科虫臂 第五章传热 化学工程与工艺研究所 2009-4-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn
2009-4-26 1 第五章 传热 化学工程与工艺研究所 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
声么建是科技大聲 5.1概迷 在设计时进行合理的优 化设计使其在满足工艺要求 的条件下投资费用最小;在 其它设备/传热设备操作中进行强化传热操作过 40% 程,进行最优化操作,对节 60% 省传热设备投资,节省能源 有着重要的意义。 2009-4-26 2 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn
2009-4-26 2 5.1 概述 其它设备 60% 传热设备 40% 在设计时进行合理的优 化设计使其在满足工艺要求 的条件下投资费用最小；在 操作中进行强化传热操作过 程，进行最优化操作，对节 省传热设备投资，节省能源 有着重要的意义。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
声么建是科技大聲 5.1概迷 5.1.1传热过程的分类 热水 5.1.1.1根据冷熟两种流体的接触方式 (1)直接接触式传热(混合式传热) 填料 (2)间壁式(间接接触式)传热 空气 凉水塔示意图 72 热流体 热流体T 对流传热 间壁 冷流体't1 对流传热冷流体t导热 套管换热器中的换热 2009-4-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn
2009-4-26 3 5.1 概述 5.1.1 传热过程的分类 5.1.1.1 根据冷热两种流体的接触方式 （1）直接接触式传热（混合式传热） 热水 空气 填料 凉水塔示意图 （2）间壁式（间接接触式）传热 t 2 冷流体 t 1 T1 热流体 T2 套管换热器中的换热 冷流体 t 热流体 T 间壁 Q 对流传热 对流传热 导热 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
声么建是科技大聲 5.1.1.1根据冷热两种流体的接触方式 ①热量由热流体靠对流传热传给金对滅S热流体T 间壁 属壁的一侧(对流传热) 对流传热 冷流体t导热 ②热量自管壁一侧以热传导的形式 传至另一侧(导热) 冷流体 热流体 ③热量以对流传热的方式从壁面的 另一侧传给冷流体(对流传热)。 固体填 充物 (3)蓄热式传热 热流体 冷流体 2009-4-26 蓄热器示意图4 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn
2009-4-26 4 5.1.1.1 根据冷热两种流体的接触方式 冷流体 t 热流体 T 间壁 Q 对流传热 对流传热 导热 ① 热量由热流体靠对流传热传给金 属壁的一侧（对流传热）； ②热量自管壁一侧以热传导的形式 传至另一侧（导热）； ③ 热量以对流传热的方式从壁面的 另一侧传给冷流体（对流传热）。 （3）蓄热式传热 冷流体 热流体 热流体 冷流体 固体填 充物 蓄热器示意图 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
声么建是科技大聲 5.1.1.2根据传热的基本原理 (1)热传导热量从物体内温度较高的部分传递到温度 较低的部分或传递的与之接触的温度较低的另一物体的过程 称为热传导,简称导热 (2)对流传热流体各部分质点发生相对位移而引起的 热量传递过程,只能发生在流体中。单位时间内所传递的热 量Q采用牛顿冷却公式计算 流体被冷却时Q=a4(T 流体被加热时Q=c4(t-t) (3)热辐射因热的原因而发出辐射能的过程称为热辐 射。辐射是以一种电磁波传播能量的现象 200426以上三种传热方式往往是相互伴随着同时出现 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn
2009-4-26 5 5.1.1.2 根据传热的基本原理 （1）热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度 较低的部分或传递的与之接触的温度较低的另一物体的过程 称为热传导，简称导热。 （2）对流传热 流体各部分质点发生相对位移而引起的 热量传递过程，只能发生在流体中。单位时间内所传递的热 量Q采用牛顿冷却公式计算。 流体被冷却时 Q =aA（T - tw） 流体被加热时 Q =aA（tw - t） （3）热辐射 因热的原因而发出辐射能的过程称为热辐 射。辐射是以一种电磁波传播能量的现象。 以上三种传热方式往往是相互伴随着同时出现。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
声么建是科技大聲 5.1.1.3传热基本概念 (1)传热速率 单位时间内通过传热面传递的热量Q(W); (2)热通量 单位时间、单位传热面积上传递的热量q(Wm2) (3)非定态、定态传热过程 t-f(x,y,z,θ)湿度不仅与空间位置还与时间有 关,为非定态传热;(不稳定温度场) t-f(x,y,z)温度只与空间位置有关与时间无关 为定态传热。(稳定温度场)。 2009-4-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn
2009-4-26 6 5.1.1.3 传热基本概念 （1）传热速率 单位时间内通过传热面传递的热量Q（W）； （2）热通量 单位时间、单位传热面积上传递的热量q（W/m2）； （3）非定态、定态传热过程 t =f（x，y，z，θ）温度不仅与空间位置还与时间有 关，为非定态传热；（不稳定温度场） t =f（x，y，z）温度只与空间位置有关与时间无关， 为定态传热。（稳定温度场）。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
声么建是科技大聲 5.2热传导 52.1傅立叶定律 (1)温度场 物体(或空间)各点温度在时空中的分布称为温度场 t=f(x, y,z, 8) (5-2) 温度相同的点所组成的面称为等温面。温度不同的等温 面不可能相交,为什么?(因为空间任一点不能同时有两个 不同的温度) t+ At (2)温度梯度两等温面的温度差 △t与其间的垂直距离△n之比在 Δn趋于零时的极限,即 q 2009-4-26 图5-1温度梯度与热流 方向的关系 7 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn
2009-4-26 7 5. 2 热传导 5.2.1 傅立叶定律 （1）温度场 物体（或空间）各点温度在时空中的分布称为温度场。 t = f（x，y，z，θ） （5-2） 温度相同的点所组成的面称为等温面。温度不同的等温 面不可能相交，为什么？（因为空间任一点不能同时有两个 不同的温度） n q t + Dt t - Dt t 图 5-1 温度梯度与热流 方向的关系 （2）温度梯度 两等温面的温度差 Δt与其间的垂直距离Δn之比在 Δn趋于零时的极限，即 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
声么建是科技大聲 5.2熟传导 t+△t Mn→>0△nOn t-△t 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。 图5-1温度梯度与热流 方向的关系 用偏导数的意义,是指不同等温面间的导 热只须考虑其沿法线方向的温度差 物体内热流的产生,是由于存在温度梯度的结果,且热流的方 向永远与温度降低的方向一致,即与温度梯度的方向相反 2009-4-26 8 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn
2009-4-26 8 5. 2 热传导 n q t + Dt t - Dt t 图 5-1 温度梯度与热流 方向的关系 n t n t n ¶ ¶ = D D D ®0 lim 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。 用偏导数 的意义，是指不同等温面间的导 热只须考虑其沿法线方向的温度差 。 n t ¶ ¶ 物体内热流的产生，是由于存在温度梯度的结果，且热流的方 向永远与温度降低的方向一致，即与温度梯度的方向相反。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
声么建是科技大聲 52.1傅立叶定律 (3)傅立叶定律 傅立叶定律是用以确定在物体各点间存在温度差时,因 热传导而产生的热流大小的定律。单位时间内,单位传热面 积上传递的热量即热通量与温度梯度成正比, at g=-n (5-3) 热导率,W/m℃ 传热速率不仅与温度梯度成正比,还与传热面积成正比,即 2009-4-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn
2009-4-26 9 5.2.1 傅立叶定律 （3）傅立叶定律 傅立叶定律是用以确定在物体各点间存在温度差时，因 热传导而产生的热流大小的定律。单位时间内，单位传热面 积上传递的热量即热通量与温度梯度成正比， 热导率，W/m•℃ n t Q A ¶ ¶ = -l 传热速率不仅与温度梯度成正比，还与传热面积成正比，即 n t q ¶ ¶ = -l （5-3） PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
声么建是科技大聲 522导热系数 at q → an ot /on 物理意义:温度梯度为1时,单位时间内通过单位面积的传热 量,在数值上等于单位温度梯度下的热通量,λ越大,导热 性能越好。导热系数是物质的物理性质之一,可用实验求得。 (1)固体的热导率 纯金属:t↑,λ↓;(金属的纯度对导热系数影响很大 如纯铜中含有极微量的砷,导热系数即急剧下降 非金属:p↑或t↑,λ↑。 λ=入0(1+at 式中λ、A0—固体分别在温度、273K时的热导率,W(mK); a—温度系数,对大多金属材料为负值,大多非金属材料为正值,1/K 2009-4-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn
2009-4-26 10 5.2.2 导热系数 n t q ¶ ¶ = -l t n q ¶ ¶ l = - 物理意义：温度梯度为1时，单位时间内通过单位面积的传热 量，在数值上等于单位温度梯度下的热通量，λ 越大，导热 性能越好。导热系数是物质的物理性质之一，可用实验求得。 （1）固体的热导率 纯金属：t↑, λ↓ ;（金属的纯度对导热系数影响很大。 如纯铜中含有极微量的砷，导热系数即急剧下降。） 非金属： ρ↑或 t↑, λ↑。 λ=λ0（1+αt） 式中λ、 λ0——固体分别在温度t、273K时的热导率，W/(m• K); α——温度系数，对大多金属材料为负值，大多非金属 材料为正值，1/K。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn