化工原理-热传VIP专享VIP免费

第六章传热（heattransfer）4—1概述一、热交换在生产加工过程中的作用1、满足生产工艺要求2、废热的回收利用3、设备的保温（或保冷）二、热交换的基本方式和传热速率1.传热的基本方式(传导、对流、辐射)2.热交换的方式直接接触式、间壁式、蓄热式3.间壁式换热器中的传热过程壁面热流体冷流体Q传热过程为：热流体壁面另一侧壁面冷流体对流传导对流工业生产中常用的两类间壁式换热器板式换热器管式换热器4.传热速率（heattransferrate）传热速率（热流量）Q，单位：J/s（W）热流密度（热通量）q，单位：J/sm2q=dQ/dA三、传热的条件和方向1.传热的必要条件（温度差的存在）2.传热的方向自动进行高温低温本章主要内容：1、通过固体壁面的热传导2、对流给热3、间壁式传热计算*4、热交换器4—2热传导（conduction）一、基本概念和付立叶定律1、温度场(temperaturefield)系统中各点温度分布总和，可用以下函数式表示：t=f(x、y、z、τ)稳态温度场t=f(x、y、z)一维温度场t=f(x、τ)一维稳态温度场t=f(x)tt+Δt2、温度梯度(temperaturegradient)gradt=lim（Δt/Δn）gradtΔn0QΔn一维稳态热传导gradt=dt/dx3、付立叶定律（Fourier'slaw）据大量实验结果有q∝gradt对于一维稳态热传导有q∝dt/dx引入比例系数有q=-λdt/dx或Q=-λAdt/dx式中A—传热面面积，m2；λ—导热系数，W/mK（W/m℃）。4、导热系数（thermalconductivity）物理意义：影响因素：物质的组成、结构、密度、温度、压力物质的导热系数可由实验测定，通常，λ金属>λ非金属>λ液>λ气(1)固体的导热系数λ金属=420——3W/（m℃）(或W/mK)λ非金属=10——0.01W/（m℃）（常温常压下）建筑材料0.1——10W/（m℃）绝热材料0.01——0.1W/（m℃）(A)对于大多数均质的固体λ=λ0(1+αt)式中λ--t温度下固体的导热系数,W/（m℃）;λ0--0℃下固体的导热系数,W/（m℃）;α--温度系数,1/℃;t--固体的温度,℃.（B）t↑λ金属↓，λ非金属↑；纯度↓λ金属及λ非金属↓（C）绝热材料的λ通常<0.2W/m℃（D）热传导过程物质的导热系数通常按平均值计算(2)液体的导热系数λ非金属液体=0.09——0.9W/m℃λ水=0.6W/m℃（常温常压下）(3)气体的导热系数λ气=0.006——0.4W/m℃λ空气=0.02W/m℃（常温常压下）二、定态热传导特点：Q为定值。t11、通过单层平壁的定态热传导Q①Q的计算t2根据Q=-λAdt/dx，当λ按常量计时，0δx分离变量积分：∫dt=-（Q/λA）∫dx积分上下项为x=0，t=t1；x=δ，t=t2则t1–t2ΔtQ=————=——δ/λAR式中：Δt—导热推动力；R=δ/（λA）—导热热阻。②平壁内的温度分布（t—x关系）当λ按常量计算时，有t=t1-（Q/λA）xt—x关系为线性关系2、通过多层平壁的定态热传导①Q的计算（三层平壁）δ1δ2δ3根据Q=Q1=Q2=Q3有：Qt1–t2t2–t3t3–t4————=————=————δ1/λ1Aδ2/λ2Aδ3/λ3At1t2t3t4根据加比定律有：t1–t4Q=—————————————δ1/λ1A+δ2/λ2A+δ3/λ3A同理可得，通过n层平壁的方程式为t1–tnQ=—————Σδi/λiA②多层平壁内的温度分布（t—x关系）当λ1、λ2、λ3按常量计算时，每一层中t—x呈线性关系，且热阻大的壁层，分配于该层的温度差亦大。3、通过单层圆筒壁的定态热传导①与平壁的区别：圆筒壁的传热面积不是常量，随半径而变，同时温度也随半径方向变化。②导热速率设：r1圆筒内径，r2圆筒外径，壁厚δ=r1-r2，L圆筒长度Qt1内壁温度，t2外壁温度，且t1>t2，传热速率方向垂直于流体流动方向。此时，付立叶定律可写成Q=-λAdt/dr=-λ2πrLdt/dr将上式分解变量积分得Q=λ2πL（t1–t2）/ln（r2/r1）可将上式整理成与平壁导热相类似的形式：设Am=2πL（r2-r1）/ln（r2/r1）=2πrmL则有t1–t2ΔtQ=————=——δ/λAmR式中Am为对数平均面积。当A2/A1<2时，可取算术平均值。③温度分布（t—x关系）当λ为常量时Qrt=t1–———ln——λ2πLr1即圆筒壁温度t沿半径方向按对数规律分布。4、通过多层圆筒壁的定态热传导与多层平壁相似，对于n层圆筒壁，有t1–tnQ=———————Σδi/（λiAmi）5、接触热阻当两种以上的保温材料一起使用时，由于接触面不可能完全光滑，层与层之...