流体力学与传热课件Principles of Heat Flow in Fluids
合集下载
第四章 传热化工原理课件(包含所有考点)
r1 r0
t1
热传导热阻
令 dQ 0 dr0
对流传热热阻
t 2 tf
dQ 当r0 时， 0 dr0 故 Q 有极大值 dQ 当r0 时， 0 dr0 只有 r 时 ，增加保温层的厚度 0
才能使热损失减少
则 r0 ------临界半径 rc
15
4.2 热传导
假设：层与层之间接触良好，两个接触表面具有相 同的温度。
特点：通过每一层的 常数或q 常数 Q 推动力 热阻 三层平壁的热传导速率 方程式： Q qS t 2 t3 t3 t 4 t1 t 2 Q b1 λ1S b2 λ2 S b3 λ3 S t1 t 4
空气自 然对流 5~25 气体强 制对流 20~100 水自然 对流 20~1000 水强制对流 水蒸汽冷凝 有机蒸汽 冷凝 1000~15000 5000~15000 500~2000 水沸腾
2500~25000
24
4.3 对流传热概述
5、保温层的临界厚度
t1 t f 总推动力 Q ln r0 r1 1 总热阻 2L 2Lr0
Q
rc
r0
25
4.3 对流传热概述
6、对流传热机理
对流传热的温度分布情况图
26
4.3 对流传热概述
（一） 对流传热分析 1) 对流传热是借流体质点的移动和混合而完成的， 它和流体的流动状况密切相关。
2) 流体层流内层中的传热：流体流动过程中，由于 有层流内层的存在，在层流内层中流体是分层流动 的，相邻层间没有流体的宏观流动，因此在垂直于 流体流动方向上不存在热对流，该方向上的传热仅 为热传导，由于流体的导热系数较低，故该层的热 阻较大，即温度梯度较大。
t1
热传导热阻
令 dQ 0 dr0
对流传热热阻
t 2 tf
dQ 当r0 时， 0 dr0 故 Q 有极大值 dQ 当r0 时， 0 dr0 只有 r 时 ，增加保温层的厚度 0
才能使热损失减少
则 r0 ------临界半径 rc
15
4.2 热传导
假设：层与层之间接触良好，两个接触表面具有相 同的温度。
特点：通过每一层的 常数或q 常数 Q 推动力 热阻 三层平壁的热传导速率 方程式： Q qS t 2 t3 t3 t 4 t1 t 2 Q b1 λ1S b2 λ2 S b3 λ3 S t1 t 4
空气自 然对流 5~25 气体强 制对流 20~100 水自然 对流 20~1000 水强制对流 水蒸汽冷凝 有机蒸汽 冷凝 1000~15000 5000~15000 500~2000 水沸腾
2500~25000
24
4.3 对流传热概述
5、保温层的临界厚度
t1 t f 总推动力 Q ln r0 r1 1 总热阻 2L 2Lr0
Q
rc
r0
25
4.3 对流传热概述
6、对流传热机理
对流传热的温度分布情况图
26
4.3 对流传热概述
（一） 对流传热分析 1) 对流传热是借流体质点的移动和混合而完成的， 它和流体的流动状况密切相关。
2) 流体层流内层中的传热：流体流动过程中，由于 有层流内层的存在，在层流内层中流体是分层流动 的，相邻层间没有流体的宏观流动，因此在垂直于 流体流动方向上不存在热对流，该方向上的传热仅 为热传导，由于流体的导热系数较低，故该层的热 阻较大，即温度梯度较大。
流体力学与传热电子教案--chapter10
t-Δt
t
t+Δt
Q
dA n
温度梯度是一个点的概念。
温度梯度是一个向量。 方向垂直于该点所在等温面，以温度增加的方向为正
Basic law of conduction
Fourier’s law (傅立叶定律)
dq = −k ∂T dA ∂n
(10-1)
negative --- gradient is opposite that of
Heat transfer by conduction Equal temperature surface 等温面
在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。
★不同温度的等温面不相交
等温
t1
面
t2
Q
t1>t2
temperature gradient 温度梯度
r grad t
=
lim
Δt
=
∂t
Δn→0 Δn ∂n
Chapter10. Heat transfer by conduction Basic conception
¾Steady-state conduction 稳态导热
( ) Ttimhtee=,tceamnfpbexera,thtyuer,fezuanrcetiionn∂∂dθtoepf=epn0odsietniotnof,
对流--- 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程
Newton’s law of cooling
q A
=
h(ts
−
t
f
)
h---heat transfer coefficient
ts--- surface temperature
四章传热ppt课件
才20成20/2/为28 最主要的传热方式。
9
三、工业换热器
1、混合式换热器
冷水
特点：是依靠热流体和冷流体直
接接触和混合过程实现的。
优点：传热速度快、效率高，设 备简单，是工业换热器的首选类 型。
典型设备：如凉水塔、喷洒式冷 却塔、混合式冷凝器
废蒸气
适用范围：无价值的蒸气冷凝，
热水
或其冷凝液不要求是纯粹的物料
r r1
t1
Q2L(t1t2) t1t2 t
lnr2
ln(r2 r1) R
• •
式中
R ln(r2 r1)
2 L
r1
2L
即为圆筒壁的导热热阻。
• 上式即为单层圆筒壁的导热速率方程式，该 式也可以改写成类似单层平壁的导热速率计 算式的形式。
2020/2/28
33
2、多层圆筒壁导热计算
t1 t2
b
2020/2/28
27
由傅立叶定律
Q A dt
dx
t2 dt Q
b
dx
t1
A 0
Q A(t1 t2 )
b
t1
Q
t2
b
Q(t1t2) b
Rt 导 导 热 热 推 热 动 阻 力
A
2020/2/28
28
2、多层平壁热传导
在稳定传热时，通过上述串联平壁的导热 速率都是相等的。即
Q(t1
t2) b1
(t2 t3) b2
(t3 t4) b3
Q
1A
2A
3A
b1 b2 b3
根据等比定律则有
Q (t1t4)
b 11 Ab 22Ab 33A
流体力学与传热学ppt课件
2) 物理条件 物性参数λ、ρ 、c 和η 的数值，是否随温度和压力变化；有无 内热源、大小和分布
3) 时间条件 稳态对流换热过程不需要时间条件—与时间无关
4) 边界条件 第一类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的温度值 第二类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的热流密度值
§8.3 边界层概念及边界层换热微分方程组
计算出在参考温差下的对流传热系数
温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状态（层流或湍流）、流速的大 小及其分布、表面粗糙度等。
温度场取决于流场
§8.2 对流传热问题的数学描写
1、假设条件
为简化分析,对于影响常见对流换热问题的主要因素,做如下假设:
1) 流动是二维的; 2) 流体为不可压缩的牛顿型流体; 3) 流体物性为常数,无内热源;
比拟法 数值法
通过研究动量传递及热量传递的共性或类似特性，以建立起表 面传热系数见的相互关系的方法。
近20年内得到迅速发展，并将会日益显示出其重要的作用。
7、如何从解得的温度场来计算对流传热系数
当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作 用，流体的流速在靠近壁面处随离壁面的距 离的缩短而逐渐降低；
在贴壁处被滞止，处于无滑移状态（即：y=0, u=0） 在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递
c 数值解法：近年来发展迅速 可求解很复杂问题：三维、紊流、变物性、超音速
2）动量传递和热量传递的类比法 利用湍流时动量传递和热量传递的类似规律，由湍流时的局部 表面摩擦系数推知局部表面传热系数
3）实验法 用相似理论指导
4、对流传热过程的单值性条件
完整数学描述：对流传热微分方程组+ 单值性条件
1) 几何条件 平板、圆管；竖直圆管、水平圆管；长度、直径等
3) 时间条件 稳态对流换热过程不需要时间条件—与时间无关
4) 边界条件 第一类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的温度值 第二类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的热流密度值
§8.3 边界层概念及边界层换热微分方程组
计算出在参考温差下的对流传热系数
温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状态（层流或湍流）、流速的大 小及其分布、表面粗糙度等。
温度场取决于流场
§8.2 对流传热问题的数学描写
1、假设条件
为简化分析,对于影响常见对流换热问题的主要因素,做如下假设:
1) 流动是二维的; 2) 流体为不可压缩的牛顿型流体; 3) 流体物性为常数,无内热源;
比拟法 数值法
通过研究动量传递及热量传递的共性或类似特性，以建立起表 面传热系数见的相互关系的方法。
近20年内得到迅速发展，并将会日益显示出其重要的作用。
7、如何从解得的温度场来计算对流传热系数
当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作 用，流体的流速在靠近壁面处随离壁面的距 离的缩短而逐渐降低；
在贴壁处被滞止，处于无滑移状态（即：y=0, u=0） 在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递
c 数值解法：近年来发展迅速 可求解很复杂问题：三维、紊流、变物性、超音速
2）动量传递和热量传递的类比法 利用湍流时动量传递和热量传递的类似规律，由湍流时的局部 表面摩擦系数推知局部表面传热系数
3）实验法 用相似理论指导
4、对流传热过程的单值性条件
完整数学描述：对流传热微分方程组+ 单值性条件
1) 几何条件 平板、圆管；竖直圆管、水平圆管；长度、直径等
第二章 传热过程PPT课件
27
1-3 圆筒壁的稳定热传导
化工生产上最常采用圆筒形设备传热。
如热交换器里的管壁就是最常遇到的圆筒
壁。圆筒壁的传热面积随着圆筒半径的增
加而增加（平面壁的传热面积是不变的）。
设在图2-3 单层圆筒壁上取一厚度为dr的薄
层，此薄层距轴线的距离为r，圆筒的长度
为L，则 A2rL，故
q2rL dt
dr
28
q
δ1 λ1 A
q/
δ1 λ1
422 0.225 1.4
67.9℃
t2 t1 Δt1 930 67.9 862.1℃
Δt2
q
δ2 λ2 A
q/
δ2 λ2
422 0.250 0.15
703.5℃
t3 t2 Δt2 862.1 703.5 158.6 ℃
Δt3 t3 t4 158.6 40 118.6 ℃
6
化工生产中，间壁式传热设备用得最多。这类设 备通常称作热交换器或换热器。在所有化工厂设备中 换热器约占设置重量的40％左右，因此必须对传热机 理、传热过程的影响因素、传热过程的强化或抑止、 换热设备的传热面积计算，以及主要几种热交换器的 基本结构和性能有所了解。
7
§1 传导传热
1-1 传导传热
1 (3 4 7 1 33 )7 325
1
1.34104 [W]
从上述计算结果可以看出，其 r2 1.26 2 ，用平面
体的导热系数变化较小。大多数液体的导热系数随温 度升高而减小（水和甘油除外）。
气体的导热系数随温度的升高而加大。在相当大 的压力范围内，气体的导热系数和压力的关系不是很 大，只有在压力大于2000 [大气压]或是小于20 [毫米 汞柱]时，导热系数才随着压力的增加而加大。
1-3 圆筒壁的稳定热传导
化工生产上最常采用圆筒形设备传热。
如热交换器里的管壁就是最常遇到的圆筒
壁。圆筒壁的传热面积随着圆筒半径的增
加而增加（平面壁的传热面积是不变的）。
设在图2-3 单层圆筒壁上取一厚度为dr的薄
层，此薄层距轴线的距离为r，圆筒的长度
为L，则 A2rL，故
q2rL dt
dr
28
q
δ1 λ1 A
q/
δ1 λ1
422 0.225 1.4
67.9℃
t2 t1 Δt1 930 67.9 862.1℃
Δt2
q
δ2 λ2 A
q/
δ2 λ2
422 0.250 0.15
703.5℃
t3 t2 Δt2 862.1 703.5 158.6 ℃
Δt3 t3 t4 158.6 40 118.6 ℃
6
化工生产中，间壁式传热设备用得最多。这类设 备通常称作热交换器或换热器。在所有化工厂设备中 换热器约占设置重量的40％左右，因此必须对传热机 理、传热过程的影响因素、传热过程的强化或抑止、 换热设备的传热面积计算，以及主要几种热交换器的 基本结构和性能有所了解。
7
§1 传导传热
1-1 传导传热
1 (3 4 7 1 33 )7 325
1
1.34104 [W]
从上述计算结果可以看出，其 r2 1.26 2 ，用平面
体的导热系数变化较小。大多数液体的导热系数随温 度升高而减小（水和甘油除外）。
气体的导热系数随温度的升高而加大。在相当大 的压力范围内，气体的导热系数和压力的关系不是很 大，只有在压力大于2000 [大气压]或是小于20 [毫米 汞柱]时，导热系数才随着压力的增加而加大。
化工原理英文教材传热原理Principles of heat flow in fluids
化工原理 Principles of Chemical Industry
Principles of heat flow in fluids
Typical heat-exchange equipment
Single-pass shell-and-tube condenser
Expansion joint
It is clear from Fig.11-4 that Δt can vary considerably from point to point along the tube, and, therefore, the flux also varies with tube length.
The local flux dq/dA is related to the local value of Δt by the equation
because, as inspection of Figs11-4a and b will show, it is
not possible with this method of flow to bring the exit temperature of one fluid nearly to the entrance temperature of the other and the heat that can be transferred is less than that possible in countercurrent flow.
The temperatures plotted Fig11-4 are average stream temperatures.
The temperature so defined is called the average or mixing-cup stream temperature.
Principles of heat flow in fluids
Typical heat-exchange equipment
Single-pass shell-and-tube condenser
Expansion joint
It is clear from Fig.11-4 that Δt can vary considerably from point to point along the tube, and, therefore, the flux also varies with tube length.
The local flux dq/dA is related to the local value of Δt by the equation
because, as inspection of Figs11-4a and b will show, it is
not possible with this method of flow to bring the exit temperature of one fluid nearly to the entrance temperature of the other and the heat that can be transferred is less than that possible in countercurrent flow.
The temperatures plotted Fig11-4 are average stream temperatures.
The temperature so defined is called the average or mixing-cup stream temperature.
(精品)传热学课件：对流传热精选全文
（ u
u
u x
v
u ) y
F x
p x
(
2u x2
2u y2 )
（ v
u
v x
v
v ) y
F y
p y
(
2v x2
2v y2
)
(1)
(2) (3)
(4)
对于稳态流动： 只有重力场时：
u 0； v 0
Fx gx ; Fy gy
§5-2 对流传热问题的数学描写
3)能量微分方程导出 ——描述流体温度场
体积力: 重力、离心力、电磁力 表面力：静压力和粘性应力
动量守恒方程推导中的微元体
压力 p 和法向粘性应力 ii的区别：
a)无论流体流动与否， p 都存在；而 ii只存在于流动时
b) 同一点处各方向的 p 都相同；而 ii与表面方向有关
§5-2 对流传热问题的数学描写
动量微分方程 — Navier-Stokes方程（N-S方程）
能量微分方程推导中的微元体
W＝0
2 流体不可压缩
3 粘性耗散产生的耗散热可以忽略不计
（4）无化学反应等内热源
Q内热源=0
§5-2 对流传热问题的数学描写
Q导热 + Q对流 = U热力学能
由导热微分方程可得：
能量微分方程推导中的微元体
2t
2t
Q导热 x2 dxdy＋ y2 dxdy ,W
§5-2 对流传热问题的数学描写
影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等
复习
(5)对流传热的分类 ★ 按流体运动的起因分为：强迫对流和自然对流。
干燥箱中的强迫对流
暖气片中的自然对流
复习
对流传热系数 W (m2 K)
《流体力学与传热学》课件
总结词
04
传热学应用实例
建筑节能是传热学的重要应用领域，通过合理利用传热学原理，可以有效降低建筑能耗，提高能源利用效率。
建筑设计时，利用传热学原理，合理设计建筑物的保温、隔热、通风等系统，可以有效降低建筑物的热量损失和冷热负荷，从而减少能源消耗。例如，利用保温材料和密封技术减少墙体热传导，利用自然通风和热压差通风降低室内温度等。
流体静力学的基本概念、原理和应用
详细描述
流体静力学是研究流体在静止状态下力学行为的一门学科。主要研究流体内部的压力分布、液体对容器壁的侧压力等，在工程实际中有广泛应用。
总结词
流体动力学的基本概念、原理和应用
详细描述
流体动力学是研究流体在运动状态下力学行为的一门学科。主要研究流体的速度、压力、密度等物理量的变化规律，以及流体与固体壁面的相互作用等，在航空航天、交通运输等领域有重要应用。
随着计算机技术的不断发展，数值模拟与仿真技术在流体力学与传热学中发挥着越来越重要的作用。这些技术可以对流体流动和传热过程进行精确模拟和预测，为实验研究和工程应用提供有力支持。
数值模拟与仿真技术在流体力学与传热学中广泛应用于各种领域。例如，在能源领域，通过对流体流动和传热的数值模拟，优化核能、风能等可再生能源的开发和利用。在环境领域，通过对污染物扩散的数值模拟，评估环境治理措施的有效性。在生物医学领域，通过对生物体内的流体流动和传热的数值模拟，揭示生理过程和疾病机制，为诊断和治疗提供依据。
THANKS
感谢观看
总结词
新能源技术是未来能源发展的方向，传热学在新能源技术的开发和利用中发挥着重要作用。
要点一
要点二
详细描述
太阳能、风能等新能源的开发和利用过程中，传热学原理被广泛应用于设备的热回收、热利用和热控制等方面。例如，太阳能热水器利用传热学原理将太阳能转化为热能，风力发电设备的散热系统和热回收系统也涉及到传热学的知识。
04
传热学应用实例
建筑节能是传热学的重要应用领域，通过合理利用传热学原理，可以有效降低建筑能耗，提高能源利用效率。
建筑设计时，利用传热学原理，合理设计建筑物的保温、隔热、通风等系统，可以有效降低建筑物的热量损失和冷热负荷，从而减少能源消耗。例如，利用保温材料和密封技术减少墙体热传导，利用自然通风和热压差通风降低室内温度等。
流体静力学的基本概念、原理和应用
详细描述
流体静力学是研究流体在静止状态下力学行为的一门学科。主要研究流体内部的压力分布、液体对容器壁的侧压力等，在工程实际中有广泛应用。
总结词
流体动力学的基本概念、原理和应用
详细描述
流体动力学是研究流体在运动状态下力学行为的一门学科。主要研究流体的速度、压力、密度等物理量的变化规律，以及流体与固体壁面的相互作用等，在航空航天、交通运输等领域有重要应用。
随着计算机技术的不断发展，数值模拟与仿真技术在流体力学与传热学中发挥着越来越重要的作用。这些技术可以对流体流动和传热过程进行精确模拟和预测，为实验研究和工程应用提供有力支持。
数值模拟与仿真技术在流体力学与传热学中广泛应用于各种领域。例如，在能源领域，通过对流体流动和传热的数值模拟，优化核能、风能等可再生能源的开发和利用。在环境领域，通过对污染物扩散的数值模拟，评估环境治理措施的有效性。在生物医学领域，通过对生物体内的流体流动和传热的数值模拟，揭示生理过程和疾病机制，为诊断和治疗提供依据。
THANKS
感谢观看
总结词
新能源技术是未来能源发展的方向，传热学在新能源技术的开发和利用中发挥着重要作用。
要点一
要点二
详细描述
太阳能、风能等新能源的开发和利用过程中，传热学原理被广泛应用于设备的热回收、热利用和热控制等方面。例如，太阳能热水器利用传热学原理将太阳能转化为热能，风力发电设备的散热系统和热回收系统也涉及到传热学的知识。
流体力学与传热电子教案--chapter11
Tha: inlet temp. of hot fluid Thb: outlet temp. of hot fluid
Tca: inlet temp. of cold fluid Tcb: outlet temp. of cold fluid
parallel-current flows ---two fluids enter at the same direction to the exchanger
３．temperature of the fluid in the tubes increases continuously as the fluid flows through the tubes.
Figure: (1) temperature of the condensing vapor ---- tube length
(2) temperature of the liquid against tube length
Temp of condensing vapor T
Δt
Δt2
Δt1
Temp of cool fluid
Temperature ºC
Length of tube m
in a single-pass exchanger： the counterflow is commonly used. Parallel flow is rarely used ．
（３）Both sides with phase change
qh=mh λ= qc=mc λ
(4) Superheated vapor condensate
过热蒸汽冷凝
For colΒιβλιοθήκη side q= mcCpc (tc2 - tc1)
流体力学与传热课件Heat Transfer and Its Applications
Experiment does confirm the independence of k for a wide range of temperature gradients except for porous solids.
On the other hand, k is a function of temperature, but not a strong one.
The negative sign reflects the physical fact that heat flow occurs from hot to cold and the sign of the gradient is opposite that of the heat flow.
In using equation it must be clearly understood that the area A is that of a surface perpendicular to the flow of heat and distance n is the length of path measured perpendicularly to area A.
• k vary over a wide range. They are highest for metals and lowest for finely powdered materials from which air has been evacuated.
Fourie’s law states that k is independent of the temperature gradient.
4.2 Heat Transfer by Conduction
Conduction is most easily understood by considering heat flow in homogeneous isotropic solids because in these there is no convection and the effect of radiation is negligible.
On the other hand, k is a function of temperature, but not a strong one.
The negative sign reflects the physical fact that heat flow occurs from hot to cold and the sign of the gradient is opposite that of the heat flow.
In using equation it must be clearly understood that the area A is that of a surface perpendicular to the flow of heat and distance n is the length of path measured perpendicularly to area A.
• k vary over a wide range. They are highest for metals and lowest for finely powdered materials from which air has been evacuated.
Fourie’s law states that k is independent of the temperature gradient.
4.2 Heat Transfer by Conduction
Conduction is most easily understood by considering heat flow in homogeneous isotropic solids because in these there is no convection and the effect of radiation is negligible.
第五章传热(本专业)(1)精品PPT课件
0K，均存在辐射传热； ▪ 不需要任何中介； ▪ 传热过程中伴随能量 形式的转换。
三种传热方式的比较：
传导 对流 辐射
注：三种传热方式往往共存
5.1.3 工程上常用的换热方式
⒈混合式换热
冷热两种流体直接接触换热，如凉水塔，湿式混 合冷凝器。 优点：传热速度快、效率高、设备简单等。
2. 蓄热式换热
计算：
厚度为b 的无限大平壁，壁 面两侧温度t1、t2 ，t1>t2 ， 取厚度为dx 的薄层，由傅
立叶定律：
q dt
dx dt q dx
对上式积分，积分限为：
t : t1 t2
x:0
λ取一平均值，视为常 数，积分得：
q
t1
t2
t
Q
qA
A
t1
t2
说明：
①将上式写成速率方程的一般形式为：
分率、分子量及导热系数。
气体的 导热系数：
1－水蒸气；2－氧；3－二氧化碳；4－空气； 5－氮；6－氩
5.2.4 平壁的稳定热传导
㈠单层平壁的稳定热传导
平壁模型：
▪ 平壁材质均匀，λ可视为常数；
▪ 平壁内只有一维温度梯度，导热方向垂直于壁面 ─等温面为平行于侧面的平面；
▪ 导热平壁的长和宽＞＞壁厚b ，忽略边缘热损失。
─等温面为与圆筒同心的圆筒面；
▪ 筒壁材质均匀，λ视为常数。
计算：
内、外半径r1、r2 ， 内外壁温度t1、t2（t1>t2）， A=2πrl，导热系数λ，由傅
立叶定律：
QArq2rLddrt
分离变量： dt Q dr
2L r
积分： d t2 t r2 Q dr
t1
r1 2L r
三种传热方式的比较：
传导 对流 辐射
注：三种传热方式往往共存
5.1.3 工程上常用的换热方式
⒈混合式换热
冷热两种流体直接接触换热，如凉水塔，湿式混 合冷凝器。 优点：传热速度快、效率高、设备简单等。
2. 蓄热式换热
计算：
厚度为b 的无限大平壁，壁 面两侧温度t1、t2 ，t1>t2 ， 取厚度为dx 的薄层，由傅
立叶定律：
q dt
dx dt q dx
对上式积分，积分限为：
t : t1 t2
x:0
λ取一平均值，视为常 数，积分得：
q
t1
t2
t
Q
qA
A
t1
t2
说明：
①将上式写成速率方程的一般形式为：
分率、分子量及导热系数。
气体的 导热系数：
1－水蒸气；2－氧；3－二氧化碳；4－空气； 5－氮；6－氩
5.2.4 平壁的稳定热传导
㈠单层平壁的稳定热传导
平壁模型：
▪ 平壁材质均匀，λ可视为常数；
▪ 平壁内只有一维温度梯度，导热方向垂直于壁面 ─等温面为平行于侧面的平面；
▪ 导热平壁的长和宽＞＞壁厚b ，忽略边缘热损失。
─等温面为与圆筒同心的圆筒面；
▪ 筒壁材质均匀，λ视为常数。
计算：
内、外半径r1、r2 ， 内外壁温度t1、t2（t1>t2）， A=2πrl，导热系数λ，由傅
立叶定律：
QArq2rLddrt
分离变量： dt Q dr
2L r
积分： d t2 t r2 Q dr
t1
r1 2L r
第4章传热-PPT精品
列管式换热器
2、间壁式换热和间壁式换热器
主要特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开， 在换热过程中，两种流体互不接触，热量由热流 体通过间壁传给冷流体。
设备：列管式换热器、套管式换热器。 适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
2、间壁式换热和间壁式换热器
冷、热流体通过间壁两侧的传热过程包括以下三个步骤： （1）热流体以对流方式将热量传递给管壁； （2）热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另一侧； （3）传递至另一侧的热量又以对流方式传递给冷流体。
物质的导热系数主要与物质的种类和温度有关。
纯金属>合金>非金属建筑材料>液体>绝缘材料>气体
1、 固体的导热系数
金属：金属是最好的导热体。
纯金属：熔融状态时λ变小。
合金：随纯度↑—λ↑。
随T↑—λ↓ 。
非金属建筑材料和绝热材料 λ与温度、组成和结构的紧密程度有关。 随T↑—λ↑ ， 随密度↑—λ↑ ，存在最佳密度，使λ最小。
q Q A
六、传热速率方程式
传热过程的推动力：两流体的温度差，通常用平均温度差 Δtm进行计算，单位为K或℃。
经验指出，在稳态传热过程中，传热速率Q与传热面积A 和两流体的温度差Δtm成正比。即传热速率方程式为：
QKAtm
tm 1
推动力 热阻
KA
其中，比例系数K为总传热系数（overall heat transfer coefficient），单位为W/(m2.K)
2、多层平壁的热传导
在稳定传热时，通过串联平壁的导热速率
都是相等的。
Q(t1t2)(t2t3)(t3t4)
b1
b2
b3
1A
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4.3 Principles of Heat Flow in Fluids
• Heat transfer from a warmer fluid to a cooler fluid, usually through a solid wall separating the two fluids, is common in chemical engineering practice.
mh c ph (T t ) mcc pc (t2 t1 ) (4.3-7)
4.3.3 Heat Flux and HeatTransfer Coefficients
Heat flux
In many types of heat-transfer equipment the transfer surfaces are constructed from tubes.
The two fluids enter at different ends of the exchanger and pass in opposite directions through the unit.
It is called counterflow or countercurrent flow. The temperature-length curves for this case shown in figure.
Temp of condensing vapor T
Δt2 Δt Δt1
Length of tube L
Double-tube heat exchanger
It is assembled of standard metal pipe and standarized return bends and return heads. shown in figure.
• The heat transferred may be latent heat accompanying a phase change such as condensation or vaporization, or
it may be sensible heat from the rise or fall in the temperature of a fluid without any phase chs in total condensers
• For a condenser
mh mcc pc (t2 t1 )
(4.3-7)
Equation (4.3-7) is based on the assumption that the vapor enters the condenser as saturated vapor (no superheat) and the condensate leaves at condensing temperature without being further cooled.
It consists essentially of a bundle of parallel tubes A, the ends of which are expanded into tube sheets B1 and B2.
The tube is inside a cylindrical shell C and is
Single-pass shell-and-tube condenser
If the vapor entering the condenser is not superheated and the condensate is not subcooled, the temperature throughout the shell-side of the condenser is constant.
The temperature of the fluid in the tubes increases continuously as the fluid flows through the tubes.
Temperature ºC
The temperatures of the condensing vapor and of the liquid are plotted against the tube length. The horizontal line represents the temperature of the condensing vapor, and the curved line below it represents the rising temperature of the tube-side fluid.
The temperature plotted figure above are average stream temperatures. The temperature so defined is called the average temperature.
connection G leads to a trap, which is a device that allows flow of liquid but holds back vapor.
The fluid to be heated is pumped through connection H into channel D2.
If the two fluids enter at the same end of the exchanger and flow in the same direction to the other end, the flow is called parallel.
The temperature length curves for parallel flow are shown in Figure
For larger capacities , more elaborate shelland-tube exchangers, containing up to thousand of square meter of area, are used.
Countercurrent and parallel-current flows
For the cold fluid, it can gain heat q=mc(Hc2 - Hc1)
Neglecting the heat transfer with the ambient. The heat lost by the warm fluid is gained by the cold fluid, therefore
show, Parallel flow is not possible to bring
the exit temperature of one fluid nearly to the entrance temperature of the other，
and the heat that can be transferred is less than that possible in countercurrent flow.
The flow type with the counterflow is commonly used. Parallel flow is rarely used in a single-pass exchanger.
As inspection of distribution of temperature
The parallel flow may be used in following situation:
In special situation where it is necessary to limit the maximum temperature of the cooler fluid;
q=mh(Hh1-Hh2)= mc(Hc2 - Hc1)
(4.3-3)
(11-5)
If constant specific heats are assumed, the overall enthalpy balance for a heat exchanger becomes
q=mhCph (Th1-Th2)= mcCpc (tc2 - tc1) (4.3-5)
One fluid flows through the inside pipe and second fluid through the annular space between the outside and inside pipes.
Double-pipe exchanger are useful when not more than 9 to 14 m2 of surface is required.
It is customary to neglect it in comparison with the heat transfer through the wall of the tubes from the warm fluid to the cold fluid.
For the warm fluid, it can lose heat. q=mh(Hh1-Hh2)
If either of these sensible-heat effects is important, it must be accounted for by an added term in the left-hand side of Eq. (4.3-7).
For example, if the condensate leaves at a temperature t that is less than T, the condensing temperature of the vapor, Eq. (4.3-7) must be written
• Heat transfer from a warmer fluid to a cooler fluid, usually through a solid wall separating the two fluids, is common in chemical engineering practice.
mh c ph (T t ) mcc pc (t2 t1 ) (4.3-7)
4.3.3 Heat Flux and HeatTransfer Coefficients
Heat flux
In many types of heat-transfer equipment the transfer surfaces are constructed from tubes.
The two fluids enter at different ends of the exchanger and pass in opposite directions through the unit.
It is called counterflow or countercurrent flow. The temperature-length curves for this case shown in figure.
Temp of condensing vapor T
Δt2 Δt Δt1
Length of tube L
Double-tube heat exchanger
It is assembled of standard metal pipe and standarized return bends and return heads. shown in figure.
• The heat transferred may be latent heat accompanying a phase change such as condensation or vaporization, or
it may be sensible heat from the rise or fall in the temperature of a fluid without any phase chs in total condensers
• For a condenser
mh mcc pc (t2 t1 )
(4.3-7)
Equation (4.3-7) is based on the assumption that the vapor enters the condenser as saturated vapor (no superheat) and the condensate leaves at condensing temperature without being further cooled.
It consists essentially of a bundle of parallel tubes A, the ends of which are expanded into tube sheets B1 and B2.
The tube is inside a cylindrical shell C and is
Single-pass shell-and-tube condenser
If the vapor entering the condenser is not superheated and the condensate is not subcooled, the temperature throughout the shell-side of the condenser is constant.
The temperature of the fluid in the tubes increases continuously as the fluid flows through the tubes.
Temperature ºC
The temperatures of the condensing vapor and of the liquid are plotted against the tube length. The horizontal line represents the temperature of the condensing vapor, and the curved line below it represents the rising temperature of the tube-side fluid.
The temperature plotted figure above are average stream temperatures. The temperature so defined is called the average temperature.
connection G leads to a trap, which is a device that allows flow of liquid but holds back vapor.
The fluid to be heated is pumped through connection H into channel D2.
If the two fluids enter at the same end of the exchanger and flow in the same direction to the other end, the flow is called parallel.
The temperature length curves for parallel flow are shown in Figure
For larger capacities , more elaborate shelland-tube exchangers, containing up to thousand of square meter of area, are used.
Countercurrent and parallel-current flows
For the cold fluid, it can gain heat q=mc(Hc2 - Hc1)
Neglecting the heat transfer with the ambient. The heat lost by the warm fluid is gained by the cold fluid, therefore
show, Parallel flow is not possible to bring
the exit temperature of one fluid nearly to the entrance temperature of the other，
and the heat that can be transferred is less than that possible in countercurrent flow.
The flow type with the counterflow is commonly used. Parallel flow is rarely used in a single-pass exchanger.
As inspection of distribution of temperature
The parallel flow may be used in following situation:
In special situation where it is necessary to limit the maximum temperature of the cooler fluid;
q=mh(Hh1-Hh2)= mc(Hc2 - Hc1)
(4.3-3)
(11-5)
If constant specific heats are assumed, the overall enthalpy balance for a heat exchanger becomes
q=mhCph (Th1-Th2)= mcCpc (tc2 - tc1) (4.3-5)
One fluid flows through the inside pipe and second fluid through the annular space between the outside and inside pipes.
Double-pipe exchanger are useful when not more than 9 to 14 m2 of surface is required.
It is customary to neglect it in comparison with the heat transfer through the wall of the tubes from the warm fluid to the cold fluid.
For the warm fluid, it can lose heat. q=mh(Hh1-Hh2)
If either of these sensible-heat effects is important, it must be accounted for by an added term in the left-hand side of Eq. (4.3-7).
For example, if the condensate leaves at a temperature t that is less than T, the condensing temperature of the vapor, Eq. (4.3-7) must be written