第四章传热第一节概述.ppt

第四章 传 热第一节 ?概 述 一、定义：由温度差引起的能量转移过程称为热量传递过程或传热过程，简称传热。 二、传热现象：几乎无时不有，无处不在。因为温差几乎无时不有，无处不在。 三、传热原理的应用：十分广泛。尤其在能源动力、化工冶金部门。 化学过程 单元操作 设备管道 废热利用 四、问题类型 提高（强化）传热速率 降低（削弱）传热速率 五、传热状态 稳态（定常）传热： 各点温度不随时间而变 非稳态（非定常）传热：否则 六、传热基本方式（传热机理） 1．热传导（导热）(conduction)：由微观粒子（分子、原子、离子和电子）的微观运动传递热量的过程。 ? 金属，自由电子的运动。 固体 分子晶体，分子的振动。 非金属 原子晶体，原子的振动。 晶格结构的振动，弹性波。 离子晶体，离子的振动。 液体，分子的不规则热运动（布朗运动），介于气体与非金属之间。 气体，分子的不规则热运动（布朗运动）。 2．热对流（对流）(convection)：由流体质点的宏观运动传递热量的过程。由于同 时存在分子不规则热运动，所以对流必然伴随导热。 自然对流：宏观运动由流体密度差引起，而密度差由温度差引起。 强制对流：宏观运动由外力（泵、风机、位差、压差等）引起。 3．热辐射（辐射）(radiation)：由电磁波传递热量的过程。 在实际问题中，传热方式很少单独存在，常常两种或三种共存 七、换热器的类型：间壁式、混合式（图4-1）、蓄热式（图4-2）。 八、典型间壁式换热器：套管式（图4-4）和列管（壳管）式（图4-5、4-6）。 九、间壁式换热器中的传热方式：对流?导热?对流 ? ? ? ? ?  十、载热体：提供或取走热量的流体。 1．加热剂：提供热量的载热体。热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯、熔盐、烟气（表4-1）。 或电。 2．冷却剂：取走热量的载热体。冷水、空气、盐水、液氨（表4-2）。或氟里昂、液氮。 第二节 热传导 一、傅立叶定律：在物体内任何一点，沿任一方向的导热热流密度（单位时间内垂直通过单位面积的热流量）与该方向上的温度变化率成正比，即 式中负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向。 q——n方向的导热热流密度，W/m2； Q——n方向的导热传热速率或热流量，W，J/s； S——与热流方向垂直的导热面积，m2； ?——导热系数，W/(m?K)，W/(m??C)； ——n方向的温度变化率，K/m，?C/m； ? 二、导热系数?：表征物质导热能力的物性参数。 1．固体? ?? 式中?0固体在0 ?C的导热系数，W/(m?K)，W/(m??C)； 温度系数，1/ ?C 2．液体? (1)?? 金属液体： (2)?? 非金属液体（除水、甘油外）：t?, ??（略减小） (3)?? 有机化合物水溶液的导热系数估算式为 式中 ——组分i的质量分率。 (4)?? 有机化合物互溶混合液的导热系数估算式为 3、气体?很小，对导热不利，但有利于保温和绝热 (1)?? (2)?? (3)?? 常压下气体混合物的导热系数估算式为 式中 ——组分i的摩尔分率。 ——组分i的摩尔质量，kg/kmol。 4、一般规律 (1)?? (2)?? (3)?? (4)?? 三、 通过平壁的导热 1．单层平壁 如图所设，且假定?为常数， 则将一维稳态条件用于傅立叶定律： 得 所以 ，t与x成线性关系。 或 沿x方向定积分，得 而由一维稳态条件，知q与x无关， （ ） 所以