第04章热量传递过程
合集下载
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)。
其它要求： ① 载热体的温度应易于调节； ② 载热体的饱和蒸气压宜低，加热时不会分解； ③ 载热体毒性要小，使用安全，对设备应基本上没有腐蚀； ④ 载热体应价格低廉而且容易得到。
2020年8月21日星期五
Process System principle
7
热量传递过程概述
传热速率
（1）热流量Q： 单位时间内热流体通过整个换热器的传热面传递给冷流体的热量W。
11
热传导过程
热传导的应用
1、通过平壁的热传导过程：
平壁的热传导的温度分布见图4-5所示。
由傅立叶（Fourier）定律可知：
q
λdd
t x
co
n
st.
对上式积分得：
q
Q A
λΔδt
, Δt t1 t2
又可写为： Q Δt
A
Δt 推动力 R 热阻
图4-5
平壁的热传导
2020年8月21日星期五
2020年8月21日星期五
Process System principle
9
热传导过程
热传导规律
1、热传导概念
热传导（或导热）：物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、 原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递。
2、热传导规律
（1）傅立叶（Fourier）定律： q λnt
式中：q --- 热流密度，w/m2 ； t --- 法向温度梯度，℃/m； λn --- 比例系数，称为导热系数，w/(m ·℃)
2020年8月21日星期五
Process System principle
10
热传导过程
热传导规律
（2）导热系数λ λ表征材料导热性能的一个参数，其值越大，材料导热性能越好。
例： 金属
10～102 w/(m ·℃)
建筑材料 10-1～10 w/(m ·℃)
绝热材料 10-2～10-1 w/(m ·℃)
南京工业大学本科系列课程
过程系统原理
第四章 热量传递过程
主讲人：程 明
教学内容
热量传递过程概述 热传导过程 对流传热过程 辐射传热过程 传热过程计算 传热设备（换热器）
2020年8月21日星期五
Process System principle
2
热量传递过程概述
热量传递的目的
（1）加热或冷却，使物料达到指定的温度。 （2）换热，以回收利用热量或冷量。 （3）保温，以减少热量或冷量的损失。
图4-6 圆筒壁的热传导
2020年8月21日星期五
Process System principle
13
热传导过程
热传导的应用
又： q λddrt
所以：
dt
Q dr 2πlλ r
对上式进行积分得：
t
2
Q πl
l λ
n
r
C
式中：r --- 圆筒任一径向半径；
l --- 圆筒管长。
边界条件： r r1 r r2
Process System principle
12
热传导过程
热传导的应用
2、通过圆筒壁的热传导过程：
圆筒壁的热传导的温度分布见图4-6所示。
在圆筒壁内取同心薄层圆筒并对其作热
量衡算：
2rlq
|r
2 (r
r)lq |rr
(2rrl )
t
cP
对于定态热传导： t 0
则： 2rlq |r 2 (r r)lq |rr Q
实验测得导热系数λ与温度t的关系： 0 (1 at)
式中： λ --- 固体在温度t ℃的导热系数，w/(m ·℃)；
λ0 ---固体在温度0 ℃的导热系数，w/(m ·℃)； a --- 温度系数，1/℃，； 对大多数金属材料为负值，
对大多数非金属材料为正值。
2020年8月21日星期五
Process System principle
（2）热流密度（或热通量）q： 单位时间、通过单位传热面积的热量W/m2。
q dQ dA
2020年8月21日星期五
Process System principle
8
Hale Waihona Puke Baidu量传递过程概述
稳态传热与非稳态传热
（1）稳态传热： 在传热系统中，不积累能量的传热过程称稳态传热。 特点：传热系统中，温度分布不随时间而变，且传热速率在任何时 间都为常数。 连续生产过程中的传热多是稳态传热。 （2）非稳态传热： 在传热系统中，有能量积累的传热过程称非稳态传热。 特点：传热系统中，温度分布随时间而变。 间歇操作的换热设备、连续生产过程中的开工、停工。
圆筒壁的热传导的温度分布
的 热
见图4-7所示。
传
2020年8月21日星期五
Process System principle
（2）载热体的选择： 加热剂：热水、饱和水蒸气、矿物油、联苯混合物、熔盐 和烟道 气等。冷却剂：水、空气和各种冷冻剂。 载热体的选择要求： 加热时，温位越高，价值越大；冷却时，温位越低，价值越大。
2020年8月21日星期五
Process System principle
6
热量传递过程概述
载热体及其选择
1---换热器 2---反应器
图4-1 典型的换热流程
2020年8月21日星期五
Process System principle
3
热量传递过程概述
热量传递的方式
（1）热传导。 （2）对流传热。 （3）辐射传热。
2020年8月21日星期五
Process System principle
4
热量传递过程概述
冷、热流体的接触方式
（1）直接接触传热。 （2）间壁式传热。 （3）蓄热式传热。
图4-3 间壁式换热 图4-4 蓄热式换热
2020年8月21日星期五
Process System principle
图4-2 直接接触换热
5
热量传递过程概述
载热体及其选择
（1）载热体： 载热体：供给冷流体热量或将热流体的热量带走的流体。 起加热作用的载热体称为加热剂；起冷却作用的载热体称为冷却剂。
时 , t t1 时 , t t2
2020年8月21日星期五
Process System principle
14
热传导过程
热传导的应用
将边界条件带入上式，得：
Q 2πλl(t1 t2 )
l n
r2 r1
式子可以改写为：
或 Q 2πλl(t1 t2 )
l n
d2 d1
Q λAm
t1 t2 δ
Δt δ
λ Am
,
式中： A m
A2 A1
l
n
A2 A1
2020年8月21日星期五
Process System principle
15
热传导过程
热传导的应用
若
d2 d1
2
,
则可取
Am
A1
A2 2
-
圆筒壁热阻为：
导图
4
R
l2nπ ddλ22 l
δ λ Am
7 多 层
3、多层平壁的热传导过程：
平 壁
2020年8月21日星期五
Process System principle
7
热量传递过程概述
传热速率
（1）热流量Q： 单位时间内热流体通过整个换热器的传热面传递给冷流体的热量W。
11
热传导过程
热传导的应用
1、通过平壁的热传导过程：
平壁的热传导的温度分布见图4-5所示。
由傅立叶（Fourier）定律可知：
q
λdd
t x
co
n
st.
对上式积分得：
q
Q A
λΔδt
, Δt t1 t2
又可写为： Q Δt
A
Δt 推动力 R 热阻
图4-5
平壁的热传导
2020年8月21日星期五
2020年8月21日星期五
Process System principle
9
热传导过程
热传导规律
1、热传导概念
热传导（或导热）：物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、 原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递。
2、热传导规律
（1）傅立叶（Fourier）定律： q λnt
式中：q --- 热流密度，w/m2 ； t --- 法向温度梯度，℃/m； λn --- 比例系数，称为导热系数，w/(m ·℃)
2020年8月21日星期五
Process System principle
10
热传导过程
热传导规律
（2）导热系数λ λ表征材料导热性能的一个参数，其值越大，材料导热性能越好。
例： 金属
10～102 w/(m ·℃)
建筑材料 10-1～10 w/(m ·℃)
绝热材料 10-2～10-1 w/(m ·℃)
南京工业大学本科系列课程
过程系统原理
第四章 热量传递过程
主讲人：程 明
教学内容
热量传递过程概述 热传导过程 对流传热过程 辐射传热过程 传热过程计算 传热设备（换热器）
2020年8月21日星期五
Process System principle
2
热量传递过程概述
热量传递的目的
（1）加热或冷却，使物料达到指定的温度。 （2）换热，以回收利用热量或冷量。 （3）保温，以减少热量或冷量的损失。
图4-6 圆筒壁的热传导
2020年8月21日星期五
Process System principle
13
热传导过程
热传导的应用
又： q λddrt
所以：
dt
Q dr 2πlλ r
对上式进行积分得：
t
2
Q πl
l λ
n
r
C
式中：r --- 圆筒任一径向半径；
l --- 圆筒管长。
边界条件： r r1 r r2
Process System principle
12
热传导过程
热传导的应用
2、通过圆筒壁的热传导过程：
圆筒壁的热传导的温度分布见图4-6所示。
在圆筒壁内取同心薄层圆筒并对其作热
量衡算：
2rlq
|r
2 (r
r)lq |rr
(2rrl )
t
cP
对于定态热传导： t 0
则： 2rlq |r 2 (r r)lq |rr Q
实验测得导热系数λ与温度t的关系： 0 (1 at)
式中： λ --- 固体在温度t ℃的导热系数，w/(m ·℃)；
λ0 ---固体在温度0 ℃的导热系数，w/(m ·℃)； a --- 温度系数，1/℃，； 对大多数金属材料为负值，
对大多数非金属材料为正值。
2020年8月21日星期五
Process System principle
（2）热流密度（或热通量）q： 单位时间、通过单位传热面积的热量W/m2。
q dQ dA
2020年8月21日星期五
Process System principle
8
Hale Waihona Puke Baidu量传递过程概述
稳态传热与非稳态传热
（1）稳态传热： 在传热系统中，不积累能量的传热过程称稳态传热。 特点：传热系统中，温度分布不随时间而变，且传热速率在任何时 间都为常数。 连续生产过程中的传热多是稳态传热。 （2）非稳态传热： 在传热系统中，有能量积累的传热过程称非稳态传热。 特点：传热系统中，温度分布随时间而变。 间歇操作的换热设备、连续生产过程中的开工、停工。
圆筒壁的热传导的温度分布
的 热
见图4-7所示。
传
2020年8月21日星期五
Process System principle
（2）载热体的选择： 加热剂：热水、饱和水蒸气、矿物油、联苯混合物、熔盐 和烟道 气等。冷却剂：水、空气和各种冷冻剂。 载热体的选择要求： 加热时，温位越高，价值越大；冷却时，温位越低，价值越大。
2020年8月21日星期五
Process System principle
6
热量传递过程概述
载热体及其选择
1---换热器 2---反应器
图4-1 典型的换热流程
2020年8月21日星期五
Process System principle
3
热量传递过程概述
热量传递的方式
（1）热传导。 （2）对流传热。 （3）辐射传热。
2020年8月21日星期五
Process System principle
4
热量传递过程概述
冷、热流体的接触方式
（1）直接接触传热。 （2）间壁式传热。 （3）蓄热式传热。
图4-3 间壁式换热 图4-4 蓄热式换热
2020年8月21日星期五
Process System principle
图4-2 直接接触换热
5
热量传递过程概述
载热体及其选择
（1）载热体： 载热体：供给冷流体热量或将热流体的热量带走的流体。 起加热作用的载热体称为加热剂；起冷却作用的载热体称为冷却剂。
时 , t t1 时 , t t2
2020年8月21日星期五
Process System principle
14
热传导过程
热传导的应用
将边界条件带入上式，得：
Q 2πλl(t1 t2 )
l n
r2 r1
式子可以改写为：
或 Q 2πλl(t1 t2 )
l n
d2 d1
Q λAm
t1 t2 δ
Δt δ
λ Am
,
式中： A m
A2 A1
l
n
A2 A1
2020年8月21日星期五
Process System principle
15
热传导过程
热传导的应用
若
d2 d1
2
,
则可取
Am
A1
A2 2
-
圆筒壁热阻为：
导图
4
R
l2nπ ddλ22 l
δ λ Am
7 多 层
3、多层平壁的热传导过程：
平 壁