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内蒙古大学化工原理ppt 3
传 热 过 程
3.0 概 述
传热过程在生产中的应用
传热的三种基本方式
冷热流体的接触方式
一、传热过程在生产中的应用
加热或冷却
保 温
强化传热过程
削弱传热过程
换热
二、传热的三种基本方式
1. 热传导
热传导(导热):热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分,或传递到与之接触的另一物体的过程。
气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果
固体 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
液体 分子动量传递引起
特点:没有物质的宏观位移
传热学:研究热体与冷体之间热量交换速率的科学。
2. 对流传热
对流传热:不同温度的流体,因搅拌、流动引起的物体内部质点发生相对位移的热量传递过程。
3. 辐射传热
辐射传热(热辐射):物体因热的原因向冷体发出辐射能的过程。
自然对流
强制对流
具有波、粒二象性
能量转移、能量形式的转化
不需要任何物质作媒介
特点:
对流传热的种类:
特点:宏观质点发生相对位移;伴随热传导。
三、 冷热流体的接触方式
1. 直接接触式
优点:
设备结构较简单
传热效果好
缺点:
对流体有限定
2. 蓄热式
优点:
结构较简单
耐高温
缺点:
设备体积大
有一定程度的混合
3. 间壁式
列管换热器
传热面为壳内所有管束壁的表面积
三、热载体及其选择
(1)加热剂:起加热作用的热载体;
工业中常用的有热水(40~100℃)、饱和水蒸气(100~180℃)、矿物油或联苯或二苯醚混合物等低熔混合物(180~540℃)、烟道气(500~1000℃)、电加热等。
1. 热载体:
为了将冷流体加热或热流体冷却,供给或取走热量的流体。
(2)冷却剂:而起冷却作用的热载体;
工业中常用的有水(20~30℃)、空气、冷冻盐水、液氨(-33.4℃)等等。
水又可分为河水、海水、井水等,水的传热效果好,应用最为普遍。在水资源较缺乏的地区,宜采用空气冷却,但空气传热速度慢。
2. 热载体的选择:
温度易调节控制;
饱和蒸汽压较低;
毒性小,不易燃易爆,腐蚀性小;
价格便宜,来源容易。
3.1 热 传 导
传导的基本概念
傅 立 叶 定 律
导 热 系 数
通过平壁的稳定热传导
通过圆筒壁的稳定热传导
3.1.1 热传导的基本概念
t ── 某点的温度,℃ 或 K;
x , y , z ── 某点的坐标;
── 时间。
(1) 温度场:某时刻,物体或空间各点的温度分布。
1. 温度场和等温面
式中:
热传导的必要条件:物体或系统内存在温度差。
一般情况下,其数学表达式为:
不稳定温度场
稳定温度场
(2) 等温面:在同一时刻,温度场中所有温度相同的点组成的面。
不同温度的等温面不相交
稳定一维温度场
2. 温度梯度
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
一维稳定热传导温度梯度是
说 明:
3.1.2 傅立叶定律
式 中:
1. 傅立叶定律的内容
Q ── 热传导速率,W 或 J/s;
S ── 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)。
通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比。
表征材料导热性能的物性参数——导热系数
越大,导热性能越好
对一维稳态热传导
说 明:
2. 导热系数
由傅立叶定律:
在数值上等于单位温度梯度下的热通量。
是分子微观运动的宏观表现。
= f(结构,组成,密度,温度,压力)
各种物质的导热系数由试验方法测定
金属固体 非金属固体 液体 气体
说 明:
(1) 固体
金属:纯金属 合金
非金属:同样温度下, 越大, 越大。
(2) 液体
t , (除水和甘油)
一般来说,纯液体的大于溶液
(3) 气体
t ,
气体不利用导热,但可用来保温或隔热
金属液体较高,非金属液体低,水的最大。
气体混合物导热系数估算:
有机物水溶液估算:
有机物互混溶液估算:
一、 单层平壁的稳定热传导
假设:
S大,b 小;
材料均匀;
温度仅沿x 变化,且不随时间变化。
3.1.3 通过平壁的稳定热传导
对于稳定温度场
由傅立叶定律:
边界条件为:
得:
设不随t而变
讨 论:
2.分析平壁内的温度分布
上限由
1.可表示为
推动力:
热阻:
改为
二、多层平壁的
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