化工原理(第四版)王志魁课件(化学工业出版社)第四章 传热

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化工原理第四章第三节讲稿.ppt

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如果用 T 表示贴壁处流体的温度梯度,
n n0
则 dQ dS T 与牛顿冷却定律 dQ dST联立:
n n0
2020/12/9
T
T n n0
——理论上计算对流传热系数的基础
表明:对一定的流体,当流体与壁面的温度差一定时,对 流传热系数之取决于紧靠壁面流体的温度梯度。
热边界层的厚薄,影响层内温度分布,因而影响温度梯度 。当边界层内、外的温度差一定时,热边界层越薄,温度梯 度越大,因而α也就上升。因此通过改善流动状况,使层流 底层厚度减小,是强化传热的主要途径之一。
第四章 传热
第三节 对流传热
一、对流传热的分析 二、壁面和流体的对流传 热速率 三、热边界层
2020/12/9
一、对流传热的分析
滞流内层 流体分层运动,相邻层间没有流体的
宏观运动。在垂直于流动方向上不存
在热对流,该方向上的热传递仅为流
流体沿固体 壁面的流动
体的热传导。该层中温度差较大,即 温度梯度较大。 缓冲层 热对流和热传导作用大致相同,在该层
2020/12/9
律可以表示为:Q St
2、对流传热系数
对流传热系数a定义式: Q
St
表示单位温度差下,单位传热面积的对流传热速率。 单位W/m2.k。 反映了对流传热的快慢,对流传热系数大,则传热快。
2020/12/9
三、热边界层与换热微分方程式
热边界层(温度边界层) :
壁面附近因换热而使流体温度发生了变化的区域 。
对流传热速率
对流体间的温度差
阻力:影响因素很多,但与壁面的表面积成反比。
对流传热速率方程可以表示为:
Q T Tw 1
dS
2020/12/9

第四章 传热(化工原理王志魁版)

第四章 传热(化工原理王志魁版)

dt dt Q A 2rl dr dr
积分
Qdr
r1
热流体T1
t2
冷流体t1
T2
夹套式换热器
2019/3/25
4
(二)传热速率与热流密度 传热速率Q(热流量):单位时间内通过换热器的
整个传热面传递的热量,单位 J/s或W。
热流密度q (热通量) :单位时间内通过单位传
热面积传递的热量,单位 J/(s. m2)或W/m2。
Q q A
2019/3/25 5
各层的温差
b1 b2 b3 t1 t2 : t2 t3 : t 3 t4 : : R1 : R2 : R3 1 A 2 A 3 A
2019/3/25 19
结论:
多层平壁热传导,总推动力为各层推动力之和, 总热阻为各层热阻之和; 各层温差与热阻成正比。
推广至n层:
第四章
第一节
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ




一、传热过程的应用
(1)物料的加热或冷却 (2)热量与冷量的回收利用 (3)设备与管路的保温
2019/3/25
返回 1
二、传热的基本方式
(一)热传导 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果
固体 液体
导电体:自由电子在晶格间的运动
非导电体:通过晶格结构的振动实现
机理复杂
特点:静止介质中的传热,没有物质的宏观位移
式中 tm──两流体的平均温度差,℃或K;
A──传热面积,m2; K──总传热系数,W/(m2· ℃)或W/(m2· K)。
2019/3/25
8
第二节
一、傅立叶定律
(一)温度场和等温面

化工原理课件:第4章 传热

化工原理课件:第4章 传热

二、通过多层圆筒壁的定态热传导
以三层为例:
Q= 2πl(t1 t2 ) 2πl(t2 t3)
1 ln r2
1 ln r3
1 r1
2 r2
2πl(t3 t4 ) 1 ln r4
3 r3
2πl(t1 t4 ) 3 1 ln ri1
i1 i
ri
对于n层圆筒壁:
Q=
2πl
n
(t1 1
➢ 金属(优良导电/热体):靠自由电子运动
➢不良导体(固)和大多数液体:靠晶格振动(原子、 分子在其平衡位置附近的振动、碰撞等)
➢气体:靠分子的不规则运动和碰撞。
导热一般在固体、静止或滞流流体中进行,而不能在 真空中进行。
二、对流
流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。 ➢自然对流:因温差引起流体流动;
机理:由于流体各部分温度的不均匀分布,造成密度 的差异,在浮力的作用下,流体发生相对流动,形成 热量的交换。 ➢强制对流:人为促使流体流动(滞、湍)。 靠施加外力的办法强迫流体流动
➢对流传热:流体与固体壁面之间的传热过程。 由导热和对流两种传热方式共同参与的传热称对流换 热。即:对流传热=导热+对流
对于定态温度场
Qr Qrdr Q const
傅立叶定律 Q A dt
dr
Q 2rl dt
dr
边界条件 r r1,t t1
r r2,t t2
得:
r2
Qdr
t2 2rldt
r1
t1
不随t而变时
Q 2l(t1 t2 ) 2l(t1 t2 )
ln r2
1 ln r2
➢在单位面积内,同样的距离下,△t↑,传递的热 量↑。在诸多方向中,沿垂直等温面的方向上的 (△t/△n)最大,传热强度也最大。

《化工原理》第4章 传热.ppt

《化工原理》第4章 传热.ppt

由于在热流方向上Q、、A均为常量,故分离变量后积分,

t2 dt Q
dx
t1
A 0
t2
t1
Q A
Q A(t1 t2 )
Q t1 t2 t
/ A R
通常式(4-8)也可以表示为
q Q t1 t2
A /
(4-7) (4-8)
(4-9)
12
第4章 传热
2.多层平壁稳定热传导
5
第4章 传热
1.内管 2.外管 图4-l 套管换热器中的换热
6
第4章 传热
在换热器中,热量传递的快慢可用以下指标来表示。 (1)传热速率Q(又称热流量):指单位时间内通过传热面的 热量,单位为W。传热速率是换热器本身在一定操作条件下 的换热能力,是换热器本身的特性。 (2)热负荷Q:指换热器中单位时间内冷、热流体间所交换 的热量,单位为W。热负荷是生产要求换热器应具有的换热 能力,设计换热器时通常将传热速率与热负荷在数值上视为 相等。 (3)热通量q(又称热流密度):指单位时间内通过单位传 热面积所传递的热量,即单位传热面积的传热速率,单位为 W/㎡。
Q A dt
(4-4)
dx
2.导热系数
导热系数在数值上等于单位温度梯度下
通过单位导热面积所传导的热量。故导
热系数是表示物质导热能力大小的一个
参数,是物质的物性。越大,导热越快。
图4-2通过壁面的热传导
10
第4章 传热
4.2.2平壁的稳定热传导
1.单层平壁导热
设有一高度和宽度很大的平壁,
厚度为。假设平壁材料均匀,导
7
第4章 传热
4.1.4 传热速率式
化工生产中经常遇到加热或冷却的传热过程。单位时间内通 过换热器传递的热量与换热面积成正比,且与冷热流体之间 的平均温度差成正比。即有

化工原理第四章第四节讲稿PPT课件

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t2 R2
tw t 1
t3 R3
i dS i
2020/11/12
利用串联热阻叠加原则:
dQ T t1 t2 t3
R
R1 R2 R3
K1d 0 S01 d0Sdbm Si1 diS
若以外表面为基准
11bd0S dS0 dS ddl
K 0 dSm idSi
dS0dSmd0dm
,d
S0 d
若冷凝液的温度低于饱和温度离开换热器
Q W h r c p T s h T 2 W c c p t 2 c t 1
2020/11/12
二、总传热速率方程
通过换热器中任一微元面积的间壁两侧的流体的传热速 率方程,可以仿照对流传热速率方程写出:
d Q K (Tt)d SK tdS
•两侧的α相差不大时,则必须同时提高两侧的α,才能提高K
值。
•污垢热阻为控制因素时,则必须设法减慢污垢形成速率或及
时清除污垢。
2020/11/12
例:有一列管换热器,由φ25×2.5的钢管组成。CO2在管内 流动,冷却水在管外流动。已知管外的α1=2500W/m2·K,管 内的α2= 50W/m2·K 。 (1)试求传热系数K; (2)若α1增大一倍,其它条件与前相同,求传热系数增大 的百分率; (3)若增大一倍,其它条件与(1)相同,求传热系数增 大的百分率。
1 0 .5 1 8 3 0 0 .0 0 2 2 5 0 .5 5 1 3 2 0 5 1 25 250045 2 .5 2 25 02 00
2020/11/12
0 .0 0 0 .0 0 0 0 4 .0 00 5 0 .0 0 80 0 0 .0 0 62 6 2
0.02m 627K/W K3.5 7W/m 2K

化工原理第四章讲稿PPT课件

化工原理第四章讲稿PPT课件

传热速率与热通量的关系为 q dQ dA
传热速率
传热温差(推动力) 热阻(阻力)
传热温差以△T表示,热阻通常以R或r表示Q T
R
2021/2/11
q T r
第四章 传热
第二节 热传导
一、基本概念和傅立叶定律 二、导热系数 三、平壁的稳定热传导 四、圆筒壁的稳定热传导
2021/2/11
一、基本概念和傅立叶定律
2021/2/11
五、典型的间壁式换热器及其传热过程
1、套管式换热器
套管式换热器是由两种直径大小不同的直管组成的同心 管,一种流体在内管中流动,另一种流体在内、外两壁 间的环隙中流动,通过内管管壁进行热量交换。内管壁 的表面积即为传热面积。
2、列管式换热器
列管式换热器由壳体、管束、管板和封头等部件组成。
2021/2/11
2021/2/11
2021/2/11
一种流体由封头的进口管进入器内,流经封头与管板的空间 分配至各管内(称为管程)。通过管束后,从另一端封头的 出口流出换热器。另一种流体则由壳体的接管流入,在壳体 与管束间的空隙流过(称为壳程),从壳体的另一端接管流 出。壳体内往往安装若干块与管束相垂直的折流挡板。 流体在管束内只通过一次,称为单程列管式换热器。
2021/2/11
二、热源和冷源
1、热源
1)电热:特点是加热能达到的温度范围广,而且便于控制, 使用方便,比较清洁。但费用比较高 。
2)饱和水蒸气: 优点:饱和水蒸气的冷凝温度和压强有一一对应的关系, 调节饱和水蒸汽的压强就可以控制加热温度,使用方便, 而且饱和蒸汽冷凝过程的传热速率快。 缺点:饱和水蒸气冷凝传热能达到的温度受压强的限制。
gradt
lim

化工原理课程课件PPT之第四章传热

化工原理课程课件PPT之第四章传热

t1 tn1
n
Ri
i 1
t1 tn1 n bi
i1 i S
各层的温 差分布?
多层平壁导热是一种串联的导热过程,串联导热过程
的推动力为各分过程温度差之和,即总温度差,总热阻为
各分过程热阻之和,也就是串联热阻叠加原则。
天津商业大学
本科生课程 化工原理
第四章 传热
16
3、接触热阻
若以R0′表示单位传热面的接触热阻,
通过两层平壁的热通量变为 :
q t1 t3
b1
1
R0'
b2
2
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
天津商业大学
本科生课程 化工原理
第四章 传热
17
§4.2.4 圆筒壁的稳定热传导
1、单层圆筒壁的热传导
仿照平壁热传导公
2
三、传热速率与热通量
传热速率(热流量 )Q 单位时间内通过传热面的热量,单位为W。
热通量(又称为热流密度或传热速度)q 单位传热面积的传热速率,单位为W/m2 。
传热速率与热通量的关系为 q dQ dS
传热温差以△t 表示(℃),热阻以R或R′表示 (℃/W)或 (m2·℃/W)
天津商业大学
t2 b2
t2 R2
2S
3S
t3
t4 b3
t3 b3
t3 R3
3S
天津商业大学 本科生课程 化工原理
第四章 传热
假定条件
15
t1 QR1 , t2 QR2, t3 QR3
Q t1 t2 t3 R1 R2 R3

化工原理(第四版)王志魁课件(化学工业出版社)

化工原理(第四版)王志魁课件(化学工业出版社)

用该方程计算,但式中的密度ρ应以两截面的平均 密度ρm代替。
2013-9-21
43
(三)伯努利方程的应用
利用伯努利方程与连续性方程,可以确定:
管内流体的流量; 输送设备的功率; 管路中流体的压力; 容器间的相对位置等。
2013-9-21
44
(1)根据题意画出流动系统的示意图,标明流体的 流动方向,定出上、下游截面,明确流动系统的衡
G gA( z1 z2 )
2013-9-21
方向向下
14
液柱处于静止时,上述三力的合力为零:
p2 A p1 A gA( z1 z 2 ) 0
p2 p1 g( z1 z 2 )
p1
压力形式 能量形式

z1 g
p2

z2 g
——静力学基本方程 式
2013-9-21
p1 p2 Rg( A C )
2013-9-21
23
(二) 液位测量 1.近距离液位测量装置
压差计读数R反映出容器
内的液面高度。
0 h R
液面越高,h越小,压差计读数R越小;当液 面达到最高时,h为零,R亦为零。
2013-9-21
24
2.远距离液位测量装置 管道中充满氮气, 其密度较小,近似 认为
pA p1 g(m R)
p A' p2 gm 0 gR
2013-9-21
18
所以
p1 g( m R) p2 gm 0 gR
p1 p2 ( 0 ) gR
整理得
若被测流体是气体, 0 ,则有
p1 p2 Rg 0
2013-9-21

化工原理(第四版)王志魁课件(化学工业出版社)

化工原理(第四版)王志魁课件(化学工业出版社)

15
讨论: (1)适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性 流体;
(2)物理意义: zg ——单位质量流体所具有的位能,J/kg;
p
在同一静止流体中,处在不同位置流体的位
——单位质量流体所具有的静压能,J/kg。
能和静压能各不相同,但二者可以转换,其总和 保持不变 。
2013-9-21 16
(3)在静止的、连续的同种流体内,处于同一水平 面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等压
注意:手册中查得的气体密度均为一定压力与温度
下之值,若条件不同,则需进行换算。
2013-9-21
11
2.混合物的密度 混合气体 各组分在混合前后质量不变,则有
m 11 1 2 n n
1 , 2 n ——气体混合物中各组分的体积分数。

pM m m RT M m ——混合气体的平均摩尔质量;
2013-9-21 41
(2)zg、
p
具有的位能、动能和静压能 ; W、Σ hf ——在两截面间单位质量流体获得 或消耗的能量。 有效功率 : Pe qmW

1 2 、 u ——某截面上单位质量流体所 2
轴功率 :
P
Pe

2013-9-21
42
(3)伯努利方程式适用于不可压缩性流体。
p1 p2 对于可压缩性流体,当 20% 时,仍可 p1
qV u A
m/s
2.质量流速 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。
w qm qV u A A
kg/(m2· s)
流量与流速的关系: qm qV uA wA
2013-9-21 28
3. 管径的估算

化工原理第四章传热42PPT课件

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⑤流体传热时的相变化 相变会引起与壁面接触处流体的运动形式改变,如加剧搅
动。一般来讲,相变有利于传热。这就是用蒸汽加热的原因之 一。
空气自 气体强 水自然 水强制 水蒸汽 有机蒸 水沸腾 然对流 制对流 对流 对流 冷凝 汽冷凝
5~25 20~100 20~ 1000~ 5000~ 500~ 2500~
d. 普兰特(Prandtl)准数
Pr c p
反映流体物性对对流传热的影响。
气体:小于1接近1 ,液体:大于1 。
e.定性温度 取什么温度查取所需物性: ,,cp,
1、因给热热阻主要集中在层流内层,所以定性温度取平
均膜温
tm
tm
tw t 2
2、广泛使用:t m =流体主体的平均温度
例如:管流:
1000 15000 15000 2000 25000
⑥壁面的形状、排列方式和尺寸 流体流过固体表面的状况对流体的流动有影响,同时影响
热边界的形成和发展。当管长增加时,传热边界层中温度分 布将逐渐变得更为平坦,当通过很长的管长时,温度梯度会 消失,此时传热也就停止了。所以管子的尺寸和形状对α有较 大的影响。管子排列时:错列的a高于直列
况进行换热)。
②流体的对流状态:强制对流自然对流时a为大。 a
t
③流体的物理性质
如导热系数、热容、膨胀系数、密度和粘度等,其中导
热系数、热容、密度、膨胀系数增大对传热有利;而粘度大,
则滞流层厚,对流传热系数变小。
④传热的温度 温度对流体的物理性质有显著的影响。因此,壁面和流
体的温度以及两者的温度差对给热系数有间接但是明显的影 响。如粘度随温度的升高而降低,在其他条件不变的情况下, 热边界层减薄,有利于传热 。因此在使用物理参数时,要考 虑温度。

化工原理课件第四章第三节优秀课件

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5. 是否发生相变
主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。
发生相变时,由于汽化或冷凝的潜热远大 于温度变化的显热(r远大于cp)。
一般情况下,有相变化时对流传热系数较 大,机理各不相同,复杂。
相变 > 无相
4.3.4 对流传热系数经验关联式的建立
由于对流传热本身是一个非常复杂的物理 问题,现在用牛顿冷却定律把复杂问题用简单 形式表示,把复杂问题转到计算对流传热系数 上面。
湍流核心:在远离壁面的湍流中心,流体质点 充分混合,温度趋于一致(热阻 小),传热主要以对流方式进行。
质点相互混合交换热量,温差小。
过渡区域:温度分布不像湍流主体那么均匀,也 不像层流底层变化明显,传热以热传 导和对流两种方式共同进行。
质点混合,分子运动共同作用,温度变化平缓。
根据在热传导中的分析,温差大热阻就大。
假设流体与固体壁面之间的传热热阻全集 中在厚度为δt有效膜中,在有效膜之外无热阻 存在,在有效膜内传热主要以热传导的方式进 行。
该膜既不是热边界层,也非流动边界层, 而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热 的虚拟膜。
由此假定,此时的温度分布情况如下图所示。
建立膜模型:
t e
4-16
式中 :
δt ──总有效膜厚度; δe ──湍流区虚拟膜厚度; δ──层流底层膜厚度。
湍 > 层
4. 传热面的形状,大小和位置
不同的壁面形状、尺寸影响流型;会造成 边界层分离,产生旋涡,增加湍动,使增大。
•形状:如管、板、管束等; •大小:如管径和管长等;
•位置:如管子的排列方式(管束有正四方形和 三角形排列);管或板是垂直放置还是 水平放置。
对于一种类型的传热面常用一个对对流传热 系数有决定性影响的特性尺寸L来表示其大小。

化工原理第四版-王志魁PPT课件

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一、全混流模型
空间混合=∞;返混=∞。
.
23
连续操作搅拌釜式反应器
A
B
特点: (1)c一致; (2)停留时间不相 同,存在停留时间分 布。
C+D(A+B)
.
24
二、活塞流模型
活塞流模型的混合情况是:轴向空间 混合=0;返混=0;
同一截面,u、c、T、t相同,且不随时
间改变,不同截面,u、c、T、t不同。
化学反应工程学基础
.
1
第一节 概述
一、化学反应工程的研究对象和内容
研究对象:工业规模化学反应过程及其 设备的共同规律。
工业规模的化学反应与实验室研究 中的化学反应存在非常大的差别。
.
2
溶液
气体
浓度分布
温度分布
.
3
A
B
C+D(A+B)
停留时间分布
.
4
研究内容: (1)研究化学反应器的基本理论; (2)反应器的设计、放大、控制; (3)反应器设计、操作的优化。
.
9
外管 内管
(a)反应釜
(b)管式反应器
.
10
(c)鼓泡塔反应器
(d)列管式固定床
反应器
.
11
(e)固定床多段 绝热反应器
(f)流化床反应器
.
12
(三)ห้องสมุดไป่ตู้操作方式分类
可分为间歇操作、连续操作和半连续操作
1、间歇操作
(1)特点:
a、不稳定过程:
T(t),p(t),c(t),R(t)。
产品质量不稳定。
气-液相
液-液相
非 气-固相 均 相
液-固相 固-固相 气-液-固 相

化工原理第四章传热-PPT课件

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L
根据傅立叶定律,对此薄圆筒层可写出传导的热量为
dt dt Q A 2 rL dr dr
边界条件 得:
r 2 r 1
r r 时 , t t 1 1
t2 t 1
r r 时 , t t 2 2
d r r l d t Q 2
2 l ( t t2) 2 l ( t t2) 1 1 Q r 1 r 2 2 l n l n r r 1 1
热对流(convection);
热辐射(radiation)。
1、热传导 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果
固体 导电体:自由电子在晶格间的运动
非导电体:通过晶格结构的振动实现
液体 机理复杂
特点:静止介质中的传热,没有物质的宏观位移
2、热对流
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。热对流仅发生在流体中。
的x轴方向变化,故等温面皆为垂 直于x轴的平行平面。
平壁侧面的温度t1及t2恒定。Fra biblioteko b
x
取dx的薄层,作热量衡算:
傅立叶定律: 边界条件为:
dt Q A dx
x 0 时 , t t 1
得:
x b 时, t t 2

b
0
Q d x

t2
t1
A d t

t1 t2 Q A (t1 t2) 不随t而变 b b 式中 Q ── 热流量或传热速率,W或J/s; A
4.2 热传导
一、 傅立叶定律
1 温度场和温度梯度 温度场(temperature field):某一瞬间空间中各点的温度
分布,称为温度场.
物体的温度分布是空间坐标和时间的函数,即
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在一定温度范围内:
0 (1 at)
对大多数金属材料a < 0 ,t 对大多数非金属材料a > 0 , t
2015-7-10 13
2.液体热导率 0.09~0.6 W/(m· K) 金属液体较高,非金属液体低; 非金属液体水的最大;
水和甘油:t ,
加热 t , Re ,
加热 冷却, 气体Pr 1, Pr0.4 Pr0.3
2015-7-10
39
(2)影响因素:
du 0.8 Cp n 0.023 ( ) ( ) d 0.8Cp n 1n u 0.8 0.023 0.8n d 0.2
Q 对流 传导 对流
Q2 ( 热 传 导)
Q1 ( 对 流)
( 2)管 壁 内 侧 管 壁 外 侧
Q3 ( 对流) 冷 (3)管壁外侧 冷流体 流 体
热 流 体 T2
t1
稳态传热: Q1 Q2 Q3 Q
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(五)总传热速率方程
t m 总传热推动力 Q KAt m 1 / KA 总热阻
在数值上等于单位温度梯度下的热通量
表征材料导热性能的物性参数
= f(结构, 组成, 密度, 温度, 压力) 金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
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12
1.固体热导率 金属材料 10~102 W/(m•K) 建筑材料 10-1~10 W/(m•K)
绝热材料 10-2~10-1 W/(m•K)
34
1. 努塞尔特(Nusselt )数
L Nu
表示对流传热系数的特征数
2. 雷诺(Reynolds)数
Re
L u

反映流体的流动状态 对对流传热的影响
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3. 普兰特(Prandtl)数
Pr
Cp

L gt
3 2
反映流体的物性对对流传 热的影响
4. 格拉斯霍夫(Grashof)准数
qm2, t2
dA
qm1, T2
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冷流体
传热壁
热流体
湍流主体 温度梯度小,热对流为主
T TW
T
层流内层 温度梯度大,热传导为主 过渡区域
tW t t A2
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A1
热传导、热对流均起作用
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热流体: Q 1 A1 (T TW ) 冷流体: Q 2 A2 (tW t )
第四章
第一节




一、传热过程的应用
(1)物料的加热或冷却 (2)热量与冷量的回收利用 (3)设备与管路的保温
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返回 1
二、传热的基本方式
(一)热传导 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果
固体 液体
导电体:自由电子在晶格间的运动
非导电体:通过晶格结构的振动实现
机理复杂
特点:静止介质中的传热,没有物质的宏观位移
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四、无相变时对流传热系数的经验关联式
(一)流体在管内作强制对流 1. 圆形直管内的强制湍流
Nu C Rem Pr n Nu 0.023Re0.8 Pr n 流体被加热 n=0.4 流体被冷却 n=0.3
(1)应用范围:Re >104, Pr=0.7~160, L/d >60,
牛顿冷却定律
式中 Q ── 对流传热速率,W;
1 、 2 ── 热、冷流体的对流传热系数,
W/(m2· K); T 、TW、t、tW ── 热、冷流体的平均温度及 平均壁温,℃。
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二、对流传热系数的影响因素 (一)影响因素
1.流动状态 湍流 > 层流 2.引起流动的原因 自然对流:由于流体内部密度差而引起流体的流动。 强制对流:由于外力和压差而引起的流动。 强制 > 自然
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由温度差而产生的单位体积的升力:
1 2 g 2 (1 t ) 2 g 2 gt
冷却板
加热板
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3.流体的物性 ,,,cp 4. 传热面的形状,大小和位置 • 形状——管、板、管束等;
• 大小——管径、管长、板厚等;
n层圆筒壁:
2l ( t1 t n1 ) t1 t n 1 t1 t n 1 Q= n n = n bi 1 ri 1 ln Ri ri i 1 i i 1 i Ami i 1
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第三节
对流传热
qm1,T1
一、对流传热过程
qm2,t1
t t t Q= b b A A
n 1 n i i i 1 i i 1 i
n 1
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四、圆筒壁的稳态热传导
(一)单层圆筒壁的热传导
特点: (1) 传热面积随半径
变化,
A=2rl (2) 一维温度场,t 沿r变化。
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在半径r处取dr同心薄层圆筒
各层的温差
b1 b2 b3 t1 t2 : t2 t3 : t3 t4 : : R1 : R2 : R3 1 A 2 A 3 A
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结论:
多层平壁热传导,总推动力为各层推动力之和, 总热阻为各层热阻之和; 各层温差与热阻成正比。
推广至n层:
稳态温度场
组成的面。
等温面:在同一时刻,温度场中所有温度相同的点 不同温度的等温面不相交。
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(二)温度梯度
t+t
n n x
x
t t grad t lim n 0 n n
t
t n
Q
方向:法线方向,以温度增加的方向为正。
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式中 tm──两流体的平均温度差,℃或K;
A──传热面积,m2; K──总传热系数,W/(m2· ℃)或W/(m2· K)。
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第二节
一、傅立叶定律
(一)温度场和等温面
热传导
温度场:某时刻,物体或空间各点的温度分布。 非稳态温度场
t f x, y , z ,
t f x, y , z
r2 r1 r2 2 时, rm 一般 r1 2
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(二)多层圆筒壁的热传导
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2l ( t1 t 2 ) 2l ( t 2 t 3 ) 2l ( t 3 t 4 ) 三层: Q= 1 r2 1 r4 1 r3 ln ln ln 1 r1 3 r3 2 r2 2l ( t1 t 4 ) 3 1 ri 1 ln ri i 1 i
dt dt Q A 2rl dr dr
积分
Qdr
r1
r2
t2
t1
2 rldt
2 l ( t1 t 2 ) Q r2 ln r1
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讨论: Q
t1 t 2 t1 t 2 r2 R ln 2 l r1
热阻 令
Gr
2
表示自然对流对对流传热 的影响
一般形式:Nu=f (Re, Pr, Gr)
简化:强制对流 Nu=f (Re, Pr) 自然对流 Nu=f (Pr, Gr)
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使用准数关联式时注意: 1. 应用范围
2. 特征尺寸
3. 定性温度
强制对流
无相变 自然对流 蒸汽冷凝
有相变
液体沸腾
• 位置——管子的排列方式,垂直或水平放置。
5. 是否发生相变
相变 > 无相变
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三、对流传热的特征数关系式
无相变时
f (u, , , C p , , gt, L)
变量数 8个
基本因次
4个:长度L,时间T,质量M,温度
无量纲特征数(8-4)=4
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自然对流的产生: 设 热处:t2,2; 冷处:t1,1 ——体积膨胀系数,1/C.
V2 V1 V1t

V2 m
或 V2 V1 (1 t )
m
2
V1
1

得: 1 1 (1 t )
2
1
1 2 (1 t )
W
冷却:
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(
0.14 ) 0.95 W
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(3) 弯管
弯 直
d 弯 直 (1 1.77 ) R
R 弯 管 的 曲 率 半 径
(4)非圆形管道 用当量直径计算。
t2
dx
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x
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t dt Q A A n dx
积分:
Qdx
0
b
t2
t1
Adt
Q
A
b
( t1 t 2 )
t 1 t 2 t 推 动 力 Q b A R 热阻
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(二)多层平壁热传导
t
b1 b2 b3
(三)傅立叶定律
t dQ dA n
式中 dQ ── 热传导速率,W或J/s;
dA ── 导热面积,m2;
t/n ── 温度梯度,℃/m或K/m;
── 导热系数,W/(m· ℃)或W/(m· K)。
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