化工原理课件传热-2011-第一节(精品·公开课件).ppt

Chapter 4 Principles of Steady-State Heat Transfer;4.1 概述 4.1.1 传热过程在化工生产中的应用 4.1.2 传热的三种基本方式 4.1.3 冷、热流体的接触方式 4.1.4 热载体及其选择 4.1.5 间壁式换热器的传热过程;4.1.1 传热过程在化工生产中的应用;目的;The aim of heat heater 　;4.1.2 传热的三种基本方式 ;流体中质点发生相对位移而引起的热量传递， 只能发生在流体中 传热速率与流动状态密切相关。;;物体温度↑，热辐射能力↑;传热面为内管的表面积 ;;（2）列管换热器;4.1.4 热载体及其选择 ;壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递 传热过程可分为三步： 热流体将热量传给固体壁面（对流传热） 热量从壁的热侧传到冷侧（热传导） 热量从壁的冷侧面传给冷流体（对流传热） 壁的面积称为传热面，是间壁式换热器的基本尺寸。 ;热负荷Q’：工艺要求，同种流体需升温或降温时吸收或放出的热量，单位 J/s或W。 传热速率Q（热流量）：单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位 J/s或W。 热流密度q （热通量（又称为热流密度或传热速度）） ：单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位 J/(s·m2)或W/m2。;传热温差以△T表示，热阻通常以R或r表示 ;二、稳态与非稳态传热 ;三、冷、热流体通过间壁的传热过程;4.2.1 有关热传导的基本概念 4.2.2 傅立叶定律 4.2.3 导热系数 4.2.4 通过平壁的稳态热传导 4.2.5 通过圆筒壁的稳态热传导;4.2.1 有关热传导的基本概念;热传导机理 液体：分子间作用力较强，由相邻分子振动导致热传递 固体：相邻分子的碰撞或电子的迁移。 气体：温度不同的相邻分子相互碰撞，造成热量传递。 ;t / ℃;t ── 某点的温度，℃； x,y,z ── 某点的坐标； ? ── 时间。;非稳态温度场 ;沿等温面移动时 ∵△t=0，∴无传热现象； 若沿与等温面相交的任何方向移动时 ∵△t≠0，∴必传热。 在单位面积内，同样的距离下，△t↑，传递的热量↑。在诸多方向中，沿垂直等温面的方向上的（△t/△n）最大，传热强度也最大。 ;温度梯度 温度梯度 ：;4.2.2 傅立叶定律 ;;（3）?是分子微观运动的宏观表现; 金属固体：101～102W/(m.K) 建筑材料：10-1～100W/(m.K) 绝热材料：10-2～ 10-1W/(m.K) 液体：10-1～ 100W/(m.K) 气体：10-2～ 10-1W/(m.K); 物质热导率的大致范围 物质种类 热导率 纯金属 100~1400? 金属合金 50~500 液态金属 30~300 非金属固体 0.05 ~50 非金属液体 0.5~5 绝热材料 0.05~1? 气体 0.005~0.5 ;在一定温度范围内：;液体;0;气体;8;气体不利用导热，但可用来保温或隔热; 4.2.4 通过平壁的稳态热传导;取dx的薄层，作热量衡算： ;影响因素; R——导热热阻，K/W ； r——单位面积的导热热阻 。 传导距离b越大，传热面积和导热系数越小，传导热阻越大;分析平壁内的温度分布; ?不随t变化， t～x呈线形关系;t/ ℃; 二、 通过多层平壁的定态热传导;;多层平壁导热是一种串联的导热过程，串联导热过程的推动力为各分过程温度差之和，即总温度差，总热阻为各分过程热阻之和，也就是串联电阻叠加原则。 ;三、各层的温差;; 4.2.5 通过圆筒壁的定态热传导;不同点： ①　热流方向（径向）； ②　传热面积沿径向不同;取dr同心薄层圆筒，作热量衡算：;;讨论：;圆筒壁内的温度分布; 平壁：各处??Q和q均相等； 圆筒壁：不同半径r处Q相等，但q却不等;;对于n层圆筒壁： ; 例4-1 有一蒸汽管道，外径为25mm，管外包有两层保温材料，每层材料均厚25mm，外层保温材料与内层材料导热系数之比?2/?1=5，此时单位时间的热损失为Q；现工况将两层材料互换，且设管外壁与保温层外表面的温度t1、t3不变，则此时热损失为Q’，求Q’/Q=？;旧工况; 例4-2 炉壁内层为120mm厚的耐火材料，外层