传热设备操作与控制 知识点2 热传导的基本规律及应用 热传导计算电子教案.doc

职业教育应用化工技术专业教学资源库《传热设备操作与控制》课程电子教案 情境1 换热器的操作与控制 学习任务2 换热过程工艺参数的确定 计划学时 4 职业能力目标 专业能力 社会能力 方法能力 换热剂品种选择 换热剂用量确定 换热设备工艺参数的确定 团队工作能力 沟通能力 小组成员的协作能力 扩展相应的信息收集能力 制定工作计划 能独立使用各种媒介完成学习任务 工作结果的评价与反思 学习情境描述 接到车间主任指令：根据给定的换热场合和换热任务，确定换热剂品种、用量及换热设备的各种工艺参数。组长接受任务后组织学员通过资讯、计划、决策、实施和检查、评估等过程完成学习任务。 教学环境分析 操作技能实训中心、教材、辅导资料、化工工艺设计手册、学习光盘、学习软件、可以上网查阅资料的电脑、工作台、拆装工具等 教学方法 采用角色扮演法交代任务；用引导文和小组讨论法完成决策和计划的制定，采用任务驱动法实施工作任务。 教学组织 分组，分工，协作共同完成，分成6个小组，每组6人 要做好记录，由各小组长展示学习成果 评议各小组展示的学习成果 教师对每个小组及每个学生进行监视，做好记录，作为成绩评定的依据。 实施步骤 资讯 热传导计算 （一）平壁热传导计算 1．单层平壁的定态热传导 如图1-23所示，设有一层厚度为的单层平壁，两侧表面温度恒定，各为及，且＞。平壁内的温度只沿与表面垂直的方向变化，为 一维定态温度场。单位时间内通过此平壁所传递的 热量为定值，根据傅立叶定律 (1—7) 若平壁的导热系数不随温度而变化，则 说明平壁内的温度呈线性分布。 利用边界条件 时， 图1-23 单层平壁热传导 又＞，则可得 （1-8） 或 = （1-8a） 或 （1-8b） 式中： ——平壁厚度，； ——导热热阻，℃/； =——单位传热面积的导热热阻，℃/； ——温度差，导热推动力，℃。 式（1-8a）表明热流量与导热推动力成正比，与热阻成反比，和欧姆定律类似。 2．多层平壁的热传导 在工业生产中常见的是多层平壁，如锅炉的炉墙。现以一个三层平壁为例，说明通过多层平壁导 热量的计算。如图1—24所示，已知平壁面积为， 各层厚度为、和，导热系数为、和， 且为常数；两侧表面温度为和，且＞，层与层间 接触良好，界面温度为和。 在定态热传导时，通过各层的热传导速率必相等，即 由上式可得： 图1-24 三层平壁热传导 将上三式相加，并整理得 （1-9） 式（1-9）为三层平壁的热传导速率方程式。 对n层平壁，可类推得到 = （1-9a） （二）圆筒壁热传导 1．单层圆筒壁的定态导热 设有一单层圆筒壁，其长为，内、外半径分别为及，壁厚，筒壁的导热系数λ为常数，圆筒内、外表面温度恒定，分别为及，沿轴向散热忽略不计，温度仅沿半径方向变化。通过此圆筒壁的导热属于一维定态导热。 由于传热面积随半经的增大而增大，设想在 筒壁内取一半径为、厚度为dr的微元圆筒壁。 由于dr很小．这个微元圆筒壁的传热面积可视为 常量，且。又设该微元圆筒壁内的温度 变化为，则根据傅立叶定律得 （1-10） 将上式分离变量积分并整理得 （1-11） 式中：R——圆筒壁导热热阻，。 式（1-11）即为单层圆筒壁的热传导速率方程式。该式也可以写成与平壁热传导速率方程式相类似的形式，即 （1-12） 将式（1-11）与式（1-12）相比较，可解得平均面积为 （1-13） 其中 （1-14） 或 （1-15） 式中： ——圆筒壁的对数平