传热的基本原理和规律.ppt
1,第五章 传 热,通过本章学习，掌握传热的基本原理和规律，并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程的有关问题。,学习目的与要求,2,5.1 传热过程概述,第五章 传 热,3,传热,热量从高温度区向低温度区移动的过程称为热量传递，简称传热。,一是强化传热过程，如各种换热设备中的传热。二是削弱传热过程，如对设备或管道的保温，以减少热损失。,化工生产中对传热过程的要求,概述,4,5.1 传热过程概述热传导及导热系数,第五章 传 热,5,一、热传导(导热),热传导(导热),不依靠物体内部各部分质点的宏观混合运动而借助于物体分子、原子、离子、自由电子等微观粒子的热运动产生的热量传递称为热传导，简称导热。,6,描述热传导现象的物理定律为傅立叶定律（Fouriers Law），其表达式为,傅立叶定律（Fouriers Law）,温度梯度,导热系数,微分导热通量,热通量与温度梯度方向相反,一、热传导(导热),7,二、导热系数,导热系数,导热系数表征了物质热传导能力的大小，是物质的基本物理性质之一，其值与物质的形态、组成、密度、温度等有关。,8,导热系数W/(m.oC)0.0060.060.10.70.23.0154200.0030.06,气体液体非导电固体金属绝热材料,二、导热系数,9,1.固体的导热系数,纯金属的导热系数与电导率的关系可用魏德曼（Wiedeman）-弗兰兹（Franz）方程描述,良好的电导体必然是良好的导热体，反之亦然。,二、导热系数,10,对大多数均质固体，导热系数与温度近似呈线性关系,对大多数金属材料，为负值；而对大多数非金属材料，为正值；对理想气体，=1/T，1/K。,二、导热系数,11,2.液体的导热系数,除水和甘油外，大多数非金属液体的导热系数亦随温度的升高而降低。金属液体的导热系数比一般的液体要高 纯液体的导热系数比其溶液的要大,二、导热系数,12,3.气体的导热系数,气体导热系数随温度升高而增大。在相当大的压力范围内，气体的导热系数随压力的变化很小，可以忽略不计。,二、导热系数,13,5.1 传热过程概述5.1.1 热传导及导热系数,第五章 传 热,5.1.2 对流,14,对流是由流体内部各部分质点发生宏观运动和混合而引起的热量传递过程,对流,对流传热,在化工生产中特指流体与固体壁面之间的热量传递过程。,对流,15,对流传热速率可由牛顿冷却定律描述,温度差,对流传热系数,微分对流传热通量,对流,16,5.1 传热过程概述5.1.1 热传导及导热系数5.1.2 对流,第五章 传 热,5.1.3 热辐射,17,热辐射,因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。,热辐射,1.可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。2.不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式的转换。3.任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐射能，但仅当物体的温度较高、物体间的温度差较大时，辐射传热才能成为主要的传热方式。,18,5.1 传热过程概述5.1.1 热传导及导热系数5.1.2 对流5.1.3 热辐射,第五章 传 热,冷热流体（接触）热交换方式及换热器,19,一、直接接触式换热和混合式换热器 二、蓄热式换热和蓄热器三、间壁式换热和间壁式换热器,冷热流体（接触）热交换方式及换热器,20,图5-1 套管式换热器1-内管 2-外管,冷热流体（接触）热交换方式及换热器,动画22,21,图5-2 单程管壳式换热器1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封头,6-管板,7-挡板,8-泄水池,冷热流体（接触）热交换方式及换热器,动画21,22,间壁式换热器内冷、热流体间的传热过程包括以下三个步骤：（1）热流体以对流方式将热量传递给管壁；（2）热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另一侧；（3）传递至另一侧的热量又以对流方式传递给冷流体。,冷热流体（接触）热交换方式及换热器,23,5.1 传热过程概述5.1.1 热传导及导热系数5.1.2 对流5.1.3 热辐射5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器,第五章 传 热,5.1.5 载热体及其选择,24,载热体及其选择,在化工生产中，物料在换热器内被加热或冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热量，此种流体称为载热体，其中起加热作用的称为加热介质（或加热剂）；起冷却（冷凝）作用的称为冷却介质（或冷却剂）。,载热体,25,选择载热体原则（1）载热体的温度易调节控制；（2）载热体的饱和蒸气压较低，加热时不易分解；（3）载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备；（4）价格便宜，来源容易。,载热体及其选择,26,第五章 传 热,5.2 热传导5.2.1 平壁一维稳态热传导,27,一、单层平壁一维稳态热传导,假设：1.导热系数不随温度变化，或可取平均值；2.一维稳态3.忽略热损失。,图5-3 单层平壁热传导,28,对平壁一维稳态热传导,积分并整理得,微分式,积分式,一、单层平壁一维稳态热传导,29,导热热阻,一、单层平壁一维稳态热传导,30,二、多层平壁的一维稳态热传导,图5-4 三层平壁热传导,假设：1.导热系数不随温度变化，或可取平均值；2.一维稳态3.忽略热损失4.没有接触热阻,31,通过各层平壁截面的传热速率必相等,或,二、多层平壁的一维稳态热传导,32,三层平壁稳态热传导速率方程,对n层平壁，其传热速率方程可表示为,二、多层平壁的一维稳态热传导,33,接触热阻,因两个接触表面粗糙不平而产生的附加热阻。接触热阻包括通过实际接触面的导热热阻和通过空穴的导热热阻（高温时还有辐射传热）。接触热阻与接触面材料、表面粗糙度及接触面上压力等因素有关，可通过实验测定。,二、多层平壁的一维稳态热传导,34,图5-5 接触热阻的影响,接触热阻,二、多层平壁的一维稳态热传导,35,练 习 题 目,思考题,作业题:1、2,1.热量传递的三种基本方式是什么？分别用什么定律可以描述？2.在热传导问题中，术语“一维”是什么意思？何谓稳态热传导？3.试写出有接触热阻存在时多层平壁热传导的计算公式。,
