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第四章传热第一节概述ppt课件
第四章 传 热第一节 ?概 述 一、定义:由温度差引起的能量转移过程称为热量传递过程或传热过程,简称传热。 二、传热现象:几乎无时不有,无处不在。因为温差几乎无时不有,无处不在。 三、传热原理的应用:十分广泛。尤其在能源动力、化工冶金部门。 化学过程 单元操作 设备管道 废热利用 四、问题类型 提高(强化)传热速率 降低(削弱)传热速率 五、传热状态 稳态(定常)传热: 各点温度不随时间而变 非稳态(非定常)传热:否则 六、传热基本方式(传热机理) 1.热传导(导热)(conduction):由微观粒子(分子、原子、离子和电子)的微观运动传递热量的过程。 ? 金属,自由电子的运动。 固体 分子晶体,分子的振动。 非金属 原子晶体,原子的振动。 晶格结构的振动,弹性波。 离子晶体,离子的振动。 液体,分子的不规则热运动(布朗运动),介于气体与非金属之间。 气体,分子的不规则热运动(布朗运动)。 2.热对流(对流)(convection):由流体质点的宏观运动传递热量的过程。由于同 时存在分子不规则热运动,所以对流必然伴随导热。 自然对流:宏观运动由流体密度差引起,而密度差由温度差引起。 强制对流:宏观运动由外力(泵、风机、位差、压差等)引起。 3.热辐射(辐射)(radiation):由电磁波传递热量的过程。 在实际问题中,传热方式很少单独存在,常常两种或三种共存 七、换热器的类型:间壁式、混合式(图4-1)、蓄热式(图4-2)。 八、典型间壁式换热器:套管式(图4-4)和列管(壳管)式(图4-5、4-6)。 九、间壁式换热器中的传热方式:对流?导热?对流 ? ? ? ? ? 十、载热体:提供或取走热量的流体。 1.加热剂:提供热量的载热体。热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯、熔盐、烟气(表4-1)。 或电。 2.冷却剂:取走热量的载热体。冷水、空气、盐水、液氨(表4-2)。或氟里昂、液氮。 第二节 热传导 一、傅立叶定律:在物体内任何一点,沿任一方向的导热热流密度(单位时间内垂直通过单位面积的热流量)与该方向上的温度变化率成正比,即 式中负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向。 q——n方向的导热热流密度,W/m2; Q——n方向的导热传热速率或热流量,W,J/s; S——与热流方向垂直的导热面积,m2; ?——导热系数,W/(m?K),W/(m??C); ——n方向的温度变化率,K/m,?C/m; ? 二、导热系数?:表征物质导热能力的物性参数。 1.固体? ?? 式中?0固体在0 ?C的导热系数,W/(m?K),W/(m??C); 温度系数,1/ ?C 2.液体? (1)?? 金属液体: (2)?? 非金属液体(除水、甘油外):t?, ??(略减小) (3)?? 有机化合物水溶液的导热系数估算式为 式中 ——组分i的质量分率。 (4)?? 有机化合物互溶混合液的导热系数估算式为 3、气体?很小,对导热不利,但有利于保温和绝热 (1)?? (2)?? (3)?? 常压下气体混合物的导热系数估算式为 式中 ——组分i的摩尔分率。 ——组分i的摩尔质量,kg/kmol。 4、一般规律 (1)?? (2)?? (3)?? (4)?? 三、 通过平壁的导热 1.单层平壁 如图所设,且假定?为常数, 则将一维稳态条件用于傅立叶定律: 得 所以 ,t与x成线性关系。 或 沿x方向定积分,得 而由一维稳态条件,知q与x无关, ( ) 所以
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