《传热12学时》ppt课件

1、第第2章章 传热传热12学时学时 第第1讲：讲： 6.1 概述概述 化工消费中常见的传热操作方式、载热体、传热速化工消费中常见的传热操作方式、载热体、传热速率、传热机理、牛顿冷却定律。了解率、传热机理、牛顿冷却定律。了解 6.2 热传导热传导 6.2.1 傅立叶定律和导热系数了解傅立叶定律和导热系数了解; 6.2.2 经过单层平壁和多层平壁的定态导热过程计算经过单层平壁和多层平壁的定态导热过程计算重点掌握重点掌握 6.2.3 经过单层圆筒壁和多层圆筒壁的定态导热过程经过单层圆筒壁和多层圆筒壁的定态导热过程计算重点掌握计算重点掌握 1、经过单层圆筒壁的定态导热过程计算、经过单层圆筒壁的定态导热过

2、程计算温度场温度场 Temperature field zyxft, 稳定温度场稳定温度场传热沿着等温面的法传热沿着等温面的法线方向进展。线方向进展。Heat conductionFouriers law高温高温低温低温6.6.是传热的温度梯度是传热的温度梯度nt 资料的导热系数资料的导热系数 0 ddt1、热导率是物性参数，与资料种类及温度、热导率是物性参数，与资料种类及温度 t 有关。气体的热导有关。气体的热导率率,只需在压力很高或很低时，才随压力的添加而增大。热导率只需在压力很高或很低时，才随压力的添加而增大。热导率越大，导热性能越好。越大，导热性能越好。注：绝热资料常制成多孔状，目的是

3、减小热导率。注：绝热资料常制成多孔状，目的是减小热导率。在建筑物中的非承重墙在建筑物中的非承重墙,运用空心砖目的就是为了有利于保温。运用空心砖目的就是为了有利于保温。2、纯金属纯金属 合金合金 建筑资料建筑资料液体液体 绝热资料绝热资料气体。气体。资料的热导率资料的热导率 (导热系数导热系数)1、单层平壁、单层平壁0t 6.2.2 经过平壁的定态导热过程经过平壁的定态导热过程定态一维温度场定态一维温度场在平壁内传热的过程中，传热速率在平壁内传热的过程中，传热速率q 与时间与时间无无关系。传热速率关系。传热速率q与传热位置与传热位置x亦无关。亦无关。在传热位置在传热位置x之处，取传热面积为单位面

4、积，之处，取传热面积为单位面积，厚度为厚度为x的传热体，进展热量衡算：的传热体，进展热量衡算：0t xxxqq xxxQQ tCxqqPxxx假设总的传热面上的传热是均匀的，那么总传热面积上的传热假设总的传热面上的传热是均匀的，那么总传热面积上的传热速率为速率为平壁内的温度分布：平壁内的温度分布：1、单层平壁、单层平壁常数常数 dxdt取为平均温度下的数值取为平均温度下的数值 2121ttttq AttttAQ2121 2121ttttq 2、多层平壁、多层平壁332211321: ttt各层温度差与其单位传热面积上热阻的关系：由上式分析可知各层温度差与其单位传热面积上热阻的关系：由上式分析可

5、知,层内热阻大，层内温差大；层内热阻小，层内温差小。层内温层内热阻大，层内温差大；层内热阻小，层内温差小。层内温度差是热阻的反映。度差是热阻的反映。t1-t4是传热过程的推进力。是传热过程的推进力。t1由设备内的操作条件所决议，由设备内的操作条件所决议，t4由由所设计的保温层情况及设备外环境条件所决议。所设计的保温层情况及设备外环境条件所决议。P179例例6-2 多层平壁多层平壁传热面为圆筒壁，采用柱坐标传热面为圆筒壁，采用柱坐标调查问题。调查问题。一维：径向一维：径向(radial)半径增大，圆筒面增大。半径增大，圆筒面增大。Q(J/s)与时间、与半径与时间、与半径r无关，无关，q(q=Q/

6、A)与半径与半径r有关。有关。一维稳定的温度场一维稳定的温度场rl2A 传传热热面面：QL1、单层圆筒壁热传导、单层圆筒壁热传导 tCdrrL2QQpdrrrdrrrQQ, 0t 6.2.3 经过圆筒壁的稳定热传导过程计算经过圆筒壁的稳定热传导过程计算QL m2121m21m12121221AttttAttr2Lrrlnrrrrtt2LQ 单层圆筒壁的稳定热传导单层圆筒壁的稳定热传导1212lnrrrrrm QL m21AttQ 或者或者LrAmm 2 LrALrA221122 1221rrlnL21ttQ QL圆筒壁中的温度分布：圆筒壁中的温度分布：r1L2Qdrdt drr1L2Qdt 1

7、1rrlnL2Qtt 11rrlnL2Qtt 常常数数 drdt22221144rArA m21AttQ 圆筒壁：圆筒壁：1212lnrrrrrm LrAmm 2 或者或者LrALrA221122 式中的式中的Am平壁：平壁：Am=A公式汇总：公式汇总：1221rrlnL21ttQ 21AAAm )/ln(1212AAAAAm 球壁：球壁：多层平壁稳定热传导多层平壁稳定热传导332211141ttAQq 334322321121ttttttAQq 单层圆筒壁热传导单层圆筒壁热传导)/ln()(21221rrttLQ 1221rrlnL21ttQ 回想单层圆筒壁热传导回想单层圆筒壁热传导QL6.

8、2.3 经过圆筒壁的稳定热传导过程计算经过圆筒壁的稳定热传导过程计算)/ln()(21221rrttLQ 2、多层圆筒壁、多层圆筒壁1r1t2t3t4t1 2 3 1 2 3 12121ln21rrLttQ 34323212141rrlnL21rrlnL21rrlnL21ttQ t1-t4是传热过程的推进力，各层温度差是相应是传热过程的推进力，各层温度差是相应层内热阻的反映。层内热阻的反映。将将值最小的资料接近高温侧放置，值最小的资料接近高温侧放置，Q/L会最小。会最小。 23232ln21rrLttQ 34343ln21rrLttQ 各层内温度差是各层热阻大小的反映。各层内温度差是各层热阻大

9、小的反映。1r1t2t3t4t1 2 3 1 2 3 多层圆筒壁的稳定热传导多层圆筒壁的稳定热传导34323212141rrlnL21rrlnL21rrlnL21ttQ 34323212141rrln21rrln21rrln21ttLQ 1r1t2t3t4t1 2 3 1 2 3 多层圆筒壁的稳定热传导多层圆筒壁的稳定热传导 1例例:管路热损失的计算：为减少热损失，在外径为管路热损失的计算：为减少热损失，在外径为150mm的饱和蒸汽外覆盖厚度为的饱和蒸汽外覆盖厚度为100mm的保温层，保温材的保温层，保温材料的导热系数料的导热系数0.1030.000198t式中式中t 为为0C。知。知饱和蒸汽

10、温度为饱和蒸汽温度为1800C，并测得保温层中央厚度为，并测得保温层中央厚度为50mm处处的温度为的温度为1000C，试求：，试求：1由于热损失每米管长的蒸汽冷凝量为多少？由于热损失每米管长的蒸汽冷凝量为多少？2保温层的外测温度为多少？保温层的外测温度为多少？调查单位管长上的传热量调查单位管长上的传热量112112111131rrln21rrln21ttLQ b3211ttLr2Q b3211ttr2LQ 211b3r21ttLQ 1122r LQ2 min,2 min,22 例：用平板法测定资料的导热系数，平板状资料的一侧用电热器加例：用平板法测定资料的导热系数，平板状资料的一侧用电热器加热

11、，另一侧用冷水冷却，同时在板之两侧均用热电偶测定其外表温热，另一侧用冷水冷却，同时在板之两侧均用热电偶测定其外表温度。将所测资料制成厚度为度。将所测资料制成厚度为、直径为、直径为120mm的圆形平板的圆形平板 。现测得。现测得电加热器的功率为电加热器的功率为40.0W ，两侧面的温度分别为，两侧面的温度分别为200oC和和80oC 。由。由于安装不当，待测资料的两边各有一层厚度为于安装不当，待测资料的两边各有一层厚度为0.1mm的静止空气层，的静止空气层，CmWoair 030. 0 不计热损失，求所测资料导热系数的近似值不计热损失，求所测资料导热系数的近似值 、准确值、准确值、相对误差。、相

12、对误差。解：解： 1近似值近似值 2321054. 312. 0785. 040mWAQq 21 ttq 21ttq 2准确值准确值23211054. 32mWttqairair airairqtt 2213相对误差相对误差%7 .19%100 例例1：505的不锈钢管，其导热系数的不锈钢管，其导热系数1=16w/(m.k) ，外包，外包30mm 厚的石棉，石棉的导热系数厚的石棉，石棉的导热系数2=0.2w/(m.k) 。假设管内壁。假设管内壁温度为温度为 350oC ，保温层外壁温度为，保温层外壁温度为 100oC ，试计算每米管长，试计算每米管长的热损失。的热损失。解：解：11211211

13、1131rrln21rrln21ttLQ mw39752030520ln2 .014.32120520ln1614.321100350LQ 1r1t2t3t1 2 1 2 例例2接上题：接上题：505的不锈钢管，其热导率的不锈钢管，其热导率1=16w/(m.k) ，外包外包30mm 厚的石棉，石棉的热导率厚的石棉，石棉的热导率2=0.2w/(m.k) 。假设管内。假设管内壁温度为壁温度为 350oC ，保温层外壁温度为，保温层外壁温度为 100oC 。已计算出单位。已计算出单位管长的热损失为管长的热损失为397w/m。 假设在石棉层外再包一层厚假设在石棉层外再包一层厚 30mm，热导率为，热导

14、率为=0.w/(m.k) 的保温资料。知环境温度的保温资料。知环境温度tb=20oC。保温资料外与环境之间的对流给热系数。保温资料外与环境之间的对流给热系数在两种情况在两种情况下一样。求：下一样。求：单位管长的热损失；保温层外壁温度单位管长的热损失；保温层外壁温度t4 。1r1t2t3t4t1 2 3 1 2 3 bt mw39720100103052014.3252030520ln2 .014.32120520ln1614.321100350LQ3 Cmw4 .14o2 解：解： 加保温资料之前加保温资料之前mwrrrrttLQ397ln21ln21112112111131 )()(2321

15、1bttrLQ 3211211321131121121111b1r21rrln21rrln21rrln21ttLQ mw6 .188LQ 525. 03973976 .188QQQ 6 .188r21ttLQ3211b4 C6 .44to4 1r1t2t3t4t1 2 3 1 2 3 bt 加保温资料之后加保温资料之后 3211b421132113112112111141r21ttrrln21rrln21rrln21ttLQ 6.2 热传导完例例 6-22 一内径为一内径为0.34m的空心球形钢壳容器的空心球形钢壳容器,其内壁外表温度为其内壁外表温度为38,外壁外面用外壁外面用100 热水加热

16、。钢壳的热导率为热水加热。钢壳的热导率为45W/(m. )。热水对外壁的给热系数热水对外壁的给热系数=500 W/(m2. )。试计算钢壳厚度为。试计算钢壳厚度为多少多少mm时传热速率到达最大？最大传热速率为多少？时传热速率到达最大？最大传热速率为多少？解：解：oomAAtRtQ 1 oimrrA 4 C)o(6238100 t24oOrA ro是变量是变量2oooiior4rrrrR 41 3oo2oorrrR 2141dd0dd orR令：m)oo(18. 02 r得：10(mm)m)io (01. 0rr kW)oommax(3 .111 AAtRtQ 例例 6-20 外径为外径为1.2m的球形贮罐内放温度为的球形贮罐内放温度为-196的液氨，罐外的液氨，罐外覆以覆以=0.02W/(m. K)的绝热资料以减少向大气的冷量损失。保温的绝热资料以减少向大气的冷量损失。保温层外壁的温度不低于层外壁的温度不低于28 ，以免露水凝结。大气温度为，以免露水凝结。大气温度为32 ，大气与保温层外壁的给热系数大气与保温层外壁的给热系数=12W /(m2. K) 。罐内液氨对外。罐内液氨对外壁的给热热阻以及罐壁的热阻均可忽略。计算该绝热资料的厚壁的给热热阻以及罐壁的热阻均可忽略。计算该绝热资料的厚度。度。解：解： 22 . 19