化工原理第四章.ppt

第4章 传热,08201王天航 钟宇轩 刘汉林董强 杨合 郭玥 王哲,一、传热基本方式,传热：由温度差引起的能量转移过程。,问：在这个小孩身上你能看见哪几种传热的方式？,答：有热传导（手触雪球）、对流（羽绒服防止空气对流）、热辐射（太阳光照射）,1.1热传导,主要原因分为：气体 分子做不规则热运动时相互碰撞固体 金属：自由电子的迁移。非金属：相邻分子的热振动与碰撞液体 机理复杂特点：是静止介质中的传热，没有物质的宏观位移,1.2热对流,主要分为：自然对流：流体内部温度不同而引起密度 差异，导致流体质点发生位移。强制对流：流体受外力作用而引起的流动。特点：质点发生相对位移和混合热对流总是伴随着热传导,1.3热辐射,特点：无需传热介质。一般以传递过程：热能辐射能热能,二、传热设备与传热速率方程,2.1设备：间壁式传热 套管换热器列管换热器,2.2传热速率方程,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）：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。密度与速率关系：,2.3稳态传热与不稳态传热,1）稳态传热：系统中各点的温度只与位置有关，与时间无关，热流量为常数，连续传热过程2）不稳态传热：系统中各点的温度与位置、时间有关，间歇传热过程。,三、热传导（详细）,1、温度面和温度梯度温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。温度梯度：表示温度场内某一点等温面法线方向的温度变化率,问：图中哪个向量能代表温度梯度？,梯度方向：法线方向，以温度增加的方向为正。,3.2傅立叶定律,数学表达式为：导热系数，W/(m.C)热流方向总是和温度梯度的方向相反，热量由高温传至低温,3.3导热系数,导热系数表示物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一。物体的导热系数与材料的组成、结构、温度、湿度、压强及聚集状态等许多因素有关。,问：气体与金属那个热导系数高？,一般情况：金属固体 非金属固体 液体 气体,3.4 平壁的稳态热传导,（一）单层平壁热传导,假设：,材料均匀，为常数；一维温度场，t沿x变化；A/b很大，忽略端损失。,（二）多层平壁热传导,假设：各层接触良好，接触面，两侧温度相同。=总推动力/总热阻,（三）圆筒壁的稳态热传导,与平壁热传导不同：（1）A=2rl（2）一维温度场，t沿r变化。结果导致：,四、对流传热,1、对流传热过程 湍流区域温度梯度小，热对流为主。层流区域温度梯度大，热传导为主。所以对流给热是对流与传导联合作用，温度差和传热热阻主要集中在滞流内层。,式中 Q 对流传热速率，W；1、2 热、冷流体的对流传热系数，W/(m2K)；T、TW、t、tW 热、冷流体的平均温度及 平均壁温，。,冷流体：,热流体：,牛顿冷却定律,2、牛顿冷却定律,3对流传热系数的影响因素,流体的流动形态(滞流或湍流)和对流情况(自然对流或强制对流):湍流程度越大，滞流内层厚度越小，的值越大。给热系数取决于边界层内的温度梯度，而温度梯度与流体的物性、温度、流动状况、壁面的几何形状、大小和位置有关,4对流传热中的特征数,特征数关联式简化强制湍流给热：Nu=f(Re,Pr)强制层流：Nu=f(Re,Pr,Gr)自然对流：Nu=f(Gr,Pr),5流体在管内作强制对流的给热系数,1、流体在圆形直管内作强制湍流,（1）应用范围：Re 104,Pr=0.7160,L/d 60,气体或低粘度的液体（2 水）（2）定性温度：流体进出口的算术平均 值（3）特征尺寸：管内径,不清楚的问题,这就是我对现在所学第四章的理解，先提我不清楚的几个问题：1为什么在多层平壁热传导中热流量Q=Q1=Q2=Q3?每层平板都不散热吗？2在对流传热中，为什么湍流程度越大，的值越大？3对流传热怎么应用？还有些公式理解比较模糊，待以后做完相关作业应该就会清晰了。,谢谢观看,