化工原理第四章(1).ppt

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1、浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所第四章第四章 传传 热热第一节第一节概述概述一、传热在化工生产中的应用一、传热在化工生产中的应用二、传热的基本方式二、传热的基本方式第二节第二节热传导热传导 一、傅立叶定律一、傅立叶定律二、无限大平壁一维稳态导热（无内热源）二、无限大平壁一维稳态导热（无内热源）三、无限长圆筒壁一维稳态导热（无内热源）三、无限长圆筒壁一维稳态导热（无内热源）四、保温层的临界厚度四、保温层的临界厚度第三节第三节对流传热对流传热一、对流传热方程与对流传热系数一、对流传热方程与对流传热系数 二、因次分析法二、因次分析法三、对流传热系数经验式三、对流传热系数经验式四、对流传热

2、系数小结四、对流传热系数小结1浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所第一节第一节 概概 述述一、传热在化工生产中的应用一、传热在化工生产中的应用 1.提供热量：如蒸发、干燥、蒸馏。2.减小热损：通常需要保温。3.热量的合理利用和废热回收：如换热器组合，热废气、废水的热量回收。第一节第一节 概概 述述2浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所二、传热的基本方式二、传热的基本方式第一节第一节 概概 述述3浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所第二节第二节 热传导热传导一、傅立叶定律一、傅立叶定律 2 热传导热传导4浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所负号表示负号表示q q与

3、温度梯度方向相反与温度梯度方向相反称为导热系数称为导热系数 ,单位为单位为W/(mK)物性之一：物性之一：与物质种类、热力学状态（与物质种类、热力学状态（T T、P P）有关有关物理含义：物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小，代表单位温度梯度下的热通量大小，故物质的故物质的 越大，导热性能越好。越大，导热性能越好。一般地一般地，导电固体导电固体 非导电固体非导电固体，液体液体 气体气体 T T ，气体气体，水水，其它液体的，其它液体的 。傅立叶定律：傅立叶定律：第二节第二节 热传导热传导5浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所二、无限大二、无限大平壁平壁一维稳态导热（无内热源）一维稳

4、态导热（无内热源）1.单层平壁单层平壁-可可见见温温度度分分布布为为直直线线若若 为常数，则：为常数，则：第二节第二节 热传导热传导6浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所2.多层平壁多层平壁第二节第二节 热传导热传导7浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所思思考考1：若若上上述述平平壁壁的的右右侧侧与与环环境境进进行行对对流流传传热热，设设环环境境温温度为度为t0、对流传热系数为对流传热系数为，则传热量表达式如何？，则传热量表达式如何？第二节第二节 热传导热传导8浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所三、无限长三、无限长圆筒壁圆筒壁一维稳态导热（无内热源）一维稳态导热（无内

5、热源）1.单层圆筒壁单层圆筒壁若为常数，则：-可可见见温温度度分分布布为对数关系为对数关系第二节第二节 热传导热传导9浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所第二节第二节 热传导热传导10浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所 Q=常数，但常数，但 q 常数常数2.多层圆筒壁多层圆筒壁第二节第二节 热传导热传导11浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所思考思考1 1：气气温温下下降降，应应添添加加衣衣服服，应应把把保保暖暖性性好好的的衣衣服服穿穿在在里面好，还是穿在外面好？里面好，还是穿在外面好？思考思考2 2：保温层越厚，保温效果越好吗？保温层越厚，保温效果越好吗？bb 1

6、2Qbb 2 1Q 第二节第二节 热传导热传导12浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所四、保温层的临界厚度四、保温层的临界厚度第二节第二节 热传导热传导13浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所3对流传热对流传热一、对流传热方程与对流传热系数一、对流传热方程与对流传热系数 牛顿冷却定律：()WttAQ-=a a 流动的流体与外界的传热流动的流体与外界的传热静止流体与外界的传热静止流体与外界的传热强制对流自然对流对流传热系数，W/m2K边界层是对流传热边界层是对流传热的主要热阻所在。的主要热阻所在。ttwQ第三节第三节 对流传热对流传热14浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究

7、所影响影响 的因素主要有：的因素主要有：1.引起流动的原因引起流动的原因：自然对流和强制对流：自然对流和强制对流2.流动型态流动型态：层流或湍流：层流或湍流 3.流体的性质流体的性质：、cp、等等4.传热面的形状、大小、位置传热面的形状、大小、位置：如圆管与平板、垂直与水平、：如圆管与平板、垂直与水平、管内与管外等管内与管外等5.有相变与无相变有相变与无相变：cp或汽化潜热或汽化潜热r二、因次分析法二、因次分析法 第三节第三节 对流传热对流传热15浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所D D=223 b btglGr=Re ul-格格垃垃斯斯霍霍夫夫准准数数，表表征征自自然然对对流流对对

8、对流传热的影响对流传热的影响无因次数群：无因次数群：-努努塞塞尔尔准准数数，表表示示导导热热热热阻阻与与对对流流热热阻阻之之比比-普普兰兰特特准准数数，反反映映物物性性的的影影响响。一般，气体的一般，气体的Pr1-雷雷诺诺准准数数，表表征征流流体体的的流流动动状状态态对对对对流流传热的影响传热的影响第三节第三节 对流传热对流传热16浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所故故第三节第三节 对流传热对流传热17浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所三、对流传热系数经验式三、对流传热系数经验式（一）（一）无相变时无相变时当当Gr25000，需考虑自然对流对传热的影响，式（需考虑自然对流对

9、传热的影响，式（4-23）乘上一个大于乘上一个大于1的校正系数：的校正系数：1.管内层流时管内层流时 见教材见教材P127页式（页式（4-22）使用范围为：使用范围为：Re2300，Gr104 0.7Pr120 充分发展段，即l/d 50或60 低粘度（2m水）温差（tw-t）较小 定性温度：2出出进进tttm+=定性尺寸：管内径 思考思考2：与与u、d有有何何比比例例关系？关系？（教材式（教材式4-18）思考思考1：为为什什么么加加热热时时n取取0.4，冷却时取冷却时取0.3？=PrRe023.08.0Nun 第三节第三节 对流传热对流传热19浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所Wh

10、y？因为：管内未充因为：管内未充分发展，层流底分发展，层流底层较薄，热阻较层较薄，热阻较小。小。若使用条件不满足上述条件时，需修正：若使用条件不满足上述条件时，需修正：（1）对于短管，）对于短管，L/d60乘上一个大于乘上一个大于1的校正系数：见教材的校正系数：见教材P126（2）对高粘度液体）对高粘度液体教材式教材式4-20（4）流体流动处于过渡区时，）流体流动处于过渡区时，Re=2300 10000上式仍可使用，但需乘上小于上式仍可使用，但需乘上小于1的校正系数：见教材的校正系数：见教材P127Why？（3）弯管内：弯管内：乘上一个大于乘上一个大于1的校正系数：的校正系数：教材教材P126

11、第三节第三节 对流传热对流传热20浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所Why？III3.管外的强制对流传热管外的强制对流传热（1）流体横向流过单管传热）流体横向流过单管传热 （2 2）流体横向流经管束（管簇）的传热：）流体横向流经管束（管簇）的传热：P128P128式式(4-24)(4-24)4.自然对流自然对流 C、n为经验常数。见教材为经验常数。见教材P129表表44 式式4-26第三节第三节 对流传热对流传热21浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所竖直壁面：竖直壁面：层流：层流：P130式式(4-29)湍流湍流：P130式式(4-30)水平圆管外：水平圆管外：P130式式

12、(4-27)1.冷凝传热冷凝传热 第三节第三节 对流传热对流传热22浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所膜状冷凝传热的强化膜状冷凝传热的强化v减薄冷凝液液膜厚度减薄冷凝液液膜厚度；v选择正确的蒸汽流动方向；选择正确的蒸汽流动方向；v在传热面上垂直方向上刻槽或安装若干条金属丝等。在传热面上垂直方向上刻槽或安装若干条金属丝等。水平管束水平管束第一排的第一排的 与单管相似，与单管相似，第二排的第二排的 比第一排小，比第一排小，第三排的第三排的 比第二排小，比第二排小，影响冷凝传热的因素影响冷凝传热的因素v不凝性气体的存在不凝性气体的存在：将大大下降。将大大下降。v蒸汽流速和流向：蒸汽流速和流

13、向：流动方向相同时流动方向相同时 将增加，将增加，流动方向相反时流动方向相反时 将减小。将减小。v蒸汽过热：蒸汽过热：需先冷却再冷凝，由于冷却过程的需先冷却再冷凝，由于冷却过程的Q值很小，值很小，与总与总Q值相比可忽略，影响不大。值相比可忽略，影响不大。v传热面的形状与布置：传热面的形状与布置：对垂直面，液膜厚度逐渐增加，对垂直面，液膜厚度逐渐增加，下降，下降，对水平管束，下方管液膜厚度增加，对水平管束，下方管液膜厚度增加，下降下降第三节第三节 对流传热对流传热23浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所产产生生沸沸腾腾现现象象的的必必要要条条件件：液液体体过过热热、有汽化核心有汽化核心沸腾曲线沸腾曲线2.大容积沸腾传热大容积沸腾传热核状沸腾传热系数的主要影响因素有：核状沸腾传热系数的主要影响因素有：液体物性、温差液体物性、温差、操作压力、加热面状况等。、操作压力、加热面状况等。第三节第三节 对流传热对流传热24浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所四、对流传热系数小结四、对流传热系数小结对流方式对流方式第三节第三节 对流传热对流传热25浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所总之：总之：的范围的范围空气中空气中水中水中油类中油类中第三节第三节 对流传热对流传热26