四 传热及传热设备.ppt

热量传递的三种基本方式 分析室内热量传给室外的热传递过程(1)室内→内墙:对流换热,热辐射(2)内墙→外墙:导热(3)外墙→大气:对流换热,热辐射三种热量传递方式:导热,对流和热辐射 1. 导热(热传导)conduction heat transfer (1)定义:物体各部分之间不发生相对位移时,依靠分子,原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递.(2)特征:a. 物体间无相对位移;b.物体间必须相互接触;b.没有能量形式的转化. 2. 热对流(convection heat transfer) (1)热对流:流体的各部分之间由于相对宏观位移而引起的热量传递.(2)对流换热:流体流过与之温度不同的固体壁面时引起的热量传递.(3) 特征:有相对位移;一定伴随着流体的导热;没有能量形式之间的转换;流体和固体壁面相互接触.(4)牛顿冷却公式 3. 热辐射(radiation heat transfer) (1)定义:由于温度的原因而导致的能量辐射.(2)特征:有能量形式间的转化:热能-辐射能-热能不需直接接触T0就有能量辐射与绝对温度呈4次方关系 1）必须选择适当温位的载热体 加热时，温度要求愈高，价格愈贵 冷却时，温度要求愈低，价格愈贵 2）温度易于调节 3）饱和气压低，不易分解 4）毒性小，尽量不用易燃、易爆及腐蚀性介质 5）价格便宜，来源方便 热传导 1.热传导和傅立叶定律 傅立叶定律 导热系数λ 2.平壁热传导 单层/多层平壁 3.圆筒壁热传导 单层/多层圆筒壁 傅立叶定律(1) 假设：(1) 平壁面积A远大于壁厚，壁边缘处Q散失=0。 (2) 温度 t只沿着垂直于壁面的x方向变化，等温面是垂直于x轴的平面。 (3)壁面两侧的温度t1 、 t2不随时间而变化。. 傅立叶定律(2) 单位时间内通过平板传导的热量dQ与温度梯度dt/dx及垂直于热流方向的导热面积A正比，即： dQ/dτ=-λSdt/dx 导热系数 导热系数公式 ?????????????? ???????????????? ? ??? 式中 λ—固体在温度t℃时的导热系数，w/（m2℃） λo—固体在温度0℃时的导热系数，w/（m2?℃） ???????? a — 温度系数，1／℃；对于大多数金属材料为负值，而对大多数非金属材料为正值。 热传导-平壁热传导公式推导 得： 例1 有一燃烧炉，炉壁由三种材料组成。最内层是耐火砖，中间为保温砖，最外层为建筑砖。已知 耐火砖 b1=150mm λ1=1.06W/m·℃ 保温砖 b2=310mm λ2=0.15W/m·℃ 建筑砖 b3=240mm λ3=0.69W/m·℃ 今测得炉的内壁温度为1000℃，耐火砖与保温砖之间界面处的温度为946℃。试求： (a)单位面积的热损失； (b)保温砖与建筑砖之间界面的温度； (c) 建筑砖外侧温度。 解 用下标1表示耐火砖，2表示保温砖，3表示建筑砖。t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。 (a) 热损失q q=Q/=λ1/b1(t1-t2) =1.06/0.15(1000-946) =381.6W/m2 热传导 -单/多层圆筒壁热传导 公式推导： 单层圆筒壁热传导 用另外类似平壁一种方式表示 设rm=(r2-r1)/ln(r2/r1)= b/ln(r2/r1) ln(r2/r1)= b/rm 若在热交换器里的一根钢管，管内径是25[毫米]，管壁厚度3.25mm，管长5.0m，管内壁温度是373K,管外壁温度是371K。己知钢的导热系数λ=49W/mK，这根钢管传递热量为多少？ 解 己知 r1=25/2=12.5mm=0.0125m r2=12.5+3.25=15.75mm=0.01575m b=3.25mm=0.00325m L=5.00m λ=49W/mK t1=373K t2=371K (1)按园壁传导的基本公式计算 = =1.33×104 W (2) 按平壁热传导公式计算 q=2πLλ[r1+r2 /2](t1-t2)/ b =2×3.14×5.0×49×0.0141×(373-371)/0.00325 =1.34×104 W 从上述计算结果可以出，r2/r11.3,用平壁热传导公式计算，误差率为1%左右。 热对流 ： 主要内容 1.对流传热分析 2.热对流基本概念 常见类型 速率方程 传热系数α 3.对流传热系数关联式 对流传热分析 湍流主体 缓冲层 滞流内层 层流底层） 牛