河南城建学院化工原理期末复习题-传热.pptx

2024/8/23 周五1第一节第一节概述概述v热传导热传导（导热）（导热）v对流传热对流传热v辐射传热辐射传热传热有三种方式：传热有三种方式：(举例电热炉烧水举例电热炉烧水)机理：机理：相互接触的物质之间相互接触的物质之间静止的物质内部静止的物质内部层流流动的物质内部层流流动的物质内部发生在发生在管内层流管内层流热量入热量入对流传热系数或给对流传热系数或给热系数，热系数，W/m2 K气体气体-靠分子或原子的无规则若运动；靠分子或原子的无规则若运动；固体固体-金属靠自由电子，非金属靠晶格的震动金属靠自由电子，非金属靠晶格的震动液体液体-两种观点（见教材）两种观点（见教材）导热导热导热导热自然自然对流对流化工原理化工原理2024/8/23 周五2一、傅立叶定律一、傅立叶定律温度场温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。：某时刻，物体或空间各点的温度分布。（一）温度场和等温面（一）温度场和等温面非非稳稳态态温度场温度场 稳态温度场稳态温度场 等温面等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点 组成的面。组成的面。第二节第二节 热传导热传导不同温度的等温面不相交不同温度的等温面不相交。化工原理化工原理2024/8/23 周五3（二）温度梯度（二）温度梯度 n n xt+ttxQ 方向：法线方向，以温度增加的方向为正。方向：法线方向，以温度增加的方向为正。化工原理化工原理2024/8/23 周五4（三）傅立叶定律（三）傅立叶定律式中式中 dQ 热传导速率，热传导速率，W或或J/s；dA 导热面积，导热面积，m2；t/n 温度梯度，温度梯度，/m或或K/m；导热系数，导热系数，W/(m)或或W/(mK)。负号表示传热方向与温度梯度方向相反负号表示传热方向与温度梯度方向相反化工原理化工原理2024/8/23 周五5二、热导率二、热导率 在数值上等于单位温度梯度下的热通量在数值上等于单位温度梯度下的热通量 =f(结构结构,组成组成,密度密度,温度温度,压力）压力）金属固体金属固体 非金属固体非金属固体 液体液体 气体气体 表征材料导热性能的表征材料导热性能的物性物性参数参数化工原理化工原理2024/8/23 周五61.1.固体热导率固体热导率 金属材料金属材料 10102 W/(mK)建筑材料建筑材料 10-110 W/(mK)绝热材料绝热材料 10-210-1 W/(mK)在一定温度范围内：在一定温度范围内：对大多数金属材料对大多数金属材料a 0 ，t 化工原理化工原理2024/8/23 周五72.2.液体热导率液体热导率 金属液体金属液体 较高，非金属液体较高，非金属液体 低；低；非金属液体水的非金属液体水的 最大；最大；水和甘油：水和甘油：t ，其它液体：其它液体：t ，0.090.6 W/(mK)化工原理化工原理2024/8/23 周五83.3.气体热导率气体热导率 t ，一般情况下，一般情况下，随随p的变化可忽略；的变化可忽略；气体不利于导热，有利于保温或隔热。气体不利于导热，有利于保温或隔热。0.0060.4 W/(mK)化工原理化工原理2024/8/23 周五9t1t2btxdxQ三、平壁的稳态热传导三、平壁的稳态热传导（一）单层平壁热传导一）单层平壁热传导 假设：假设：材料均匀，材料均匀，为常数；为常数；一维温度场，一维温度场，t沿沿x变化；变化；A/b很大，忽略端损失。很大，忽略端损失。化工原理化工原理2024/8/23 周五10积分：积分：化工原理化工原理2024/8/23 周五11四、圆筒壁的稳态热传导四、圆筒壁的稳态热传导（一）单层圆筒壁的热传导一）单层圆筒壁的热传导 特点特点：(1)传热面积随半径传热面积随半径变化，变化，A=2 rl(2)一维温度场，一维温度场，t沿沿r变化。变化。化工原理化工原理2024/8/23 周五12在半径在半径r处取处取dr同心薄层圆筒同心薄层圆筒积分积分化工原理化工原理2024/8/23 周五13讨论：讨论：对数平均面积对数平均面积热阻热阻令令对数平均半径对数平均半径化工原理化工原理2024/8/23 周五14一般一般 时，时，化工原理化工原理2024/8/23 周五15思考思考2 2：气气温温下下降降，应应添添加加衣衣服服，应应把把保保暖暖性性好好的的衣衣服服穿在里面好，还是穿在外面好？穿在里面好，还是穿在外面好？bb 1 2QQ bb 2 1作业：作业：化工原理化工原理2024/8/23 周五16一、对流传热过程一、对流传热过程第三节第三节 对流传热对流传热dAqm2，t2qm1，T1qm2，t1 qm1，T2化工原理化工原理2024/8/23 周五17ttWTWTA2A1传热壁传热壁冷流体冷流体热流体热流体 T tl 湍流主体湍流主体温度梯度小，热对流为主温度梯度小，热对流为主l 层流内层层流内层温度梯度大，热传导为主温度梯度大，热传导为主l 过渡区域过渡区域热传导、热对流均起作用热传导、热对流均起作用化工原理化工原理2024/8/23 周五18式中式中 Q 对流传热速率，对流传热速率，W；1、2 热、冷流体的对流传热系数，热、冷流体的对流传热系数，W/(m2K)；T、TW、t、tW 热、冷流体的热、冷流体的平均平均温度及温度及 平均平均壁温，壁温，。冷流体：冷流体：热流体：热流体：牛顿冷却定律牛顿冷却定律化工原理化工原理2024/8/23 周五19 第四节第四节 传热过程计算传热过程计算返回总传热速率方程总传热速率方程式中式中 Q传热速率，传热速率，W；tm两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，；A传热面积，传热面积，m2；K总传热系数，总传热系数，W/(m2)。化工原理化工原理2024/8/23 周五20（一）恒温传热（一）恒温传热（二）变温传热（二）变温传热 tm与流体流向有关与流体流向有关一、传热平均温度差一、传热平均温度差逆流逆流并流并流错流错流折流折流化工原理化工原理2024/8/23 周五211.逆流与并流逆流与并流t2t1T1T2t1t2T1T2 t2tAt1T2T1逆流逆流 t2tAt1T2T1并流并流化工原理化工原理2024/8/23 周五22以逆流为例推导以逆流为例推导 tm假设：（假设：（1）稳态流动，）稳态流动，qm1、qm2为常数；为常数；（2）cp1、cp2为常数；为常数；（3）K沿管长不变化；沿管长不变化；（4）热损失忽略不计。）热损失忽略不计。AT2t1t2T1dTdtdA t2 t1 t=T-t对于微元：对于微元：化工原理化工原理2024/8/23 周五23 逆流、并流均适用；逆流、并流均适用；当当 t2/t12，则可用算术平均值。，则可用算术平均值。对数平均温度差对数平均温度差化工原理化工原理2024/8/23 周五242.错流与折流错流与折流查图查图 1 tm 0.9若若 0.8，温差损失大，传热不稳定；，温差损失大，传热不稳定；应改变流型应改变流型化工原理化工原理2024/8/23 周五25二、总传热系数二、总传热系数K总传热系数，总传热系数，W/(m2K)twTw管内对流管内对流管外对管外对流流导热导热冷冷流流体体热热流流体体tTdQdQ1dQ3dQ2（一）总传热系数计算（一）总传热系数计算化工原理化工原理2024/8/23 周五26管内对流管内对流 管外对流管外对流 管壁热传导管壁热传导稳态传热稳态传热 化工原理化工原理2024/8/23 周五27（1）平壁）平壁 dA=dA1=dA2=dAm讨论：讨论：（2）以外表面为基准）以外表面为基准 (dA=dA1)化工原理化工原理2024/8/23 周五28K1以外表面为基准以外表面为基准的总传热系数，的总传热系数，W/(m2.K)dm对数平均直径，对数平均直径，m以以内表面内表面为基准：为基准：d1/d22 可用算术平均值可用算术平均值化工原理化工原理2024/8/23 周五29（二）污垢热阻（二）污垢热阻 Rd1、Rd2传热面两侧的污垢热阻，传热面两侧的污垢热阻，(m2K)/W（三）提高（三）提高K值的讨论值的讨论 设法减小设法减小控制热阻控制热阻。（1）减小污垢热阻）减小污垢热阻防结垢、及时清洗。防结垢、及时清洗。化工原理化工原理2024/8/23 周五30（2）若污垢热阻与壁阻可忽略时，有）若污垢热阻与壁阻可忽略时，有或或若若则则 当当 1、2相差较大时：相差较大时：若若则则或或应提高较小应提高较小，进而提高，进而提高K。当当 1、2相差不大时，二者应同时提高相差不大时，二者应同时提高。化工原理化工原理2024/8/23 周五31三、壁温的计算三、壁温的计算稳态传热稳态传热（1）大，大，b/Am小（壁阻小）小（壁阻小）tW TW化工原理化工原理2024/8/23 周五32TW接近于接近于T，即，即 大大(热阻小热阻小)侧流体的温度侧流体的温度（2）当）当tW=TW 化工原理化工原理2024/8/23 周五33四、传热计算四、传热计算总传热速率方程总传热速率方程热量衡算式热量衡算式 (热负荷热负荷)无相变无相变 有相变有相变 应用条件：应用条件：定态流动，定态流动，qm为常数；为常数；cP为常数；为常数；K为常数；为常数；忽略热损失。忽略热损失。化工原理化工原理2024/8/23 周五34 黑体：黑体：白体白体(镜体镜体)：透热体：透热体：灰体：灰体：以相同的吸收率吸收所有波长辐射能的物体以相同的吸收率吸收所有波长辐射能的物体固体、液体：固体、液体：=0 +=1 气体：气体：=0 +=1化工原理化工原理已知当温度为已知当温度为已知当温度为已知当温度为T T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度（能力，则铝的黑度（能力，则铝的黑度（能力，则铝的黑度（D D ）耐火砖的黑度。）耐火砖的黑度。）耐火砖的黑度。）耐火砖的黑度。A A大于大于大于大于 B B等于等于等于等于 C C不能确定不能确定不能确定不能确定 D D小小小小于于于于