三种基本传热方式课件.ppt

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1、主要内容：本章介绍了三种基本传热方式，即导热、对流传热、辐射传热的基本概念和定律；详细分析了对流传热过程机理，建立了对流传热速率方程以及表面传热系数的经验关联式；由总传热速率方程出发，对传热过程进行设计计算和操作分析、诊断；介绍了换热设备的类型和列管式换热器的设计和选用。 重点内容： 对流传热过程的基本概念、定律、传热速率方程；管内强制湍流流动时表面传热系数的经验关联及影响因素；总传热速率方程以及传热过程的计算。,第六章 传热,6.1 概述 一、传热过程在工业生产中的应用,传热即热的传递（以温度差为推动力的能量传递现象）根据热力学第二定律，凡是有温度差的存在就必然有热的传递，因此传热是自然界和

2、工程领域中较为普遍的一种传递过程。许多单元操作，如蒸发、精馏、干燥、结晶、冷冻、吸收和萃取等，无不直接或间接与传热有关。 传热的目的和用途： 加热或冷却：为满足生产工艺要求，如保证化学反应、单元操作的正常进行，对物料进行加热或冷却、汽化或冷凝，使物料达到指定的温度和相态； 换热：回收和利用废热，节省能源 保温： 为减少热损失，对高温或低温的设备及管道进行保温隔热。如工业上分离空气的精馏塔，塔内温度在-180，如设备不保温绝热，则冷量损失太大，且操作无法进行。,化工生产对传热要求可分为两种情况： 强化传热 ：如各种换热设备中的传热，强化传热可降低设备费用。 削弱传热 ：保温，减少热损失。 化工生

3、产过程中需要解决的传热问题大致分为两类： （1） 传热过程的计算，包括设计型计算和操作型计算；（2） 传热过程的改进与强化 二、传热学与热力学（物理化学） 内容： 研究方法不同： 热力学研究的是黑箱法 ，只研究体系与环境的能量交换，不考虑机理。它是建立热力学三大定律上的严格数学推导。 传热学的研究方法是一种工程方法。数学模型法因次分析法，常常用大量经验式组成、半经验半理论的方法。,三、传热的三种基本方式 热的传递是由于物体内或系统内的两部分之间的温度差而引起的，净的热流方向总是由高温处向低温处流动。根据传热机理不同，热的传递有三种方式：传导、对流和辐射,热传导： 热传导又称导热。是指热量从物体

4、的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。导热是静止物体的一种传热方式，不依靠物质的宏观位移。 热传导在气、液、固中均可以进行，但传导的机理不同。金属-自由电子的扩散运动；非金属和大部分液体（除水银等）晶格振动和分子碰撞；气体分子不规则热运动。 如：一根铁棒一端放在火炉上烧，热量会通过铁棒传递到另一侧，但无物质的宏观位移。,对流传热：依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。 对流传热过程伴随着流体质点间的热传导。工程上习惯常将流体与固体壁面之间的传热称为对流传热。实际上包括对流和传导两种形式：靠近壁面附近的流体层（层流内层）中依靠热

5、传导的方式传热，在流体主体（湍流）中则主要依靠对流方式传热。 辐射传热：是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，又被全部或部分地吸收而变为热能。 特点: (1)不需要介质 (2) EaT4 三种传热方式一般不单独存在，往往相互伴随，同时出现。如热量在设备保温层中的传递，以导热为主，而由保温层向空气散热，则是对流和辐射并联传热的结果。,四、传热过程冷热流体接触方式 直接接触式 间壁式 蓄热式,1.直接接触式 冷热流体在换热设备中直接混合，而达到换热的目的。这种换热方式，传热面积大，设备简单，常常起到其它的作用(另有目的),CO+

6、H2OCO2+H2+Q,2.间壁式,3.蓄热式,五、 几个术语 1.稳态传热和非稳态传热 稳态传热：在传热系统中各点的温度分布不随时间而改变的传热过程；稳态传热时各点的热流量不随时间而变，连续生产过程中的传热多为稳态传热。非稳态传热：传热系统中各点的温度既随位置又随时间而变的传热过程。 2.传热速率Q（w） 和热通量q(w/m2) 3.换热器热负荷: 生产上要求流体温度变化吸收或放出的热量 对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失忽略不计，则单位时间内换热器中热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。 无相变时 显热 Q=qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1),恒压比热Cp:

7、恒压条件下，单位质量的物质升高或降低1所需（放出）的热量，KJ/Kg.。取平均温度下的数值计算。 有相变时（蒸汽冷凝、液体沸腾） 相变热Q=qmr r:汽化潜热，KJ/Kg。 如热流体是饱和蒸汽，在换热器中冷凝后，冷凝液温度T2低于饱和温度T1。 则 Q=qm1r+Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1),第二节：热传导,一、傅立叶定律： 物体或系统内两点间的温度差是热传导的必要条件。若物体两部分间连续存在着温度差，则热能将从高温部分自动流向低温部分。直至整个物体各部分温度相等为止，热传导是静止物体的一种传热方式。,1、温度场、等温面和温度梯度 一物体内部，如各点间存在温度差异，则热就

8、从高温点向低温点传导，即产生热流，由传导方式产生的热流大小，决定于物体内的温度分布。 物体内温度分布 温度t=f(x,y,z,)=f(空间，时间)温度场数学表达式 t=f(x,y,z,)=f(空间，时间)不稳定的温度场 t=f(x,y,z)=f(空间)稳定的温度场 t=f(x,)一维温度场 t=f(x) 一维稳定的温度场 等温面： 同一时刻，温度场中具有相同温度的各点组成的面,6.2 热传导,6.2.1 傅立叶定律,一、基本概念,6.2.1 傅立叶定律,物性之一：与物质种类、热力学状态（T、P）有关 物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小， 故物质的越大，导热性能越好。 一般地， 导电固体

9、非导电固体， 液体 气体 T ， 气体， 水，其它液体的 。,二、傅立叶定律,由以上方程和边界条件、初始条件可数值求解温度场。,但是，下面我们将重新从热量衡算出发求解一维稳态导热问题。,6.2.2一维稳态导热,一维稳态时,一、无限大单层平壁一维稳态导热（无内热源）,-可见温度分布为直线,若为常数，则：,6.2.2一维稳态导热-薄壳衡算法,二、无限大多层平壁一维稳态导热（无内热源）,6.2.3一维稳态导热-薄壳衡算法,思考1：若上述平壁的右侧与环境进行对流传热，设环境温 度为t0、对流传热系数为，则传热量表达式如何？,6.2.2一维稳态导热-薄壳衡算法,三、无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热源

10、）,若为常数，则：,-可见温度分布 为对数关系,6.2.2一维稳态导热-薄壳衡算法,6.2.2一维稳态导热-薄壳衡算法,对数平均、算术平均、几何平均的比较：,绿线-对数平均 黄线-几何平均 红线-算术平均,平均值,x=5时,对数平均,几何平均,算术平均,Q=常数，但 q常数,四、无限长多层圆筒壁一维稳态导热（无内热源）,6.2.2一维稳态导热-薄壳衡算法,思考1： 气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？,思考2：保温层越厚，保温效果越好吗？,6.2.2一维稳态导热-薄壳衡算法,b,b,1,2,Q,b,b,2,1,Q,6.2.2一维稳态导热-薄壳衡算法,五、保温层的临界厚度,影响因素： 接触材料的种类及硬度， 接触面的粗糙程度， 接触面的压紧力， 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,6.2.2一维稳态导热-薄壳衡算法,六、接触热阻,接触热阻:多层平壁相接触时，在接触面上不可能是理想光滑的，粗糙的界面含空气必增加传导的热阻（因为空气的导热系数小），接触热阻使两接触面温度不等。,