《化工原理教学课件》传热 - 对流.ppt

*******************传热-对流传热是热量从高温物体转移到低温物体的过程。对流传热是指流体介质（气体或液体）通过热对流的方式传递热量，这是三种传热方式之一，另外两种为热传导和热辐射。对流传热在许多工程应用中发挥着重要作用，例如，锅炉、空调和汽车发动机。在化学工程领域，对流传热是许多过程的核心，例如，反应器、蒸馏塔和换热器。目录11.绪论介绍传热学的基本概念和重要性，以及传热的三种方式：热传导、对流和辐射。22.对流传热的基本理论深入探讨对流传热的原理，包括边界层理论、流动状态以及不同类型的对流传热。33.对流传热的分类详细介绍三种主要的对流传热类型：自然对流、强制对流和相变对流。44.自然对流换热分析自然对流的推动力、温度边界层特性以及相关计算公式。55.强制对流换热解释速度边界层和温度边界层，以及管内和管外强制对流的计算公式。66.相变对流深入研究沸腾传热、凝结传热及其相关计算公式。77.实例分析提供自然对流、强制对流和相变对流的实际应用案例，帮助理解理论知识。88.总结与展望总结本课程的主要内容，并展望对流传热未来研究方向。绪论传热是化学工程中一个重要的基本概念。它描述了能量从一个系统转移到另一个系统的过程。1.1热量传递的三种方式传导传导是热量通过物质内部粒子间的相互作用传递的方式。例如，将一根金属棒的一端加热，热量会从高温端传递到低温端。对流对流是热量通过流体（气体或液体）的运动传递的方式。例如，暖气片加热房间，热空气上升，冷空气下降形成循环，从而传递热量。辐射辐射是热量通过电磁波的形式传递的方式。例如，太阳的热量通过辐射传到地球。1.2对流传热的定义对流传热对流传热是指流体（液体或气体）由于流体质点自身的运动而引起的热量传递过程。流体质点在流动过程中，高温质点与低温质点之间发生热交换，从而实现热量的传递。对流传热的特点对流传热具有传热速率快、传热效率高的特点，在化工、冶金、电力等工业领域应用广泛。对流传热通常与导热传热和辐射传热共同作用，构成复杂的传热过程。2.对流传热的基本理论对流传热是热量通过流体（液体或气体）的运动来传递的，是热传递的三种基本方式之一。对流传热的理论基础是边界层理论，它是解释流体运动对热传递影响的关键。2.1边界层的概念边界层是流体流动过程中，紧贴于固体表面的一层薄薄的流体层。在边界层内，流体的速度从固体表面处的零速度逐渐过渡到主流速度。边界层的存在是由于流体与固体表面之间存在的摩擦力。2.2湍流边界层和层流边界层层流边界层流体流动规则有序，各流层之间没有混合，速度梯度较大，流体粘性影响显著。这种流动方式发生在流体流速较低、粘性较大的情况下。湍流边界层流体流动混乱无序，各流层之间强烈混合，速度梯度较小，流体粘性影响较弱。这种流动方式发生在流体流速较高、粘性较小的情况下。2.3边界层的流动状态层流流体流动平稳，呈层状，流线平行且相互不交叉。湍流流体流动无序，流线杂乱无章，并伴随有漩涡和波动。过渡流介于层流和湍流之间，流动状态不稳定，呈现出过渡性的特征。对流传热的分类对流传热是热量通过流体介质（液体或气体）传递的过程，可分为自然对流、强制对流和相变对流三种主要类型。3.1自然对流热传递方式自然对流是由于流体密度的差异而产生的热量传递过程，通常发生在液体或气体中。温差驱动温度差异导致流体密度的变化，从而形成对流，并将热量从高温区域传递到低温区域。常见例子自然对流在日常生活和工业生产中十分普遍，例如加热水、房间通风以及热气球升空等。3.2强制对流流体流动由外力驱动流体流动，加速热量传递。强制对流广泛应用于各种工业过程，例如热交换器、锅炉和空调系统。应用例如，使用风扇或泵来提高热传递效率。3.3相变对流11.沸腾传热液体表面汽化形成气泡，气泡上升并离开液体表面。气泡形成过程需要克服表面张力，并需要从周围液体吸收热量。22.凝结传热气体冷却凝结成液体，凝结过程释放热量到周围环境。凝结过程会形成液滴，液滴会从表面流下或汇聚成薄膜。33.汽化和凝结相变传热是将热量传递到液体或气体的过程，例如沸腾、凝结、升华、凝华等。相变过程中，物质状态发生变化，同时伴随着热量传递。4.自然对流换热自然对流是流体受温度差影响而产生的热量传递方式。例如，暖气片附近的空气会上升，冷空气会下降，形成自然对流。4.1自然对流的推动力浮力由于流体密度差导致的浮力，是自然对流的主要推动力。例如，热气球的升空，就是由于热气球内部空气加热膨胀，密度降低，产生的浮力大