化工原理教学课件31－32学时.pptVIP

* 4.2 热传导 4.2.1 基本概念和傅里叶定律 第4章 传 热 * 一、温度场和温度梯度 温度场就是任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和。 一般情况下，物体内任一点的温度为该点的位置以及时间的函数，即 若为稳态温度场 稳态的一维温度场 * 温度随距离的变化程度以沿与等温面的垂直方向为最大。通常，将温度为(t+Δt)与t两相邻等温面之间的温度差Δt，与两面间的垂直距离Δn之比值的极限称为温度梯度。温度梯度的数学定义式为 对稳态的一维温度场，温度梯度可表示为 一、温度场和温度梯度 * 二、傅里叶(Fourier)定律 描述热传导现象的物理定律为傅里叶定律（Fourier’s Law），其表达式为 温度梯度 导热系数 微分导热速率 热通量与温度梯度方向相反 * 4.2 热传导 4.2.1 基本概念和傅里叶定律 4.2.2 导热系数 第4章 传 热 * 导热系数 导热系数 导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量。因此，导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一。导热系数的数值与物质的组成、结构、密度、温度及压强有关。 * 导热系数[W/(m·oC)] 0.006～0.06 0.07～0.7 0.2～3.0 15～420 0.25 气体 液体 非导电固体 金属 绝热材料 导热系数 * 对大多数均质固体，导热系数与温度近似呈线性关系 α′为常数，又称温度系数，1/℃。对大多数金属材料， α′为负值;对大多数非金属材料，α′为正值。 一、固体的导热系数 * 金属液体的导热系数比一般的液体要高。一般来说，纯液体的导热系数比其溶液的要大。除水和甘油外，大多数非金属液体的导热系数随温度的升高而降低。 二、液体的导热系数 * 气体导热系数随温度升高而增大。 在相当大的压力范围内，气体的导热系数随压力的变化很小，可以忽略不计。 气体的导热系数很小，对导热不利，但是有利于保温、绝热。工业上所用的保温材料，例如玻璃棉等，就是因为其空隙中有气体，所以其导热系数低，适用于保温隔热。 三、气体的导热系数 * 第4章 传 热 4.2 热传导 4.2.1 基本概念和傅里叶定律 4.2.2 导热系数 4.2.3 通过平壁的稳态热传导 * 一、单层平壁的热传导 假设： ①导热系数不随温度变化，或可取平均值； ②一维稳态； ③忽略热损失。 图4-8 单层平壁热传导 * 对平壁一维稳态热传导 积分并整理得 微分式 积分式 一、单层平壁的热传导 * 导热热阻 一、单层平壁的热传导 * 二、多层平壁的热传导 图4-9 三层平壁热传导 假设： ①导热系数不随温度变化，或可取平均值； ②一维稳态； ③忽略热损失； ④没有接触热阻。 * 通过各层平壁截面的传热速率必相等，即 或 二、多层平壁的热传导 * 三层平壁稳态热传导速率方程 对n层平壁，其传热速率方程可表示为 二、多层平壁的热传导 * 接触热阻 由于表面粗糙不平，不同材料构成的界面之间可能出现明显的温度降低而产生接触热阻。 因两个接触面间有空穴，而空穴内又充满空气，因此，传热过程包括通过实际接触面的热传导和通过空穴的热传导(高温时还有辐射传热)。一般来说，因气体的导热系数很小，接触热阻主要由空穴造成。 接触热阻与接触面材料、表面粗糙度及接触面上压强等因素有关，主要依靠实验测定。 二、多层平壁的热传导 * 图4-10 接触热阻的影响 接触热阻 二、多层平壁的热传导 * * 第4章 传 热 本章讨论的重点是传热的基本原理及其在化工 中的应用。通过本章学习，掌握传热的基本原理和 规律，并运用这些原理和规律去分析和计算传热过 程的有关问题。 学习目的 与要求 * * * 第一节 概述 传热：温差导致的能量传递过程，又称热传递。 1 、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。 2、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----化学反应过程 单元操作----蒸馏、蒸发、干燥和结晶等 设备管道----保温（或隔热） 废热利用----回收废热及节省能源 3、提高热能的综合利用和余热的回收。 因此，传热是化工生产过程中的常规单元操作之一。 * 传热 传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传