化工原理第四章–1.ppt

浙江大学化学工程研究所 * 第四章 传 热 第一节 概述 一、传热在化工生产中的应用 二、传热的基本方式 第二节 热传导 一、傅立叶定律 二、无限大平壁一维稳态导热（无内热源） 三、无限长圆筒壁一维稳态导热（无内热源） 四、保温层的临界厚度 第三节 对流传热 一、对流传热方程与对流传热系数 二、因次分析法 三、对流传热系数经验式 四、对流传热系数小结 第一节 概 述 一、传热在化工生产中的应用 1. 提供热量：如蒸发、干燥、蒸馏。 2. 减小热损：通常需要保温。 3. 热量的合理利用和废热回收：如换热器组合， 热废气、废水的热量回收。 第一节 概 述 二、传热的基本方式 第一节 概 述 第二节 热传导 一、傅立叶定律 §2 热传导 负号表示q与温度梯度方向相反 称为导热系数 , 单位为W/(mK) 物性之一：与物质种类、热力学状态（T、P）有关 物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小， 故物质的?越大，导热性能越好。 一般地， ?导电固体 ?非导电固体， ?液体 ?气体 T? ， ?气体?， ?水?，其它液体的 ? ?。 傅立叶定律： 第二节 热传导 二、无限大平壁一维稳态导热（无内热源） 1. 单层平壁 -------可见温度分布为直线 若?为常数，则： 第二节 热传导 2. 多层平壁 第二节 热传导 思考1：若上述平壁的右侧与环境进行对流传热，设环境温 度为t0、对流传热系数为?，则传热量表达式如何？ 第二节 热传导 三、无限长圆筒壁一维稳态导热（无内热源） 1. 单层圆筒壁 若?为常数，则： --------可见温度分布 为对数关系 第二节 热传导 第二节 热传导 Q=常数，但 q?常数 2. 多层圆筒壁 第二节 热传导 思考1： 气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？ 思考2：保温层越厚，保温效果越好吗？ b b ?1 ?2 Q b b ?2 ?1 Q? 第二节 热传导 四、保温层的临界厚度 第二节 热传导 §3 对流传热 一、对流传热方程与对流传热系数 牛顿冷却定律： ( ) W t t A Q - = a 流动的流体与外界的传热 静止流体与外界的传热 强制对流 自然对流 对流传热系数，W/m2K ? 边界层是对流传热的主要热阻所在。 t tw Q 第三节 对流传热 影响?的因素主要有： 1.引起流动的原因：自然对流和强制对流 2.流动型态：层流或湍流 3.流体的性质：?、?、cp、?等 4.传热面的形状、大小、位置：如圆管与平板、垂直与水平、 管内与管外等 5.有相变与无相变： cp或汽化潜热r 二、因次分析法 第三节 对流传热 D = 2 2 3 m r b tgl Gr r = Re m ul ------格垃斯霍夫准数，表征自然对流对对流传热的影响 无因次数群： -----努塞尔准数，表示导热热阻与对流热阻之比 -----普兰特准数，反映物性的影响。 一般，气体的Pr1，液体的Pr1 ------雷诺准数，表征流体的流动状态对对流传热的影响 第三节 对流传热 故 第三节 对流传热 三、对流传热系数经验式 （一）?无相变时 当Gr25000，需考虑自然对流对传热的影响，式（4-23）乘上一个大于1的校正系数： 1. 管内层流时 见教材P127页式（4-22） 使用范围为： Re2300， Gr25000（自然对流影响可以忽略）， 温差（壁温与流体主体温度之差）不大。 第三节 对流传热 2 ． 管内湍流时 适用范围： Re10 4 0. 7 Pr 120 充分发展段，即 l/d? 50 或 60 低粘度（ 2 m 水 ） 温差（ t w - t ）较小 定性温度： 2 出 进 t t t m + = 定性尺寸：管内径 思考2： ?与u、d有何比例关系？ （教材式4-18） 思考1： 为什么加热时n取0.4，冷却时取0.3？ = Pr Re 023 . 0 8 . 0 Nu n 第三节 对流传热