食品工程原理-第二章-传热ppt课件.ppt

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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1第二章 传 热我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2主要内容 1 1 概述概述 2 2 热传导热传导 3 3 对流传热概述对流传热概述 4 4 稳定传热计算稳定传热计算 5 5 热辐射热辐射 6 6 换热器换热器我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3重点难点p了

2、解热传导、热对流和热辐射的基本概念；了解热传导、热对流和热辐射的基本概念；p掌握导热、对流换热的基本规律及计算方法；掌握导热、对流换热的基本规律及计算方法；p熟悉各种热交换设备的结构和特点；熟悉各种热交换设备的结构和特点；p掌握稳定综合传热过程的计算；掌握稳定综合传热过程的计算；p了解并掌握强化传热和热绝缘的措施。了解并掌握强化传热和热绝缘的措施。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4第一节 概述传热又称热传递，指物体之间或物体内部又称热传递，指物体之间或物体内部因温度差而引起的能量转移。因温度

3、差而引起的能量转移。 传热的推动力温度差温度差 传热的方向高温向低温高温向低温 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物传热在食品工程中的应用传热在食品工程中的应用具体应用：具体应用： (1)(1)一般的加热、冷却、冷凝过程；一般的加热、冷却、冷凝过程； (2)(2)食品的杀菌和保藏；食品的杀菌和保藏； (3)(3)蒸发浓缩、干燥、结晶蒸发浓缩、干燥、结晶( (通过加热去除水分通过加热去除水分) )； (4)(4)蒸煮、焙烤蒸煮、焙烤( (通过加热使食品完成一定的生化反应通过加热使食品完成一定的生化

4、反应) )。食品生产过程对传热的要求：食品生产过程对传热的要求： 强化强化传热传热( (加热或冷却物料加热或冷却物料) ) 削弱削弱传热传热( (设备和管道的保温设备和管道的保温) )我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物传热的基本方式传热的基本方式 热的传递是由于系统内或物体内温度不同而引热的传递是由于系统内或物体内温度不同而引起的，根据起的，根据传热机理传热机理不同，传热的基本方式有三种：不同，传热的基本方式有三种： 热传导热传导(conduction)(conduction)； 热对流热对流

5、(convection)(convection)； 热辐射热辐射(radiation)(radiation)。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7 物体各部分之间物体各部分之间不发生相对位移不发生相对位移，仅借分子、原，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。称为热传导。1.1.热传导热传导（又称导热）（又称导热） 电热炉烧水 相互接触的物质之间相互接触的物质之间静止的物质内部静止的物质内部层流流动的物质内部层流流动的

6、物质内部发生在发生在我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物82.2.热对流热对流 流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。过程称为热对流。 热对流仅发生在流体中。热对流仅发生在流体中。强制对流：强制对流： 因泵（或风机）或搅拌等外力所导致的对流。因泵（或风机）或搅拌等外力所导致的对流。 流动的原因不同，对流传热的规律也不同。在同一流体中流动的原因不同，对流传热的规律也不同。在同一流体中有可能同时发生自然对流和强制对流。有可能同时发生自然对流和

7、强制对流。两种方式：两种方式：自然对流：自然对流：由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产生相对位移，这种对流称为自然对流。致使流体产生相对位移，这种对流称为自然对流。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物9 流体流过固体表面时发生传热过程，即是热由流体流过固体表面时发生传热过程，即是热由流体传到固体表面流体传到固体表面( (或反之或反之) )的过程，通常将它称的过程，通常将它称为对流传热为对流传热( (又称为给热又称为给热) )。热对流与对流传热

8、热对流与对流传热对流传热注意：热对流和对流传热是两个不同的概念。 流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。程称为热对流。热对流我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3 3、热辐射、热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何介质（可在真空中传播）。介质（可在真空中传播）。 任何

9、物体只要在任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能绝对零度以上都能发射辐射能，但是只有在，但是只有在物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。 实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互伴随着出现的。伴随着出现的。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物11第二节第二节 热传导热传导热传导的基本概念热传导的基本概念傅里叶定律傅里叶定律通过平壁的稳态热传导通过平壁的稳态热传导通过圆筒壁的稳

10、态热传导通过圆筒壁的稳态热传导我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物12（一）热传导的基本概念（一）热传导的基本概念温度场温度场等温面等温面温度梯度温度梯度我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1、温度场、温度场 温度场温度场(temperature field)：某一瞬间空间中各点某一瞬间空间中各点的温度分布，称为温度场的温度分布，称为温度场(temperature field)。式中：式中：t 温

11、度（温度（或或K）；）； x, y, z 空间坐标；空间坐标； 时间（时间（S）。）。 物体的温度分布是物体的温度分布是空间空间坐标和坐标和时间时间的函数，即的函数，即 t = f (x，y，z，)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 一维温度场：一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。 一维温度场的温度分布表达式为：一维温度场的温度分布表达式为： t = f (x,)对于对于一维一维的的稳定稳定传热有：传热有：t = f (x)不稳定温度场：不稳

12、定温度场：温度场内各点温度随时间而改变。温度场内各点温度随时间而改变。 相应的传热称为非定态热传导。相应的传热称为非定态热传导。稳定温度场：稳定温度场：温度场内各点温度不随时间而改变。温度场内各点温度不随时间而改变。 相应的传热称为稳定传热相应的传热称为稳定传热温度场温度场 t = f (x，y，z)食品工业中大部分情况下的连续生产均为稳定传热食品工业中大部分情况下的连续生产均为稳定传热特点：通过某传热表面的传热速率为常量特点：通过某传热表面的传热速率为常量我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物等

13、温面的特点等温面的特点： （1 1）等温面）等温面不能相交不能相交；（2 2）沿等温面）沿等温面无热量传递无热量传递。t1t2t1t2等温面等温面Q等温面：等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组温度场中同一时刻相同温度各点组成的面。成的面。对于等温面对于等温面x和和x+x的温度分别为的温度分别为t (x, )和和t (x+x , )，则两等温，则两等温面之间的平均温度变化率为：面之间的平均温度变化率为： t (x+x , ) t (x, ) x2、等温面、等温面我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生

14、物3、温度梯度、温度梯度ntnttgradn 0lim温度梯度是一个温度梯度是一个向量向量： 方向方向垂直垂直于该点所在等温面；于该点所在等温面； 以以温度增加温度增加的方向为的方向为正正。 一维定态热传导一维定态热传导t+ tt- ttnQdAxt d/d我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物17（二）傅立叶定律（二）傅立叶定律公式公式热通量热通量温度梯度与傅里叶定律温度梯度与傅里叶定律导热系数导热系数我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快

15、，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 傅立叶定律是热传导的基本定律，它指出：傅立叶定律是热传导的基本定律，它指出：单位时间单位时间内传导内传导的的热量热量与与温度梯度温度梯度及垂直于热流方向的及垂直于热流方向的截面积截面积成正比，即成正比，即式中式中 Q传热速率，传热速率，单位时间传导的热量，单位时间传导的热量，w A 导热面积导热面积，即垂直于热流方向的表面积，即垂直于热流方向的表面积，m2 导热率（导热系数）导热率（导热系数），W/(mk) 式中的式中的负号负号指指热流方向热流方向和和温度梯度方向温度梯度方向相反。相反。 tdQdAntQAn或或1、公、公 式式我吓了一跳，蝎子是多么

16、丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物ddQtqAn q: :热通量热通量( (热流密度热流密度) )，W/m2对一维稳态热传导对一维稳态热传导 ddddddttQAQAnn 2 2、热通量、热通量根据傅里叶定律，单位时间内单位传热面积传导的热量与温根据傅里叶定律，单位时间内单位传热面积传导的热量与温度梯度也成正比，因此傅里叶定律又可表示为：度梯度也成正比，因此傅里叶定律又可表示为：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n

17、dAQt+ttt-tt/n图图 温度梯度和傅立叶定律温度梯度和傅立叶定律3 3、温度梯度和傅立叶定律、温度梯度和傅立叶定律我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物表征物质表征物质导热能力导热能力的大小，是物质的物理性质之一，其值与的大小，是物质的物理性质之一，其值与物质的组成，结构、密度、温度及压强有关。由实验测得。物质的组成，结构、密度、温度及压强有关。由实验测得。一般金属一般金属（固体）（固体）的导热系数的导热系数非金属（固体）非金属（固体）液体液体气体气体表表2-1 物质导热系数的数量级物质导

18、热系数的数量级dQqttdAnn 4 4、导热系数、导热系数单位：单位：W/(m K)物质种类物质种类气体气体液体液体非导固体非导固体金属金属绝热材料绝热材料，w/(mk)w/(mk)0.0060.0060.60.60.070.070.70.70.20.20.30.315152402400.250.25我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物多数固体多数固体与温度的关系与温度的关系 =k0+kt 单位：单位：W/(m K) k0 -0下的导热系数下的导热系数 k为经验常数。为经验常数。 对大多数金属

19、材料，其对大多数金属材料，其k值为负值；对非值为负值；对非金属材料则为正值。金属材料则为正值。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物对于金属对于金属 固体固体t 、 (通过自由电子的运动通过自由电子的运动)对于非金属对于非金属 固体固体t 、 (通过靠晶格结构的振动通过靠晶格结构的振动) 对于金属液体对于金属液体 t 、 (通过靠晶格结构的振动通过靠晶格结构的振动) 对于非金属液体对于非金属液体t 、略减小。略减小。对于气体对于气体 t 、 (通过分子不规则热运动通过分子不规则热运动) 随压力变化

20、不大。只有当系统的压力随压力变化不大。只有当系统的压力P满足满足200Mpa P3kpa 时，随压力的降低而降低；随压力的降低而降低；达到达到真空时真空时约为约为0，保，保 温温 瓶瓶 夹夹 层层 抽抽 真真 空空 就就 是是 此此 道道 理理。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（三）平壁的热传导（三）平壁的热传导单层平壁的热传导单层平壁的热传导多层平壁的热传导多层平壁的热传导我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表

21、里边有一个活的生物如图所示：如图所示：bt1t2Qtt1t2obx平壁壁厚为平壁壁厚为b b，壁面积为，壁面积为A A；壁的材质均匀，导热系数壁的材质均匀，导热系数不不 随温度变化，视为常数；随温度变化，视为常数；平壁的温度只沿着垂直于壁面平壁的温度只沿着垂直于壁面的的x x轴方向变化，故等温面皆为垂轴方向变化，故等温面皆为垂直于直于x x轴的平行平面。轴的平行平面。平壁侧面的温度平壁侧面的温度t t1 1及及t t2 2恒定。恒定。1 1、单层平壁的热传导、单层平壁的热传导我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里

22、边有一个活的生物dtQAdx 1212()tttQA ttbbRA 式中式中t=tt=t1 1-t-t2 2为导热的推动力为导热的推动力( (driving forcedriving force) )，而，而R=b/AR=b/A则为导热的热阻则为导热的热阻( (thermal resistancethermal resistance) )。 根据傅立叶定律根据傅立叶定律 分离积分变量后积分，分离积分变量后积分，积分边界条件：当积分边界条件：当x x=0=0时，时，t= tt= t1 1；x=bx=b时，时，t= tt= t2 2，我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美

23、丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物将上式推而广之，则传递过程的普遍关系式为：将上式推而广之，则传递过程的普遍关系式为： 过程传递速率过程传递速率=过程的推动力过程的推动力/过程的阻力。过程的阻力。 (对传热，传质，动量传递对传热，传质，动量传递“三传三传”均适用）均适用）当当为常数，为常数，xttbttq 121 ）（211ttbxtt 单层平壁内温度分布为直线单层平壁内温度分布为直线当当随温度变化时，单层平壁内温度分布为曲线。随温度变化时，单层平壁内温度分布为曲线。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到

24、愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例：某平壁厚度为例：某平壁厚度为0.37m，内表面温度，内表面温度t1为为1650，外表面温度为，外表面温度为300，平壁材料的，平壁材料的导热系数导热系数=0.815+0.0076t（式中（式中t的单位为的单位为，的单位为的单位为W/m ）。若将导热系数）。若将导热系数按常量（取平均导热系数）计算时，试求按常量（取平均导热系数）计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。平壁的温度分布关系式和导热热通量。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物解：导

25、热系数按照常量计算解：导热系数按照常量计算 平壁的平均温度为平壁的平均温度为 t tm m= (t= (t1 1+t+t2 2)/2=(1675+300)/2=975)/2=(1675+300)/2=975 平壁材料的平均导热系数为平壁材料的平均导热系数为 m m= 0.815+0.00076 = 0.815+0.00076 975=1.556 975=1.556 W/(m W/(m ) ) 由式由式可求得导热热通量为：可求得导热热通量为：q= q= /b (t/b (t1 1-t-t2 2) = 1.556/0.37 ) = 1.556/0.37 * *(1650-(1650-300) =

26、5677W/m 300) = 5677W/m 2 2 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物如图所示：以三层平壁为例如图所示：以三层平壁为例Qb1b2b3xtt1t2t3t4假定各层壁的厚度分别为假定各层壁的厚度分别为b b1 1，b b2 2，b b3 3，各层材质均匀，导热系，各层材质均匀，导热系数分别为数分别为1 1，2 2，3 3，皆视为，皆视为常数；常数；层与层之间接触良好，相互接层与层之间接触良好，相互接触的表面上温度相等，各等温面触的表面上温度相等，各等温面亦皆为垂直于亦皆为垂直于x

27、 x轴的平行平面。轴的平行平面。壁的面积为壁的面积为A A，在稳定导热过程，在稳定导热过程中，穿过各层的热量必相等。中，穿过各层的热量必相等。2、多层平壁的稳定热传导 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物11121()QA ttb111211bQtttA 3333bQtA 2222bQtA 第一层第一层 第三层第三层第二层第二层对于稳定导热过程：对于稳定导热过程：Q1=Q2=Q3=Q312123123()bbbQtttAAA 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世

28、界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物12314331212123123()()tttttQbbbbbbAAAAAA 32141321321RRRttRRRtttQRttAbttQnniiiin11011同理，对具有同理，对具有n层的平壁，穿过各层热量的一般公式为层的平壁，穿过各层热量的一般公式为式中式中i为为n层平壁的壁层序号。层平壁的壁层序号。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物33 312122334123123:bbbttttttRRRAAA 思考：思考：厚

29、度相同的三层厚度相同的三层平壁传热，温度分布如图平壁传热，温度分布如图所示，哪一层热阻最大，所示，哪一层热阻最大，说明各层说明各层 的大小排列。的大小排列。t t1 1t t2 2123t t2 2t t4 4t t3 3温差与热阻的关系：温差与热阻的关系：各层的温差与热阻成正比，温差越大，热阻越大。各层的温差与热阻成正比，温差越大，热阻越大。213RRR213213ttt我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物34影响因素：影响因素：接触材料的种类及硬度接触材料的种类及硬度接触面的粗糙程度接触面的

30、粗糙程度接触面的压紧力接触面的压紧力空隙内的流体性质空隙内的流体性质 接触热阻一般通过实验测定或凭经验估计接触热阻一般通过实验测定或凭经验估计接触热阻接触热阻两个名义上互相接触的固体表面，实际上接触仅仅发生在一些离散两个名义上互相接触的固体表面，实际上接触仅仅发生在一些离散的面积元上，在未接触的界面之间的间隙常常充满了空气，热量将的面积元上，在未接触的界面之间的间隙常常充满了空气，热量将以导热的方式穿过这种气隙层，这种情况与固体表面完全接触相比，以导热的方式穿过这种气隙层，这种情况与固体表面完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。我吓了一跳，蝎子是

31、多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例例1：某冷库外壁内、外层砖壁厚均为：某冷库外壁内、外层砖壁厚均为12cm，中间夹层厚中间夹层厚10cm，填以绝缘材料。砖墙的，填以绝缘材料。砖墙的热导率为热导率为0.70w/mk，绝缘材料的热导率为，绝缘材料的热导率为0.04w/mk，墙外表面温度为，墙外表面温度为10 ，内表面，内表面为为-5 ，试计算进入冷库的热流密度及绝缘，试计算进入冷库的热流密度及绝缘材料与砖墙的两接触面上的温度。材料与砖墙的两接触面上的温度。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样

32、一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例例1 1解：解： 根据题意，已知根据题意，已知t t1 1=10=10，t t4 4=-5=-5，b b1 1=b=b3 3=0.12m=0.12m，b2=0.10mb2=0.10m，1 1= = 3 3= = 0.70w/m0.70w/mk k， 2 2= = 0.04w/m0.04w/mk k。按热流密度公式计算按热流密度公式计算q q：21431212310(5)5.27/0.120.100.12()0.700.040.70ttQqwmbbbA按温度差分配计算按温度差分配计算t2、t31 . 970. 012

33、. 027. 5101112bqtt1 . 4) 5(70. 012. 027. 54333tbqt我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（四）圆筒壁的热传导（四）圆筒壁的热传导单层圆筒壁的稳定热传导单层圆筒壁的稳定热传导多层圆筒壁的稳定热传导多层圆筒壁的稳定热传导我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Qt2t1r1rr2drL如图所示：如图所示：设圆筒的内半径为设圆筒的内半径为r r1 1，内，内壁

34、温度为壁温度为t t1 1，外半径为，外半径为r r2 2，外壁温度为外壁温度为t t2 2。温度只沿半径方向变化，温度只沿半径方向变化，等温面为同心圆柱面。圆筒等温面为同心圆柱面。圆筒壁与平壁不同点是其面积随壁与平壁不同点是其面积随半径而变化。半径而变化。在半径在半径r r处取一厚度为处取一厚度为drdr的的薄层，若圆筒的长度为薄层，若圆筒的长度为L L，则，则半 径 为半 径 为 r r 处 的 传 热 面 积 为处 的 传 热 面 积 为A=2rLA=2rL。1 1 单层圆筒壁的稳定热传导单层圆筒壁的稳定热传导我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？

35、但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2dtdtQArLdrdr 1221ln2rrttLQ将上式分离变量积分并整理得将上式分离变量积分并整理得 根据傅立叶定律，对此薄圆筒层可写出根据傅立叶定律，对此薄圆筒层可写出传导的热量为传导的热量为我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物讨论：讨论：（1）上式可以写为）上式可以写为122112212221112()()()()()lnlnl ttrrttAAQrArrbrA12m()tttbRA推动力热阻12rrb 21m21ln/AAAA

36、A对数平均面积对数平均面积（2） 212 rr12m2AAA我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（3）圆筒壁内的温度分布）圆筒壁内的温度分布1111ln2ln/2rrlQttrrttlQ 2121d2dttrrtrlrQ 上限从上限从22ttrr ，改为改为ttrr ，tr呈呈对数关系变化对数关系变化（4）平壁：各处的）平壁：各处的Q和和q均相等；均相等； 圆筒壁：不同半径圆筒壁：不同半径r处处Q相等，相等，但但q却不等却不等我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世

37、界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物r1r2r3r4t1t2t3t4根据热量守恒定律，稳定热传导过程根据热量守恒定律，稳定热传导过程中通过各层的导热速率相等。中通过各层的导热速率相等。如图所示：以三层圆筒壁为例。如图所示：以三层圆筒壁为例。假定各层壁厚分别为假定各层壁厚分别为b b1 1= r= r2 2- - r r1 1，b b2 2=r=r3 3- r- r2 2，b b3 3=r=r4 4- r- r3 3；各层材料的导热系数各层材料的导热系数1 1，2 2，3 3皆视为常数；皆视为常数；层与层之间接触良好，相互层与层之间接触良好，相互接触的表面温度相等，

38、各等温接触的表面温度相等，各等温面皆为同心圆柱面。面皆为同心圆柱面。2 2、多层圆筒壁的稳定热传导、多层圆筒壁的稳定热传导我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 多层圆筒壁的热传导计算，可参照多层平壁。多层圆筒壁的热传导计算，可参照多层平壁。 对于第一、对于第一、二、三层圆筒壁有二、三层圆筒壁有12211ln2rrttLQ34433ln2rrttLQ23322ln2rrttLQ121212rrlnLQtt 232322rrlnLQtt 343432rrlnLQtt 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖

39、的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物根据各层温度差之和等于总温度差的原则，整理上三式可得根据各层温度差之和等于总温度差的原则，整理上三式可得 34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQniiiiinrrttLQ1111ln1)(2同理，对于同理，对于n层圆筒壁，穿过各层热量的一般公式为层圆筒壁，穿过各层热量的一般公式为 注：对于圆筒壁的稳定热传导，通过各层的热传导速率都是注：对于圆筒壁的稳定热传导，通过各层的热传导速率都是相同的，但是热通量却不相等。相同的，但是热通量却不相等。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶

40、和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例例1 1 内径为内径为25.4mm25.4mm，外径为，外径为50.8mm50.8mm的不锈的不锈钢管，其热导率为钢管，其热导率为21.63W/mK21.63W/mK。外包厚。外包厚度为度为25.4mm25.4mm的石棉保温层，其热导率为的石棉保温层，其热导率为0.2423W/mK0.2423W/mK。管的内壁面温度为。管的内壁面温度为538538，保温层的外表面温度为，保温层的外表面温度为37.837.8，计算钢，计算钢管单位长度的热损失及管壁与保温层分界管单位长度的热损失及管壁与

41、保温层分界面的温度。面的温度。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例例2 在一在一 603.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为的钢管外层包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数的氧化镁粉，平均导热系数=0.07W/m，外层为，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数的石棉层，其平均导热系数=0.15W/m。现用热电偶测得管。现用热电偶测得管内

42、壁温度为内壁温度为500，最外层表面温度为，最外层表面温度为80，管壁的导热系数，管壁的导热系数=45W/m。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。 34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQ解：解：每米管长的热损失每米管长的热损失此处，此处，r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07m r4=0.07+0.02=0.09mt3r1r3t1r4t4t2r2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉

43、快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物mwLQ/4.19107.009.0ln15.0103.007.0ln07.010265.003.0ln451)80500(14.32保温层界面温度保温层界面温度t323212131ln1ln1)(2rrrrttLQ03.007.0ln07.010265.003.0ln451)500(14.324.1913t解得解得 t3=131.2 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物493、保温层的临界直径、保温层的临界直径某些情况下，如小直径管外包裹定能不好的保

44、温材料时，某些情况下，如小直径管外包裹定能不好的保温材料时，热损失随保温层厚度的增加而增加，只有外半径大于某一热损失随保温层厚度的增加而增加，只有外半径大于某一直径时，才能使热损失减少，此直径为临界直径。直径时，才能使热损失减少，此直径为临界直径。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物基本概念基本概念对流传热机制对流传热机制对流传热中的因次分析对流传热中的因次分析无相变时的对流传热系数无相变时的对流传热系数有相变时的对流传热系数有相变时的对流传热系数 第三节第三节 对流传热对流传热我吓了一跳，蝎子

45、是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物对流传热概念对流传热概念对流传热速率方程（牛顿冷却定律）对流传热速率方程（牛顿冷却定律）对流传热系数对流传热系数 （一）对流传热的基本概念（一）对流传热的基本概念我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 1 1、对流传热的基本概念、对流传热的基本概念定义：定义：流体流过固体壁面流体流过固体壁面( (流体温度与壁面温流体温度与壁面温度不同度不同) )时的传热过程称为对流传热。它在化工

46、时的传热过程称为对流传热。它在化工传热过程传热过程( (如间壁式换热器如间壁式换热器) )中占有重要的地位。中占有重要的地位。流体无相变的流体无相变的对流传热对流传热强制对流传热强制对流传热自然对流传热自然对流传热流体有相变的流体有相变的对流传热对流传热蒸气冷凝蒸气冷凝液体沸腾液体沸腾对流对流传热传热我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物53对流传热对流传热是一个热交换过程，一种介是一个热交换过程，一种介质以对流形式将热量传递给另一种介质。质以对流形式将热量传递给另一种介质。不同介质间不同介质间热

47、对流热对流是介质自身由于温度分布造成是介质自身由于温度分布造成密度分布不均匀而形成的对流现象。密度分布不均匀而形成的对流现象。同种介质同种介质对流传热和热对流的区别对流传热和热对流的区别我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物式中式中 Q对流传热速率，对流传热速率，W； A传热面积，传热面积，m2 t对流传热温度差，对流传热温度差， t= Th-Tw或或t= t-tw，； Th热流体平均温度，热流体平均温度，； Tw与热流体接触的壁面温度，与热流体接触的壁面温度，； 1对流传热系数对流传热系数(he

48、at transfer confficient)，W/m2K（或（或W/m2）。）。hw1TTtQRA上式称为上式称为牛顿冷却定律牛顿冷却定律。 对流传热是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率由牛对流传热是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率由牛顿冷却定律给出：顿冷却定律给出：Q= A（Th-Tw）或）或2 2、对流传热速率方程（牛顿冷却定律）、对流传热速率方程（牛顿冷却定律）dQ= dA T我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物55 对流传热速率方程11()wdQa TTdS2w2()dQa

49、tt dS对热流体而言：对冷流体而言：若热流体走管内，冷流体走管外：具体表达式：热流体冷流体twTwtT我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3、对流传热系数、对流传热系数=Q/AT对流传热系数在数值上等于单位温度差下热通量。对流传热系数在数值上等于单位温度差下热通量。反映对流传热的快慢，反映对流传热的快慢，越大，表示对流传热越快。越大，表示对流传热越快。 对流传热系数不是流体的物理性质。对流传热系数不是流体的物理性质。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？

50、但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物57 KmWKmW22/10020/255：强制对流自然对流 KmWKmWKmWKmW2222/250002500/150005000/150001000/1000200：水沸腾蒸汽冷凝强制对流自然对流空气中水中无相变有相变 自然强制 gl 总之： KmWKmW22/2000500/150050：蒸汽冷凝强制对流油类中的量级我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物58（二）对流传热机制（二）对流传热机制对流传热分析对流传热分析传热边界层传热边