石油化工传热单元操作03详解.pptx

石油化工传热单元操作 主讲教师：吕忠媛 第3节主要内容 一、温度梯度 二、傅立叶定律 三、导热系数 基本要求 了解热传导基本原理，掌握傅立叶定律及平壁、圆筒壁的热传导计算； 了解对流传热的基本原理、牛顿冷却定律及影响对流传热的因素；掌握对流传热系数的物理意义和经验关联式的用法、使用条件及注意事项； 了解辐射传热的基本概念及基本定律； 熟练掌握传热过程的计算，传热基本方程式、热流量、平均传热温度差、总传热系数的计算；了解强化传热过程的途径；? 了解工业生产中常用的换热器类型、结构、特点；掌握列管式换热器的设计、选型。 温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。 式中 t─某点的温度，℃； x,y,z─某点的坐标； ?─时间。 不稳定温度场 稳定温度场 等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。 温度不同的等温面不可能相交，为什么？ 答：同一地点不会有两种温度 所以不能相交。 等温面上有热量传递么？ 答：没有，同一个等温面上没有热量传递，热量传递只发生在不同的等温面之间。 等温面互不相交 等温面上没有热量传递 温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以温度增加的方向为正，与热量传递的方向相反。 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，以温度增的方向为正 一维稳定热传导 两等温面的温度差与其间的法线距离之比称为温度梯度，即 一、温度梯度 在一个均匀的物体内，热量以 热传导的方式沿任意方向n通过 物体。取传热方向上的微分长 度dn，其温度变化为dt。实践证 明，单位时间内传导的热量Q与 导热面积A、温度梯度dt/dn成正 比。即 傅里叶定律 傅立叶定律是用以确定在物体各点间存在温度差时，因热传导而产生的热流大小的定律。单位时间内，单位传热面积上传递的热量即热通量与温度梯度成正比， 温度梯度 导热系数 微分导热速率 Q与温度梯度方向相反 热传导基本定律——傅里叶定律 式中 Q ─ 热传导速率，W或J/s； A ─ 导热面积，m2； dt/dn ─ 温度梯度，℃/m或K/m； ?─导热系数，W/(m·℃)或 W/(m·K)。 负号表示导热方向与温度梯度方向相反。 ——傅里叶定律 式中 Q ─ 热传导速率，W或J/s； A ─ 导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2； dt/dx ─ 为沿x方向的温度梯度，℃/m或K/m； ? ─热导率或导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。 三、导热系数 1、导热系数的定义 在数值上等于单位温度梯度下的热通量 ， 是物质的物理性质之一 。 一般，金属的导热系数最大，非金属的固体次之，液体的较小，气体的最小。 ?金属固体 ?非金属固体 ?液体 ?气体 物理意义：温度梯度为1时，单位时间内通过单位面积的传热量，在数值上等于单位温度梯度下的热通量，λ 越大，导热性能越好。 (1) ?为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义) 物质的?越大，导热性能越好 (2) ?是分子微观运动的宏观表现 (3) 各种物质的导热系数 2、固体的导热系数 纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低， 金属的导热系数大都随纯度的增加而增大。 非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数随密度增加而增大，也随温度升高而增大。 对大多数金属材料a 0 ，t ? ?? 对大多数非金属材料a 0 ， t ? ? ? ① 在数值上等于单位温度梯度下的热通量，故物质的?越大，导热性能越好。 T? ， ?气体?， ?水?，其它液体的 ? ?。 ?金属固体 ?非金属固体 ?液体 ?气体 ③ ?与物质的种类、热力学状态（T、P）有关。 ② ?是物质的固有性质，是分子微观运动的宏观表现。 3、液体的导热系数 液态金属的热导率比一般液体要高一数量级，除水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度的升高而略有减小，纯液体的导热系数比溶液的导热系数大。 金属液体?较高，非金属液体?低； 非金属液体水的?最大； 水和甘油：t ? ，? ? 其它液体：t ? ，?? 3、气体的导热系数 气体的导热系数很小，不利于导热，但有利于保温。 气体的导热系数随温度升高而加大 。 在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强变化极小 注意：在传热过程中，物质内不同位置的温度可能不相同，因而导热系数也不同，在工程计算中常取导热系数的算术平均值。 t? ，?? 一般情况下，?随p的变化可忽略； 气体不利于导热，有利于保温或隔热。