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三、圆筒壁的稳定热传导 1.单层圆筒壁的稳定热传导 对于单层圆筒壁的傅立叶定律改写为： 边界条件为：r=r1,t=t1;r=r2,t=t2 上式可改写为： 其中Sm为对数平均面积 对于多层圆筒壁： 2.多层圆筒壁的稳定热传导 注意：Q恒定，但 q 是变化的，故有 例2：有一蒸汽管外径为50mm，管外包以两层保温材料，每层厚度均为25mm，外层与内层保温材料的导热系数之比为λ2/λ1 = 4，此时的热损失为Q。现将内、外两层材料互换位置，且设管外壁与保温层外表面的温度均不变，则热损失为Q’。求Q’/Q，并说明何种材料放在里层为好。 解：设管外壁与保温层外表面的温度分别为t1 和t2 r1=0.025m，r2=0.05m， r3=0.075m Q’/Q=1.44 因此将保温性好的材料，即导热系数小的材料放在里层为好 第三节　对流传热 一、对流传热方程 对流传热分析 根据流体在传热过程中的状态对流传热可分为：（1）流体无相变的对流传热：强制对流传热、自然对流传热；（2）流体有相变的对流传热：蒸气冷凝、液体沸腾。 对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与导热两者共同作用的结果。 流体在平壁上流过时，流体和壁面间将进行换热，引起壁面法向方向上温度分布的变化，形成一定的温度梯度，近壁处，流体温度发生显著变化的区域，称为热边界层或温度边界层。 湍流流动热边界层与流动边界层关系： 湍流区：质点相互混合交换热量，?t 小。 缓冲层：质点混合，分子运动共同作用，温度变化平缓。 层流内层：导热为主，热阻大，温差大。 (a)流体被平壁加热 (b)流体被平壁冷却 2.对流传热方程-牛顿冷却定律 对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层中。假设流体与壁面的温度 差全部集中在厚度为δ1的有效膜内，该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部 传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述，该定律是一个实验定律： 对流传热过程的计算，归结为如何获取? 。?一般由实验测定，采用科学的试验方法。 二、对流传热系数 1.影响对流传热系数的主要因素 （1） 流动状态的影响　Re?层流底层薄，??,?? 　Re?动力消耗大。（2）强制对流和自然对流的影响 　强制对流：外部机械作功,一般u较大，故?较大。 　自然对流：依靠流体自身密度差造成的循环过程,一般u较小，?也较小。 （3）流体物性的影响 　?的影响：??, ??　?的影响：??, Re?,?? Cp的影响：Cp? ,? Cp单位体积流体的热容量大，则?较大。  ?的影响: ?? Re ???（4）传热面条件的影响 　不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离，产生旋涡，增加湍动，使增大。 　定型尺寸：对表面传热系数有决定性影响的特征尺寸。 （5）相变化的影响　一般情况下，有相变化时表面传热系数较大，机理各不相同，复杂。 对流传热的分类：无相变化传热: 强制对流 　　　　　　 自然对流 有相变传热:　 蒸汽冷凝　　　　　　 液体沸腾 2. 流体无相变化时的对流传热系数 利用因次分析的方法可获得描述对流传热的几个重要的特征数： 努塞尔数 : 雷诺数 : 普朗特数 : 格拉斯霍夫数: l-传热面得特征尺寸，可以是管内径或外径，或平板的高度等，m； ?t-流体与壁面间的温度差，K; ? -流体的体积膨胀系数，1/K; g-重力加速度，m/s2. 雷诺数 : 惯性力和粘滞力的比值，反映流动状态对α的影响。 普兰特数 : 该公式反映了热扩散和动量扩散的相互关系，反应与传热有关的流体物性。 格拉斯霍夫数:（又称升浮力数） : 反映自然对流程度的特征数。 特征数的物理意义: 努塞尔数:表示对流传热的特征数。 LOGO * * 模块四 传热 项目一 概述 一. 传热过程在化工生产中的应用 传热，即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递，故在科学技术、工业生产以及日常生活中都涉及许多的传热过程。　　化工生产过程与传热关系十分密切。这是因为化工生产中的很多过程都需要进行加热和冷却。例如， 为保证化学反应在一定的温度下进行，就需要向反应器输入或移出热量；化工生产设备的保温或保冷；生产过程中的热量的合理使用以及废热的回收利用，换热网络的综合；