化工原理第四章热量传递基础分解.ppt

第四章 热量传递基础 4.1 概述 4.2 热传导 4.3 对流传热 4.4 冷凝与沸腾传热 4.5 辐射传热 4.1 概述 4.1.1 基本概念 4.1.2 热量传递的三种基本方式 4.1.1 基本概念 在化工生产中传热的应用主要是两个方面： （1）强化传热 为了使物料满足所要求的操作温度进行的加热或冷却，希望热量以所期望的速率进行传递； （2）削弱传热 为了使物料或设备减少热量散失，而对管道或设备进行保温或保冷。 4.1.1 基本概念 1.传热速率与热通量 4.1.1 基本概念 2.稳态传热与非稳态传热 4.1.1 基本概念 3.温度场与温度梯度 4.1.1 基本概念 4.1.2 热量传递的三种基本方式 1.热传导 物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为热传导，又称导热。 4.1.2 热量传递的三种基本方式 对流传热通常用牛顿冷却定律来描述，即当主体温度为tf的流体被温度为tw的热壁加热时，单位面积上的加热量可以表示为 ： 4.1.2 热量传递的三种基本方式 3.热辐射 4.2 热传导 4.2.1 热传导的基本定律—傅立叶定律 4.2.2 导热系数 4.2.3 热传导微分方程及其定解条件 4.2.4 稳态热传导 4.2.5 非稳态热传导 4.2.6 热传导问题的数值解法 4.2.1 热传导的基本定律—傅立叶定律 大量的实践表明 4.2.1 热传导的基本定律—傅立叶定律 4.2.2 导热系数 4.2.2 导热系数 2.影响因素 4.2.2 导热系数 气体的导热系数l与粘度m之间有以下简单关系 4.2.3 热传导微分方程及其定解条件 4.2.3 热传导微分方程及其定解条件 (1)导热系数为常数时 4.2.3 热传导微分方程及其定解条件 (4)常物性，无内热源，稳态热传导 4.2.3 热传导微分方程及其定解条件 在物体边界上，传热边界条件可分为以下三类 4.2.3 热传导微分方程及其定解条件 4.2.4 稳态热传导 1.通过平壁的热传导 4.2.4 稳态热传导 将式（4-3）代入傅立叶定律，得到热通量的表达式 4.2.4 稳态热传导 在多层壁的热传导中 4.2.4 稳态热传导 使用(4－4)式的几个假设： 1. 平壁A大，b小； 2. 材料均匀，?=const； 3. 温度仅沿 x 变化，且不随 时间变化； 4. 各层接触良好，且接触面 两侧温度相同； 5. 热量损失可以忽略。 4.2.4 稳态热传导 2.通过圆筒壁的热传导 4.2.4 稳态热传导 式中的积分常数由边界条件确定。可得圆筒壁内的温度分布为 4.2.4 稳态热传导 式（4-7）还可改写为 4.2.4 稳态热传导 例4-1 为了减少热损失和保证安全工作条件，在外径为159mm的蒸汽管道上包覆保温层。蒸汽管道外壁的温度为300℃。保温材料为水泥珍珠岩制品，水泥珍珠岩制品的导热系数随温度的变化关系为。要求包覆保温层后外壁的温度不超过50℃，并要求将每米长度上的热损失控制在300W/m，则保温层的厚度为多少？ 4.2.4 稳态热传导 3.通过球壳壁的热传导 4.2.5 非稳态热传导 由于物体内温度场随时间变化，物体内的热流量也随时间发生变化，因此非稳态热传导问题比稳态问题的计算复杂。 4.2.6 热传导问题的数值解法 1.有限差分法的一般步骤与基本概念 4.2.6 热传导问题的数值解法 4.2.6 热传导问题的数值解法 在直角坐标系中，用一系列与坐标轴平行的网格线将求解区域划分为许多子区域，以网格线的交点作为确定待求温度值的空间位置，称为节点（或结点）。 4.2.6 热传导问题的数值解法 2.内节点离散方程建立 4.2.6 热传导问题的数值解法 3.边界条件的处理与方程的求解 4.2.6 热传导问题的数值解法 （2）外部角点 4.2.6 热传导问题的数值解法 qw的三种形式 4.2.6 热传导问题的数值解法 平直边界 4.2.6 热传导问题的数值解法 代数方程组的求解方法 4.3 对流传热 4.3.1 对流传热概述 4.3.2 层流流动对流传热的近似分析解法 4.3.3 因次分析法在对流传热中的应用 4.3.4 管内强制对流传热 4.3.5 管外强制对流传热 4.3.6 自然对流传热 4.3.1 对流传热概述 同温度的流体各部分之间，或流体与固体壁面之间作整体相对位移时所发生的热量传递过程，称为对流传热。对流传热过程的传热速率可以用牛顿冷却公式计算，即 4.3.1 对流传热概述 影响对流传热的因素 4.3.1 对流传热概述 4.3.1 对流