化工原理第四章传热4-1.ppt

(2) 保温层界面温度t3 例题 A型分子筛制备中使用的间歇釜式反应器，反应釜的釜壁为5mm厚的不锈钢板( )，粘附内壁的污垢层厚lmm( )，釜夹套中通入0.12MPa饱和水蒸气(t1＝105℃)进行加热，釜垢层内壁面温度t3为90℃，试计算釜壁的面积热流量，并与无污垢层(设内壁面温度不变)作比较。 解： =7579W·m-2 无污垢层时： =48 000 W·m-2 计算结果表明，污垢层虽薄，但因其热导率很小，对传热影响很大，热阻主要集中在污垢层中。 例 φ38mm×2.5mm的水蒸汽管[钢的λ=50W/(m·K)]包有隔热层.第一层是40mm厚的矿渣棉[λ=0.07W/(m·K)],第二层是20mm厚的石棉泥 [λ=0.15W/(m·K)].若管内壁温度为140℃,石棉泥外壁温度为30 ℃.试求每米管长的热损失速率.若以同量的石棉作内层,矿渣棉作外层时,情况如何?试作比较. 解:根据题意得 若以同量石棉作内层,矿渣棉作外层,则 从而求得 选用隔热材料包裹管路时，在耐热性等条件允许下，导热系数小的应包在内层。 计算表明 金属管的热阻实际上是可忽略的。 分析：当r1不变、r0增大时，热阻R1增大，R2减小，因此有可能使总热阻（R1+R2）下降，导致热损失增大。 通常，热损失随着保温层厚度的增加而减少。对于小直径圆管外包扎性能不良的保温材料，随着保温层厚度的增加，可能反而使热损失增大。 假设保温层内表面温度为t1，环境温度为tf，保温层的内、外半径分别为r1和r0，保温层的导热系数为λ，保温层外壁与空气之间的对流传热系数为α。 热损失为： 保温层的临界直径 tf r1 r0 t1 保温层的临界厚度 总传热方程 单层平壁 多层平壁 单层圆筒壁 多层圆筒壁 造纸生产中原料的蒸煮、纸张干燥等；材料工业中窖炉的传热、设计等；. 皮革生产中鞣剂的加热，皮革的干燥等。 第二节 热传导 一、傅立叶定理 式中 t─某点的温度，℃； x,y,z─某点的坐标； ?─时间。 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 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。 t1 t2 t1t2 等温面 Q 等温面互不相交 等温面上没有热量传递 (2)温度梯度 t+?t t-?t t n Q dA 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 （3）傅立叶定律 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)。 傅立叶定律是热传导的基本定律，它指出：单位时间内传导的热量与温度梯度及垂直于热流方向的截面积成正比，即 式中的负号指热流方向和温度梯度方向相反。 ?为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义) λ表征物质导热能力的大小，?越大，导热性能越好 λ是物质的物理性质之一，其值与物质的组成，结构、密度、温度及压强有关，由实验测得 一般金属（固体）的导热系数非金属（固体）液体气体 导热系数 单位：W/(m ?K) 二、热导率 固体热导率 金属材料 10～102 W/(m?K) 建筑材料 10-1～10 W/(m?K) 绝热材料 10-2～10-1 W/(m?K) 液体热导率 0.09～0.6 W/(m·K) 金属液体?较高，非金属液体?低； 非金属液体水的?最大； 气体热导率 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。 0.006～0.4 W/(m·K) 在一定温度范围内： 式中 ?0, ? ── 0℃, t℃时的导热系数，W/(m·K)； a ── 温度系数。 对大多数金属材料和液体a 0 ，t ? ?? （水和甘油：t ? ，? ?） 对大多数非金属材料和气体a 0 ， t ? ? ? 1－无水甘油 2－蚁酸 3－甲醇 4－乙醇 5－蓖麻油 6－苯胺 7－醋酸 8－丙酮 9－丁醇 10－硝基苯 11－异丙苯 12－苯 13－甲苯 14－二甲苯 15－凡士林油 0 16 10 26 24 20 12 水 1 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 λ×85.98/(Wm