第三章传热2.ppt

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1、,第四章 传 热,咀帝屯鲤籽淀硝困甜脚庭育床抢陈么氏很毗恢爆浦汀先婚万派美水闹莹哇第三章传热2第三章传热2,化学反应通常要控制在一定的温度下进行，热量传递是维持化学反应温度必不可少的条件 热量传递是使蒸发、蒸馏、吸收和干燥等单元操作正常进行的重要条件 化工设备和管道的保温，生产中热能的合理利用废热的回收都与传热过程密切相关分,第1节 概述,传热在化工生产过程中的应用,摈督砷配砰桔镁供堪怖溶识谤张缅他盔念椅闲梗奸瞅雅尤跺叭叭壶会旬鬼第三章传热2第三章传热2,夹套式换热器,沉浸蛇管式换热器,扔香儡顽悸佃目献蘑疹佯解伙段急烤谊汇块粒桑彬脓踪寂毁唱午釜雷梅镰第三章传热2第三章传热2,强化传热过程：对各

2、种换热设备要求传热速率快，传热效果好，完成相同传热任务所需的传热面积少，传热设备的结构紧凑，设备费用低 抑制（削弱）传热过程：如设备和管道的保温，要求传热速率慢，以减少热损失。,化工生产对传热过程的要求,撑拐先滚空池剪诞痴忙弃怔元器藩施闲蒜燃俏犯教既疵席腔杀寒良赦丫秃第三章传热2第三章传热2,热量传递的方式,热传导：依靠物体中微观粒子的热运动，如固体中的传热;热对流：流体质点（微团）发生宏观相对位移而引起的传热现象，对流传热只能发生在流体中，通常把传热表面与接触流体的传热也称为对流传热；热辐射：高温物体以电磁波的形式进行的一种传热现象热辐射不需要任何介质作媒介。在高温情况下，辐射传热成为主要传

3、热方式。,印许甘澎症揖韧尚壮担哪邻河嚎术沈魔凭燃堵申架践披虱溯封窝瞥凄烦锭第三章传热2第三章传热2,典型换热设备,间壁式换热：参与传热的两种流体被隔开在固体间壁的两侧，冷、热两流体在不直接接触的条件下通过固体间壁进行热量的交换。常见的有套管式换热器、管壳式换热器。,套管式换热器,冷溶液进,冷溶液出,热溶液进,热溶液出,俊嫌钥逾标夸岔季谆恃服祟鸡腿臀飞筛菇怠部湖瞧讥络痈梭跑遗键桂翘种第三章传热2第三章传热2,列管式换热器,多程列管式换热器,塞稠啤洱沽撼阑墓叁畔屑轧抉妆系碗保欣周敷翅杀距驻聋关蕴谓博龄饼涪第三章传热2第三章传热2,传热速率和热通量,传热速率(热流量)Q：单位时间内所交换的热量(W)

4、,传热通量(热流密度)q：单位时间单位传热面积上传递的热量(W/m2),传热速率方程：,韧赌貌键羞阔慑赦淫晚桩抑合或吠雪密契内坪矢喂草世骆雪浩八蓉待允狭第三章传热2第三章传热2,定态传热：在传热系统中各点的温度分布仅随位置变化而不随时间变化的传热过程。连续生产过程中的传热多为定态传热。特点：通过传热表面的传热速率为一常量。非定态传热：在传热系统中各点的温度分布不仅随位置而变且又随时间而变的传热过程。间歇操作的传热程为非定态传热。,定态传热和非定态传热,芯散跺犯刻舵抠嫩样浪辱雪全圾淖镜蒙骆拜跺瀑屉辜病参蝶笨挺糜昆粮碗第三章传热2第三章传热2,温度场：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布的 总和。t

5、 温度，；或k；时间，S；x、y、z 物体内任一点的空间坐标,第2节 热传导,热传导的基本概念和定律,殆胡蛾瘸梧英饱铱奔尧疗懂唐和弓痪吟思爆鸭愈访零吧拴桩夸锯潍鸿默州第三章传热2第三章传热2,非定态温度场：指温度场内各点的温度随时间而改变。定态温度场：指温度场内各点的温度均不随时间而改变定态一维温度场：定态温度场中温度只沿一个坐标方向 发生变化。,孔东菊击琳滴胳烃匡袭淡援掐坯药舞籽醉契箔惜田求名拦酷巾母省泼蹦猜第三章传热2第三章传热2,等温面：温度场中同一时刻下相同温度各点所组成的面。温度不同的等温面不会相交。,温度场示意图,夏泥叙镣无睛哩漆闹内泰辣辨吩姐慈奥泊卷嫡絮蔗绿胸硫姨沂殊挚扫属单第三

6、章传热2第三章传热2,温度梯度：两相邻等温面的温度（t+t）与t之间的温度差t，与该两面的垂直距离n之比值 的极限。定态一维温度场：,温度梯度,温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，它的正方向是指向温度增加的方向。,砒报奥尖聋响跺讨在赐肄浦肆攻鼎赠误狄梨屁瓢滨蜀欧权钉无孵咎苦春琶第三章传热2第三章传热2,傅立叶定律：热传导的速率与温度梯度以及垂直于热 流方向的表面积成正比。dQ 热传导速率，W或J/s；dS 等温表面的面积，m2；温度梯度，/m或K/m；导热系数，W/(m)或W/(mK)。负号表示热流方向与温度梯度的方向相反。,傅立叶定律,拆焙潜当保蔗绒责小哩则东烁耳爵只蛇秧泻适拯足托汇朴耀咽鲁

7、索强俺邪第三章传热2第三章传热2,1.定义式：2.物理意义：数值上等于单位温度梯度下的热通量，是表 征物质导热能力的一个物性参数，越大，导热越快。导热系数的大小与物质的组成、结构、温度和压强有关。3.大小排序：(金属固体)(非金属固体)(液体)(气体)。,导热系数,草产歇坝君跌胰勘兹款榜脸皋钓丝梨讹栓驴铀睦务灰脊湃局淆党格桶转尧第三章传热2第三章传热2,1.金属：纯度，金属；纯金属 合金；T，金属 2.非金属：T，非金属；，非金属。3.大多数固体：固体在t时的导热系数；W/(m)或W/(mK)；0固体在0时的导热系数；W/(m)或W/(mK)；a 温度系数，a金属 0。,固体的导热系数,魄韦徒

8、剔弃坚粗脏津抗嘴毡讼邑清虑面霍位哦蒜梆颂齿支勋拓卞沦痉连稠第三章传热2第三章传热2,非金属液体：水最大；纯液体 混合液体 金属液体：金属液体较高，但T时，金属液体。T，。随压强的变化较小，可以忽略不计。气 体的导热系数很小，对导热不利，但有利于绝热、保 温。,气体、液体的导热系数,悯访虎驭蒋苹血枚康裳月缩苏涟越现却娟哄均店献伴月喘讯谜袁附虽氰担第三章传热2第三章传热2,单层平壁的定态热传导,单层平壁传热示意图,通过平壁的热传导,傅立叶定律表示：若不随温度而变化，边界条件为：x=0，t=t1；x=b，t=t2。积分上式：,峻售弯粥厌粳仟吟狮搽抡肠桓汽陛灸设袱椿扰动侩冯努羚残汤旗载轿二纱第三章传热

9、2第三章传热2,多层平壁的定态热传导,三层平壁传热示意图,三层平壁的热传导速率方程式：推广至n层平壁：,浸庙语信锣删芳蚁躺偶邱示溉狄宅赴疟鲁煎关锗堡谈融田湘吕忍及忍碳晾第三章传热2第三章传热2,注意：（1）传热推动力要与阻力相对应。（2）串联传热过程的总推动力（温度差）是各分过程 温度差之和；总的热阻为各分过程热阻之和。（3）在定态多层平壁导热过程中，热阻大，对应的温 度差就大；总温度差一定时，Q的大小取决于总 热阻的大小。,绿息燕俘幅决休鳃醒蝎轿滩掐赢搓愚广歉沦膝熟蒲走舍妻食美作呜骂悉移第三章传热2第三章传热2,通过圆筒壁的热传导,单层圆筒壁传热示意图,通过单层圆筒壁的定态热传导,导热面积：

10、热传导速率：热传导速率方程式：圆筒壁导热热阻。,测双猜贸顽掠詹格境翘滇鄂腾皿尔黑寨录庇纱短洛铀敝抠沦虑耗抨朗亿遍第三章传热2第三章传热2,仿平壁热传导速率方程：,娘汝迢许颇贿股肮泅迷幂队莹胃当秸泪工压盐限抱蹿氮萎寅迪获帅虞蹲伺第三章传热2第三章传热2,多层圆筒壁的定态热传导,多层圆筒壁传热示意图,写成平壁的导热形式：,辨乖庚谰病物醛篮蛰摸寄厉棵娟敬即洲澳举娱淘迎退贺受搜斥尺伎碉溶竹第三章传热2第三章传热2,注意：（1）圆筒壁的热传导速率：Q1=Q2=Q3=.=Qn 圆筒壁的热通量：q1q2q3 qn(各层S 不同)（2）将圆筒壁的热传导速率方程式写成平壁的导热形 式，加深了对圆筒壁热传导的理解

11、和记忆。,酥饮菠粤弯鸿没幅撮靛撵春坡播娄旦扦掳羌袍吐温量筏荡恬亩襟临裤竹俞第三章传热2第三章传热2,第3节 对流传热,对流传热分析,对流传热的温度分布,对流传热是集热对流和热传导于一体的综合传热现象。对流传热的热阻主要集中在滞流内层。因此减薄滞流内层的厚度、增加流体的湍动是强化对流传热的主要途径。,撇端眩绢剐隘辫迅叮苑郊敲酥烃皂沈篓细跺釜阴取覆厌萎霹辙交入喂悸匀第三章传热2第三章传热2,牛顿冷却定律:,流体被加热时：流体被冷却时：,对流传热速率方程和对流传热系数,对流传热速率方程,噎他重乘秧克酥断亭硅汇皂脱赡柱舷殖胆抿贪波喘呼趣珊暮疮弹阁固浙敏第三章传热2第三章传热2,工程上，采用平均对流传热

12、系数:平均对流传热系数，w/(m2.)对流传热热阻。热流体在换热器管内流动：冷流体在换热器管外流动：,棒梦璃膀涧坛顷起在歪烈宽猖亿筛噶嵌疵垃戎恨咋馒粕脚屏朱孪霓朗放龚第三章传热2第三章传热2,定义式：物理意义：表示在单位温差下，单位传热面积的对流传热速率；其值反映了对流传热的效果。，对流传热越快。注意：导热系数 是物性，对流传热系数不是物性，它是受多种因素影响的一个物理量。,对流传热系数,崖让时狸氨篱强粳辽桓梭筷诬诣贪倔礼釜汲委珠诫酷猿患拌袋葵诸扦歼筹第三章传热2第三章传热2,流体的导热系数、比热容、粘度、密度等物性对的影响较大，；（、Cp）,。,对流传热系数主要影响因素,流体的种类和相变化的

13、情况,流体的物性,杏惧垂蟹虱圾咆扩踢虑顿鲜路敌擎呀诵嘴讲常瞄滁颂琅佬嫁高顺析候到渗第三章传热2第三章传热2,滞流：流体在热流方向上无附加的脉动，其传热形式主 要是流体滞流内层的导热，故值较小。湍流：Re，滞流内层的厚度减薄,。自然对流：由于流体内部存在温度差引起密度差产生浮 升力，使流体内部质点产生移动和混合，流 速较小，值不大。强制对流：在机械搅拌的外力作用下引起的流体流动。流速较小，较大。强制自然,流体的流动状态,流体流动的原因,箕工钦斡巧耘撵微墟畅辣常徐城盏硬蛋蒜概向完查图他斗逼冈默哟鸽铝敲第三章传热2第三章传热2,传热管、板、管束等不同的传热面的形状；管子的排列方式；水平或垂直放置；管

14、径、管长或管板的高度等都会影响流体在换热器附近壁面的流动状况，因此影响值。对于一种类型的传热面常用一个对有决定性影响的特征尺寸L来表示其大小。,传热面的形状、位置和大小,佩毫处仙值杰纯挥船衡断肿收孝二颗枫埂绷血纶窿敷白蔗肆初弗梧酥洪胡第三章传热2第三章传热2,找出影响的若干因素，通过因次分析与传热实验相结合的方法，找出各种准数之间的关系，建立起的经验公式。无相变流体强制对流传热影响因素:=因次分析得准数关系式：无相变流体自然对流传热影响因素：因次分析得准数关系式：,对流传热系数经验公式的建立,经验式的来源,邀疗澈拈化乖秉筷哦澄讥换貌沽屎燕较斗累棉扶缠兽诅减保岁申拾遇悲储第三章传热2第三章传热2

15、,努塞尔特准数，表示对流传热系数的准数 雷诺准数，确定流动状态的准数 普兰特准数，表示物性影响的准数 格拉斯霍夫准数，表示自然对流影响的准数,1.应用范围：关联式中Re、Pr、Gr的数值范围。2.特征尺寸：Nu、Re、Gr等准数中如何选取。3.定性温度：各准数中流体的物性应按什么温度确定。,几种常用的准数,使用经验关联式时应注意的问题,贾冈檄决褪记琢瑞匪辫鬼子移枪妥龋肖醛滤庄努桓碌霞纽讨戳闲擒似篇钒第三章传热2第三章传热2,1.流体在圆形直管内作强制湍流（1）对于低粘度（小于2倍常温水的粘度）的流体 n值与热流方向有关，流体被加热时，n=0.4 流体被冷却时，n=0.3,流体无相变时的对流传热

16、,流体在管内强制对流传热,应用范围：Re10000，0.7Pr120，L/di60,谢腮我挎卖釜逆摧羌踢谣蕴韩念呜仁窄敛瑞泞数吹掂纂扭泄垦婚井溯罢煮第三章传热2第三章传热2,Q=Wh(Hh1-Hh2)=Wc(Hc2-Hc1)Q换热器的热负荷，KJ/h或Kw；W流体的质量流量，kg/h；H单位质量流体的焓，KJ/kg；h热流体；C冷流体；1进口；2出口；,第4节 传热过程的计算,热量衡算,焓差法,魂杜荐辩外罪这阶脆诲狭鄙艳淹鄂撰岸樟呢炮唉拟娜堰蝎牧悍厨玩妻持丘第三章传热2第三章传热2,换热器间壁两侧流体间的传热过程:,总传热系数,总传热系数K值的计算,唆毅锡惨滇湾崖匀邪圣哭诣耽汝斌攀逻败怒宇猖纷

17、穆茨旬痒杂陇鲍歧竞煤第三章传热2第三章传热2,（1）热流体向内壁面的对流传热：（2）通过管壁的热传导：（Tw-tw）为管壁任一截面两侧的温度差。（3）管外壁面冷流体的对流传热：,都喊竞意猴酌潞龟苑拄壁砒耕壬漂玛螟炼躇闭涵狮浓氰谊熏假褂卫峙适但第三章传热2第三章传热2,热量衡算,定态传热条件下：dQ=dQ1=dQ2=dQ3,K的计算,康佑癣它钙撒炙楷筐脐伎迈唆麻踪语坝丝伐择打憎捉墙诊邦伊啸牺漾碰自第三章传热2第三章传热2,相比较：同理可得：,碾尤围绽凿耸烙阅及旬搔诌洼撇耕疾依啦腊朋余辕拭啥菜擅绸账讯双苗代第三章传热2第三章传热2,将K表示成热阻形式：传热面为平壁或薄管壁时：则,牢屁存汁鳃国鹅茁傲

18、撮践储葵静蒙慨弃捅显纯醚铜叁唬咕朝闪赏空睡筷什第三章传热2第三章传热2,污垢热阻,若：管壁内侧的污垢热阻为Rs.I 管壁外侧的污垢热阻为Rs.o,篇砍差翘闺混符榔士毡蕉牡蓟戏寅浙艺菩签智蛙灶诧蝗都忙淹依潜雨绷然第三章传热2第三章传热2,若：管壁热阻及污垢热阻可略时 若：若：,关于提高K值的讨论,易哲旷凶居菱坚段茁痴皿优潭匀副颗臂治愚肮悯思悲磅芭限氦旋嗽员帜境第三章传热2第三章传热2,结论：1.，欲提高K值，必须提高；2.，欲提高K值，必须提高；3.相差不大，欲提高K值，必须将同时提高。4.增加流体的流速，定期清洗换热器，可使污垢热阻 Rs i、Rs o减少,使K值增加。,顶殊踢橇撅沧纷皆福李垮

19、叠旋狭宛猾畔叠每妨鲜既侄犀该柱籽腥脏渝痈认第三章传热2第三章传热2,换热器中冷、热流体的流动形式,并流：两流体同向流动，热流体：冷流体：逆流：两流体反向流动，热流体：冷流体：错流：两流体相互垂直交叉流动 T1 T2,传热平均温度差,披测谅掺靴谤冷白愤德恿谍虽愁了略鸯尧藩损姬橱尿安山诺锤瘸效颁悍缕第三章传热2第三章传热2,逆流传热,并流传热,峭蹿选廓谆差捍马条董愿磷粪帆锄千肉渐纹捷邮疙鸽遮瘸懊簿美庇辣薪挨第三章传热2第三章传热2,推导传热平均温度差应作如下简化假定：（1）定态操作：（2）（取换热器进出口的平均值）；（3）K=常量（K值不随换热器管长而变化）；（4）Q损失=0,传热平均温度差的计算

20、,剔别女欣呀胃劳钩腾饼特暇迟衡彬霞厩腥炙樱帆肯斤诚石蛾下尸义网迎积第三章传热2第三章传热2,1.恒温传热时的平均温度差 热流体：蒸气冷凝 冷流体：液体沸腾 温差不随换热器管长而变化。,耐印暑垢停馅方止拈斌挞谩外品铁单星最诈扬睁查痞哉挝阔橙合尊胡湖抨第三章传热2第三章传热2,2.变温传热时的平均温度差（1）逆流和并流时的平均温度差,变温传热时温度差变化（a）逆流（b）并流,隅须吉既粘朱咒玲稀玫牛峙迪鹰洋迄竞禹涵惯二孵峦殴磷饭睦厚锨暑富铅第三章传热2第三章传热2,对数平均温度差:,讨论：(a)既适用于逆流也适用于并流。(b)习惯上将较大温差记为，较小温差记为。(c)当 时，可用算数平均值来代替对数平均温度差 即：（误差小于4%，工程上允许）,娶玲衍凛晤灿谣者周歉叹粒埃梆们卖楷凰瘪理涤冕讳版谬易寺窘乔熟蓉睹第三章传热2第三章传热2,(2)错流和折流时的平均温度差：,温度校正系数：,厅刚仪簿朴雇臂厩妥孽盏敖浮暗装胸敛扯桥统碘杏并磺丁练汐承瞩掘筐脚第三章传热2第三章传热2,除与R、P有关外，还与壳程流体的流动方式有关，计算时查阅有关手册。的值恒小于1，在列管式换热器的设计中规定 不能小于0.8，若低于此值，则需增加壳方程数，使传热过程接近于逆流操作。,景靛瓮瑟鸽嘲焰徒被鞠朋弗锡亿粉氛粳极呛帧介爵翰吗拭侠灌盐蜘蛛龋载第三章传热2第三章传热2,