第5章 传热概述与热传导.pptVIP

第五章 传热 本章学习重点 热量传递的基本方式和原理； 不同传热方式的基本方程和影响传热的各种因素； 传热计算。 5.1 概述 ① 化学反应过程输入或输出热量； ② 蒸发、蒸馏、干燥等单元操作要求按一定的速率 输入或输 出热量； ③ 高温或低温下操作的设备或管道的保温； ④ 热量的合理利用和废热回收等。 5.1.1 传热在工业生产中的应用 5.1.2 载热体 为将冷流体加热或热流体冷却，必须有一种流体供给或取走热量，此流体称为载热体。起加热作用的称为加热剂；起冷却作用的称为冷却剂。 工业上常见的加热剂有：热水、饱和水蒸气、矿物油、联苯混合物、熔盐和烟道气等。 工业上常见的冷却剂有：水、空气、冷冻剂。液氨蒸发的温度为：－33·4℃。 （1） 热传导 物体中温度较高的部分因原子和分子振动而与相邻的分子碰撞，或自由电子在晶格之间运动，将能量的一部分传给后者，藉此，热能就从温度较高的部分传递到温度较低的部分，这种传递热量的方式称为热传导，简称导热。 特征：物体各部分之间不发生相对位移。 5.1.3 传热基本方式 气体：气体分子作不规则热运动相互碰撞，高温气体分子比低 温气体分子运动速度大 导电固体：自由电子在晶格之间运动 非导电固体：通过晶格结构的振动（原子、分子在其平衡位置 附近的振动） 液体：原子、分子在其平衡位置的振动，但振动的平衡位置 间隙地发生移动。 （2）对流 由于流体质点的移动，将热能由一处传到另一处的传热方式称为对流。 特征：对流只能发生在流体中，流体各部分质点发生相对位移。 A .自然对流传热 由于流体内部温度不同，引起密度不同使流体发生对流而传热 B .强制对流传热 由于外力作用引起流体流动而传热。 无论那一种形式的对流传热，均可用牛顿冷却公式计算： 流体被冷却时：Q =αA (T-tw) 流体被加热时：Q =αA (tw- t) 物体因热的原因发射辐射能，以电磁波的形式在空间传播，当遇到另一物体， 则部分或全部地被吸收，重新又转变为热能。 特征：① 辐射不仅是能量的转移，而且伴有能量形式 的转化； ② 辐射不需要任何物质做媒介，可以在真空中传播。 上述三种传热方式很少单独存在，往往是相互伴随着同时出现。 （3）辐射 5.1.4 典型的传热设备（1）传热过程中冷热流体的接触方式 5.1.5 稳定传热与非稳定传热 物体中的温度不随时间变化的热量传递过程称为稳定传热。 a 直接接触式 b 蓄热式 c 间壁式 传热速率Q：单位时间传递的热量，W 热流密度（或热通量）q：单位时间单位面积传递的热量，W/m2 热流体 冷流体 5.1.6 传热速率与热通量 Q 5.2 热传导 5.2.1 傅立叶定律 一、温度场和等温面 等温面—温度相同的点所组成的面。 二、温度梯度 温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以温度 增加的方向为正。 单位时间内传导的热量与温度梯度以及垂直于 热流方向的截面积成正比。 三、傅立叶定律 四、 导热系数 导热系数表示物质的导热能力，是物质的物理性质之一。 （1）固体的导热系数 （2）液体的导热系数 （3）气体的导热系数 金属 10～400W/(m·℃) 建筑材料 0.25～3W/(m·℃) 绝缘材料 0.025～0.25W/(m·℃) 液体 0.09～0.6W/(m·℃) 气体 0.006~0.4W/(m·℃) 一、单层平壁的稳定热传导 5.2.2 平壁的稳定热传导 若对傅立叶定律进行不定积分 导热时的温度分布为线性关系 假设：多层平壁间密切接触，不存在空隙。 推广到n层平壁： 二、多层平壁的稳定热传导 5.2.3 圆筒壁的稳定热传导 对n层圆筒壁 例 导热的计算 为减小热损失，在外径为150mm的饱和蒸汽管外覆盖厚度为100mm的保温层，保温材料的导热系数λ＝0.103+0.000198t（t的单位为℃）W/m.℃。已知饱和蒸汽温度为180℃，并测得保温层中央即厚度为50mm处的温度为100℃，试求： (1)由于热损失每米管长的蒸汽冷凝量？ (2)保温层的外侧温度为多少？ 解： （1）忽略管壁的热阻，则管壁的壁温t1=180℃,t2=10