第4章环境工程原理热量传递.ppt

第四章 热量传递 本章主要内容 　　　　　　第一节 热量传递的方式 　　　　　　第二节 热传导 　　　　　　第三节 对流传热 　　　　　　第四节 辐射传热 　　　　　　第五节 换热器 第一节 热量传递的方式 本节的主要内容 　　　　　　　　　一、热传导 　　　　　　　　　二、对流传热 　　　　　　　　　三、辐射传热 第一节 热量传递的方式 第一节 热量传递的方式 传热是极普遍的过程 　　 凡是有温差存在的地方，就必然有热量传递。 在环境工程中，很多过程涉及到加热和冷却： 对水或污泥进行加热； 对管道及反应器进行保温以减少系统的热量散失； 在冷却操作中移出热量。 第一节 热量传递的方式 环境工程中涉及到的传热过程主要有两种情况： 强化传热过程，如各种热交换设备中的传热； 削弱传热过程，如对设备和管道的保温，以减少热量损失。 热的传递主要有三种方式 热 传 导物体各部分之间无宏观运动，而是通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程。 第一节 热量传递的方式 对流传热流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程，仅发生在液体和气体中。通常认为是流体与固体壁面之间的热传递过程。 辐射传热物体由于热的原因而发出辐射能的过程。 第一节 热量传递的方式 思　考　题 什么是热传导？ 什么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和自然对流传热的实例。 简述辐射传热的过程及其特点 试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空气处于流动状态。 若冬季和夏季的室温均为18℃，人对冷暖的感觉是否相同？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？ 第二节　热　传　导 本节的主要内容 　　　　　　　一、傅立叶定律 　　　　　　　二、导热系数 　　　　　　　三、通过平壁的稳定热传导 　　　　　　　四、通过圆管壁的稳定热传导 第二节　热　传　导 必要条件 存在温度差 物体的相系接触 物体各部分之间无宏观运动 机　　理通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程。在气态、液态和固态物质中都可以发生，但传递的方式和机理是不同的。 第二节　热　传　导 气体的热量传递是气体分子作不规则热运动时相互碰撞的结果 固体的热量传递晶格振动和自由电子的迁移； 液体的热量传递结构介于气体和固体之间，分子可作幅度不大的位移，热量的传递既由于分子的振动，又依靠分子间的相互碰撞。 第二节　热　传　导 一、傅立叶定律 第二节　热　传　导 第二节　热　传　导 第二节　热　传　导 导温系数是物质的性质参数，反映温度变化在物体中的传播能力。 说明物体的某部分一旦获得热量，该热量能在整个物体中很快扩散 第二节　热　传　导 二、导热系数 导热物质在单位面积、单位温度梯度下的导热速率，单位为W/(m·K)。 是表明物质导热性强弱即导热能力的大小。 是物质的物理性质，只与物质的种类、温度和压力有关。 不同物质的导热系数差异较大。 第二节　热　传　导 （一） l的影响因素： 　　对于同一种物质，l 值可能随不同的方向变化－各向异性。 气体的导热系数 都随温度升高而增高，近似与绝对温度的平方根成正比。 一般情况下，压力对其影响不大，但在高压（高于200MPa）或低压（低于2.7kPa）下，气体的导热系数随压力的升高而增大。 第二节　热　传　导 液体的导热系数 随温度升高而减小（水、甘油例），经验公式： 压力对其影响不大。 固体的导热系数影响因素较多，与内部结构关系最大。 纯金属的导热系数随温度升高而减小； 合金却相反，随温度上升而增大。 晶体导热系数随温度升高而减小，非晶体则相反。 第二节　热　传　导 第二节　热　传　导 （二）工程中常用材料的导热系数 第二节　热　传　导 液体中水的导热系数最大。因此，水是工程上最常用的导热介质。 20℃时为0.6 [W/(m· K)]。 气体的导热系数很小，对导热不利，但利于绝热、保温。工业上常用多孔材料作为保温材料，就是利用了空隙中存在的气体，使导热系数变小。 水比空气的导热系数大得多，隔热材料受潮后其隔热性能将大幅度下降。因此，露天保温管道必须注意防潮。 非金属中，石墨的导热系数最高，可达100～200 [W/(m·K)]，高于一般金属；同时，因其具有耐腐蚀性能，因此石墨是制作耐腐蚀换热器的理想材料。 第二节　热　传　导 三、通过平壁的稳定热传导 　　(一) 单层平壁的稳态热传导 　　平壁厚度为b，壁面两侧温度分别为T1和T2（ T1 ＞ T2 ）。 一维稳态热传导 第二节　热　传　导 第二节　热　传　导 　　【例题4.2.1】某平壁厚度 b 为400mm，内表面温度T1=950℃，外表面温度T2=300℃，导热系数为l=1.0+0.