化工原理（上册） 教学课件 作者 钟理伍钦马四朋 主编 上册( 第2 4章) 第四章 第四章 传热（ 第二次课）.pptVIP

尚辅网 尚辅网 2、对流传热类型 强制对流传热 外界机械能的输入形成流动 自然对流传热 流体内部温差引起流动 蒸气冷凝传热 液体沸腾传热 四、 流动边界层与传热边界层的概念 流体流经壁面，在靠近壁面处存在一层层流底层； 流体具有粘性，在层流底层形成速度梯度。 以流速等于流体流速的99%处作为边界层的外沿，边界层外的区域称为流体主流区。 认为速度的变化集中在边界层。 当流体与流经的壁面进行热量交换时，仅在近壁面处的很薄的一层流体层中有明显的温度变化。这一薄层称为传热边界层。 * * 尚辅网 Q t2 t1 r1 r r2 dr L 温度只沿半径方向变化，等温面为同心圆柱面。圆筒壁与平壁不同点是其面积随半径而变化。 在半径r处取一厚度为dr的薄层，若圆筒的长度为L，则半径为r处的传热面积为A=2πrL。 1 单层圆筒壁的稳定热传导 三、圆筒壁的稳定热传导 尚辅网 积分变量 根据傅立叶定律，薄圆筒层的热传导量为 写成与平壁热传导速率方程类似的形式，即 尚辅网 可得 其中 式中 rm——圆筒壁的对数平均半径，m Am——圆筒壁的内、外表面对数平均面积，m2 当A2/A12时，可认为Am=（A1+A2）/2 尚辅网 r1 r2 r3 r4 t1 t2 t3 t4 对稳定导热过程，单位时间内通过多层壁的热量=各单层壁所传导的热量。 以三层圆筒壁为例： 假定各层壁厚分别为b1= r2- r1，b2=r3- r2，b3=r4- r3； 各层材料的导热系数λ1，λ2，λ3皆视为常数； 层与层之间接触良好，相互接触的表面温度相等，各等温面皆为同心圆柱面。 2 多层圆筒壁的稳定热传导 尚辅网 参照多层平壁的热传导。 对于第一、二、三层圆筒壁有： 尚辅网 整理上三式可得： 同理，对于n层圆筒壁，穿过各层热量的一般公式为 尚辅网 例 在一?60×3.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/m·℃，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数λ=0.15W/m·℃。现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁的导热系数λ=45W/m·℃。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。 解：每米管长的热损失 此处，r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07m r4=0.07+0.02=0.09m 尚辅网 保温层界面温度t3 解得 t3=131.2℃ 尚辅网 对流传热：是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密切相关。 第三节 对流传热 一、对流传热的基本概念及类型 传热伴随流动发生； 湍流有利传热； 传热热阻主要集中在滞流底层。 1、概念 尚辅网 传热过程 高温流体 湍流主体 壁面两侧 层流底层 湍流主体 低温流体 湍流主体 对流传热 温度分布均匀 层流底层 导热 温度梯度大 壁面 导热(导热系数较流体大) 有温度梯度 不同区域的 传热特性： 温度 距离 T Tw tw t 热流体 冷流体 传热壁面 湍流主体 湍流主体 传热壁面 层流 底层 层流 底层 传热方向 对流传热示意图 尚辅网 尚辅网 式中 Q—对流传热速率，W； A—传热面积，m2 T—热流体平均温度，℃； TW—与热流体接触的壁面温度，℃； t—冷流体的平均温度，℃； tW—与冷流体接触的壁面温度，℃； h—对流传热系数(heat transfer confficient)，W/m2·K（或W/m2·℃）。 上式称为牛顿冷却定律，对流传热系数不是材料的物理性质。 一般用下式描述对流传热的基本关系： 二、对流传热速率 尚辅网 流体的状态： 液体、气体、蒸汽及在传热过程中是否有相变。有相变时对流传热系数比无相变化时大的多； 流体的物理性质： 影响较大的物性如密度р、比热cp、导热系数λ、粘度μ等。 三、 影响对流传热系数的主要因素 尚辅网 流体的运动状况： 传热热阻主要集中在层流底层，湍流使滞流底层厚度减薄，对流表面传热系数也就随之增大。 流体对流的状况： 自然对流，强制对流。 传热表面的形状、位置及大小： 如圆管、翅片管等不同传热表面形状；管、板、管束、管径；管长；管子排列方式；垂直放置或水平放置等。