化工原理-第四章-传热.ppt

南京林业大学化工学院 第一节 概述 一、传热过程的应用 物料的加热与冷却 热量与冷量的回收利用 设备与管路的保温 二、热传递的三种基本方式 热传导 热对流 热辐射 1. 热传导（又称导热） 热量从高温物体传向低温物体或从物体内部高温部分向低温部分传递。 特点：物体各部分不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递。 条件：系统两部分之间存在温度差。 2. 对流 有温差的流体(或内部)作宏观移动和混合，将热量从高温物体传向低温物体的现象，称对流传热。 特点：流体各部分间有相对位移，热对流仅发生在流体中。 自然对流：温度、密度不同引起。 强制对流：外力引起。  二、间壁传热与速率方程 1. 间壁式换热器 化工生产中冷热流体间的传热多为间壁对流传热。 套管式换热器 列管式换热器  2. 传热速率热流密度 传热速率Q：单位时间内通过传热面的热量 W。 热流密度q: 单位时间单位面积传递的热量，W/m2。 3. 稳态传热与非稳态传热 物体物流各点不随时间变化的传热过程称稳态传热，反之则非稳态传热。稳态传热的传热速率为常数。工业生产上一般接近稳态传热。 4. 两流体通过间壁的传热过程 对流?热传导?对流 以对流方式为主，通常又称对流传热或给热。 5. 传热速率方程 经验表明，在稳态传热过程中，传热速率与传热面积A和两流体的温度差成正比。 总传热系数、传热面积、推动力是传热过程三大要素。 将热阻记为R，则Q=?tm/R 下面将分别讨论传热基本原理及传热系数的计算。 二、导热系数 导热系数的物理意义：单位距离单位传热面积和单位传热温差时的传热速率。 固体导热系数： 固体?＞液体? ＞气体? 金属的导热系数最大，是热的良导体。 温度↗ ? ↘ 纯度↗ ? ↗ 非金属导热系数较小。 温度↗ ? ↗ 纯度↗ ? ↗ 对大多数固体： ? = ?0(1+at)= ?0 +a?t 0?C时的导热系数 温度系数  液体的导热系数： 液态金属(与固态金属性质差不多) 非金属液体：水的导热系数最大 水和甘油：T ↗ ? ↗ 一般液体： T ↗ ? ↘ 纯液体?＞溶液? 气体的导热系数： T ↗ ? ↗ P ↗ ? 变化小 极高P ↗ ? ↗ 气体导热系数小，保温材料之所以保温一般是材料中空隙充有气体。  一、对流传热方程与对流传热系数 热流体 壁 冷流体 由于层流内层的存在， 传热方式实际上是： 对流?热传导? 热传导(壁) ?热传导 ?对流 湍流时，热阻主要集中 在层流内层。  对流传热的膜理论模型 某一截面上，热流体一侧的推动力＝热流体湍流层内最高温度－壁温。 但实际上湍流层内温度相差不大，以平均温度代替。由于温度相差不大，热阻也不大。近似设传热热阻全部集中在层流内层这一膜内。改变层流内层的有效膜厚度就可以改变传热效果。 传热速率肯定与推动力成正比，与传热面积成正比，但由于膜厚实际上难于测定，就把各种其它因素和膜厚的影响归纳为一个参数?。某一侧的传热速率可写为 该式也称牛顿冷却公式。 对流传热系数 对流传热系数 二、影响对流传热系数的因素 1. 流体的物理性质 ? Cp ? ? ? 2. 流体对流起因 强制对流 自然对流 升力 (?1- ?2)g= ?2g ??t 强制对流速度大，?大。 3. 流体流动状态 4. 流体相态变化 5. 传热面的形状、相对位置及尺寸____特征尺寸  三、对流传热中的量纲分析 对流传热系数一般难于用理论建立公式，通过量纲分析再加实验是确定它的关系的重要途径。 流体无相变时，通常有下列物理量影响?。 u , l , ? , ? , ? , Cp,