化工总结-传热

第三章 传热

一．稳态与非稳态传热

稳态传热：在传热过程中物体各点的温度不随时间变化，仅随位置变化的传热过程 非稳态传热：物体的各点温度随时间变化，也随位置变化的传热过程。 二．传热的基本方式

1、热传导：简称导热，是依靠物体内部自由电子运动或分子振动来传递热量的。物体内部或在两个直接接触的物体之间存在温度差时，较热部分的分子振动而与相邻的分子碰撞，将动能的一部分传给后者，导致热能由高到低传递。导热时物体各部分不发生宏观的相对位移。

2.热对流：物体各部分指点发生相对位移而引起的热量传递，因而只发生在流体中。由于分子的无规则热运动是流体的固有本质，因此热对流时必然伴随着导热现象。

3.热辐射：高于绝对零度的物体，物质的原子和分子就会振动而向外发射各种波长的电磁波，当波长为0.4-40μm 的电磁波投射到另一个物体上，能够被该物体吸收而变成热能。由于热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。 三．1、热平衡方程

以某换热器为衡算对象，忽略热损失 （1）无相变时

)()(q '2'1..21..T T c q T T c c p c m h p h m -=-=Φ

(2有相变时

)(q '2'1...T T c q r c p c m h m -==Φ r 为饱和蒸汽的冷凝潜热

2.热流量方程 m KA t ∆=Φ

Ф为热流量，W ；K 为总传热系数。W.m-2.K-1；A 为总传热面积，m2；Δt m 为平均温度差。

3、面积热流量q ，也叫热流密度

A

Φ

=

q .单位为W.m-2 四．傅里叶定律

dn

dT q λ

-= λ为导热系数，

W.m-2.K-1

气液固金λλλλ>>>。

①固体的导热系数不仅仅与物质的种类有关，也与物质的结构、密度、温度有关 ②除甘油和水的导热系数随着温度的升高而增加外。其余的液体的导系数值均随温度的升高而减小。

五．1.平壁的稳态热传导 （1)单层壁 dx dT q λ

-= R T A

T T T A qA ∆=

∆=-==Φλδδλ)(21 (2)多层壁

R

T

A

T T A

T T A

T T n n ∑∆∑=

=

-=

-=

Φ+λδλδλδ1

n n 223

2112

1- 2.圆筒壁的稳态热传导

圆筒壁的长度为L ，A=2πrL ，)(

2dr

dT

rL π-=Φ分离变量并积分 1

221r ln 1)(222

1

2

1r r T T L dT L r dr T

T r λπλπ-=

ΦΦ-=⎰⎰

六．对流传热 1.牛顿冷却定律

流体被冷却：q=ɑ(T -T w ）

流体被加热：q=ɑ(T ’w -T ’）ɑ-对流传热膜系数T w 、T ’w 分别为冷热壁的温度

t

δλ

α=

δt 为有效传热膜厚度，为假设的一静止流体膜层。 2、流体无相变时强制对流传热膜系数

圆形直管内做强制对流时的传热，对于低粘度的流体

r 8.0e 023.0u P n

R d

N λ

=（Re>10000；Pr=0.7-160；l/d>50)

式中n 的取值

流体被加热时。n=0.4；流体被冷却时。n=0.3

①对于Re=2000-10000的流体，因为湍流不充分。层流内层的厚度较厚。热阻大，使ɑ值减小，计算时乘以小于1的系数f

Re

10

1.8

5

6-

1f ⨯=

②对于l/d 小于30-40 的短管，乘以系数1.02-1.07

③非圆形管道做湍流的流体，采用当量直径de 代替特征尺寸l P

e L A

d 4=

A 为流道横截面积，m2；Lp 为流体浸润周边长度总和，m ④对于圆形弯管。因流体在其内流动时，受离心力的作用，扰动加剧，传热膜系数加大，固乘以（1+1.77d/R)项修正，此处d 为管直径，R 为弯管曲率半径 七．热交换 1.总传热系数

在稳态传热情况下，

R T

R T T A A A T T T T T T m w ∆=

-=+

+-+-+-=Φ=Φ=Φ'2

211)''

'w w w 2111()()αλδα（ ①平壁的的热流量方程式

若间壁为平面壁或圆筒壁的壁厚与直径相比很小时，则A 1=A 2=A m =A 此时

T KA T T A ∆=+

+-=Φ2

1'11αλδα）（

间壁为多层复合层时。 21i 1

11

1αλδα+++=

∑

=i

i n

K ②圆筒壁的热流量方程式

当传热面为圆筒壁时A1≠A2≠Am 。这时选择基准传热面不同，总传热系数也不同。通常以外

壁的面积为基准面积传热基准面积为Ao

i A A A A K o i m o o 0111αλδα++=

或i d d d K o

i m o o 01d 11

αλδα++=

（do 、di 、dm 分别表示管外直径，管内直径，平均直径）

总传热系数也可以用总热阻的形式表示

out w o

m o i i o O R R R d d d d K R ++=++==

in 11αλδα

当换热器使用一段时间之后，器壁表面逐渐积累垢层。，垢层的导热系数很小，固内外层具

有较大的热阻R s i 和R so