第二章 传热1-热传导

2、蓄热式 优点： 结构简单 耐高温 缺点： 设备体积大 有混合
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
3、间壁式 套管换热器
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
第二章作业：7,13,15,22,26,28,30
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
第二节
1、温度场和等温面
热传导
一、有关热传导的基本概念
温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。
t f x, y , z ,
式中 t :温度，℃或K； x,y,z:坐标；
: 时间。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
3、各层的温差
t1 t2 : t2 t3 : t3 t4
b3 b1 b2 : : 1 A 2 A 3 A
R1 : R2 : R3
t1
1 t2
2
3
t3 t4
厚度相同的三层平壁传热， 温度分布如图所示， 哪一层热阻最大， 说明各层的大小排列。
第二章 传热
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
第一节 概述 一、 传热过程在化工生产中的应用 加热或冷却 热量或冷量回收 保温 强化传热过程 削弱传热过程
得：
Q dx Adt
0
t1
b
t2
A (t t ) t1 t2 1 2 设不随t而变 Q b b A
式中 Q ：热流量或传热速率，W或J/s； A：面积，m2； b ：厚度，m；
：导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)；
t1,t2 ：两侧的温度，℃。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
列管换热器
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
四、 热载体及其选择 加热剂 冷却剂
冷却温度30C 水 加热温度180C 饱和水蒸气
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
dQ t 用热通量来表示 q dA n dt 对一维稳态热传导 dQ dA dx
表征材料导热性能的物性参数。
三、导热系数
q t / n
(1) 在数值上等于单位温度梯度下的热通量。 (2) 是分子微观运动的宏观表现。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
3、冷热流体通过间壁的传热过程
(1)热流体 管壁内侧 (2)管壁内侧 管壁外侧 (3)管壁外侧 冷流体
Q3 ( 对流 ) Q2 ( 热传导 )
Q1 ( 对流 )
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
四、 通过平壁的稳定热传导 1、 通过单层平壁的稳定热传导 假设： (1) A大，b小；(2) 材料均匀； (3)温度仅沿x变化， 且不随时间变 化。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、 传热的三种基本方式 1、热传导
T / ℃
τ τ τ τ τ τ
6 4 3 2
τ τ
8 7
τ
i
－
时
间
取dx的薄层，作热量衡算：
t Qx Qx dx A dx c p t 对于稳定温度场 0
Qx Qx dx Q const

d t 傅立叶定律： Q A dx
边界条件为：
t t1 ; x b时, t t2 x 0时，
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2、温度梯度
lim t t gradt n 0 n n
温度梯度是一个向量。
方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正 一维稳定热传导 dt / dx
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
稳态传热： Q1
Q2 Q3 Q
两流体的平均温差 ℃或K
总传热速率方程：
传热速率
W或J/s
t m 总传热推动力 Q KAtm 1/ KA 总热阻
总传热系数
W/(m2·℃)或W/(m2·K)
总传热面积
m2
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2、对流 特征：宏观移动 分类：自然对流
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
强制对流
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
t1 t2 t2 t3 t3 t4 Q b2 b3 b1 2 A 3 A 1 A
Q q A
式中 A:总传热面积，m2。
2、稳态与非稳态传热 非稳态传热 稳态传热
Q, q, t f x, y, z ,
t 0 Q, q, t f x, y, z ;
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1 0
l/ m
特点：没有物质的宏观位移。 气体 固体 液体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 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来实现的 机理复杂
加热炉
导
热
过
程
示
意
图
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、 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)。
负号表示传热方向与温度梯度方向相反
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
3、热辐射 不需要任何物质作媒介
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
三、冷热流体的接触方式 1、直接 接触式
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
= f(结构,组成,密度,温度,压力） (3) 各种物质的导热系数 金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
λ对温度分布的影响
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2、 通过多层平壁的稳定热传导
假设： 除单层假设条件外，尚要求 各层接触良好， 接触 面两侧温度相同。
t t t b b A A
i
1 3 4 i
i
t1 t4 总推动力 Ri 总热阻
i
i 1
i
t1 tn 1 t1 t n 1 = n 推广至n层： Q n bi Ri i 1 i 1 i A
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
不稳定温度场 稳定温度场
t f x, y , z ,
t f x, y , z
等温面：在同一时刻， 温度场中温度相同的点组成的面。
t ; 0
等温面
t1 t2 t1>t2
Q
不同温度的等温面不相交。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
五、 间壁式换热器的传热过程 1、基本概念
传热速率Q
单位 J/s或W。
热流密度q 热通量， 单位 J/(s. m2)或W/m2。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.