2g R3=1.13(1/4 Lt)，特征尺寸：管道长度L定性温度：薄膜温度(ts和tW的算术平均值)，r取tS下的值。冷凝传热系数2g 3 4Lt=0.0077(1/3)(0.4 r)，水平圆管外的冷凝传热系数2g R3=0.725(1/4 dt)，特征尺寸：管外径定性温度：膜温度(ts和tW的算术平均值)，r取tS下的值。* *水平圆管与垂直圆管的传热系数之比为水平L=0.64(1/4)垂直D，水平管束外的冷凝传热系数为2g R3=0.725(1/4)N2/3dt，其中n为垂直方向的管排数。3.影响冷凝供热的因素及强化措施不凝性气体的影响蒸汽过热的影响蒸汽流量和流向的影响4。强化冷凝传热过程(尽量减少液膜厚度)*沸腾供热(略)，小结：测定方法：确定对流供热类型选择合适的实验方程。使用实验方程