南京工业大学传热ppt1

1、1第四章 传 热 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23454.1 传热过程概述第四章 传 热6传热热量从高温度区向低温度区移动的过程称为热量传递，简称传热。 一是强化传热过程，如各种换热设备中的传热。二是削弱传热过程，如对设备或管道的保温，以减少热损失。化工生产中对传热过程的要求概述热传导（热传导（Heat Conduction） 是指一个物体各部分之间或各物体之间存在温差且无相对宏观是指一个物体各部分之间或各物体之间存在温差且无相对宏观 运动时发生的热量传递现象。运动时发生的热量传递现象。热对流（热对流（Heat Co

2、nvection） 热对流指流体中温度不同的各部分物质在空间发生宏观相对运热对流指流体中温度不同的各部分物质在空间发生宏观相对运 动引起的热量传递现象。对流分为自然对流和强制对流两类。动引起的热量传递现象。对流分为自然对流和强制对流两类。 热对流通常不能以独立的方式传递热量，它必然伴随着热传导。热对流通常不能以独立的方式传递热量，它必然伴随着热传导。热辐射（热辐射（Heat Radiation） 由于温度原因，物质微观粒子由于温度原因，物质微观粒子(原子原子)内部的电子受激和振动时，内部的电子受激和振动时， 产生交替变化的电场和磁场，所发出电磁波向空间传播。产生交替变化的电场和磁场，所发出电磁

3、波向空间传播。热量传递的基本方式热量传递的基本方式84.1 传热过程概述4.1.1热传导及导热系数第四章 传 热9一、热传导(导热)热传导(导热) 不依靠物体内部各部分质点的宏观混合运动而借助于物体分子、原子、离子、自由电子等微观粒子的热运动产生的热量传递称为热传导，简称导热。 10dQtdSn 描述热传导现象的物理定律为傅立叶定律（Fouriers Law），其表达式为傅立叶定律（Fouriers Law）温度梯度导热系数微分导热通量热通量与温度梯度方向相反一、热传导(导热)11二、导热系数导热系数dQ dStn 导热系数表征了物质热传导能力的大小，是物质的基本物理性质之一，其值与物质的形态

4、、组成、密度、温度等有关。 12导热系数W/(m.oC)0.0060.060.10.70.23.0154200.0030.06气体液体非导电固体金属绝热材料二、导热系数 气体气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 固体固体 导电体：自由电子在晶格间的运动导电体：自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格结构的振动实现非导电体：通过晶格结构的振动实现 液体液体 机理复杂机理复杂特点：静止介质中的传热，没有物质的宏观位移特点：静止介质中的传热，没有物质的宏观位移二、导热系数144.1 传热过程概述4.1.1 热传导及导热系数第四章 传 热4.1.2 对流15 对

5、流是由流体内部各部分质点发生宏观运动和混合而引起的热量传递过程 对流对流传热 在化工生产中特指流体与固体壁面之间的热量传递过程。 对流 自然对流：自然对流：由于流体内温度不同造成的浮升力由于流体内温度不同造成的浮升力 引起的流动。引起的流动。 强制对流：强制对流：流体受外力作用而引起的流动。流体受外力作用而引起的流动。特点：流动介质中的传热，流体作宏观运动特点：流动介质中的传热，流体作宏观运动对流17对流传热速率可由牛顿冷却定律描述 dQtdS温度差对流传热系数微分对流传热通量对流184.1 传热过程概述4.1.1 热传导及导热系数4.1.2 对流第四章 传 热4.1.3 热辐射19热辐射 因

6、热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。 热辐射1.可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。 2.不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式的转换。 3.任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐射能，但仅当物体的温度较高、物体间的温度差较大时，辐射传热才能成为主要的传热方式。 204.1 传热过程概述4.1.1 热传导及导热系数4.1.2 对流4.1.3 热辐射第四章 传 热4.1.4 冷热流体（接触）通过间壁式换热和间壁式换热器21图4-1 套管式换热器1-内管 2-外管冷热流体（接触）热交换方式及换热器T1T2t1t222图4-2 单程管壳式换热器1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封

7、头,6-管板,7-挡板,8-泄水池 冷热流体（接触）热交换方式及换热器传热速率传热速率Q（热流量）：单位时间内通过换热器的（热流量）：单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位整个传热面传递的热量，单位 J/s或或W。热流密度热流密度q （热通量）（热通量） ：单位时间内通过单位传：单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位热面积传递的热量，单位 J/(s. m2)或或W/m2。传热速率与热流密度传热速率与热流密度AQq 非稳态传热非稳态传热 ,zyxftqQ 稳态与非稳态与非稳稳态传热态传热 稳态传热稳态传热 zyxftqQ, 0 t25间壁式换热器内冷、热流体间的传热过程包括以下三个

8、步骤：（1）热流体以对流方式将热量传递给管壁；（2）热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另一侧；（3）传递至另一侧的热量又以对流方式传递给冷流体。冷热流体（接触）热交换方式及换热器管壁内侧管壁内侧热流体热流体对流对流)(1)1(Q两流体通过间壁的传热过程两流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流对流对流 传导传导冷冷流流体体Q热热流流体体管壁外侧管壁外侧管壁内侧管壁内侧热传导热传导)(2)2(Q冷冷流流体体管管壁壁外外侧侧对对流流)(3)3(Q稳态传热：稳态传热：QQQQ 321式中式中 tm两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，或或K； A传热面积，传热面积，m2； K总传热系数，总传

9、热系数，W/(m2)或或W/(m2K)。总总热热阻阻总总传传热热推推动动力力 KAttKAQ/1mm总传热速率方程总传热速率方程28第四章 传 热4.2 热传导4.2.1 傅里叶定律傅立叶定律傅立叶定律温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。 （一）温度场和等温面（一）温度场和等温面非稳态温度场非稳态温度场 ,zyxft 稳态温度场稳态温度场 zyxft,等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点 组成的面。组成的面。 不同温度的等温面不相交不同温度的等温面不相交。（二）温度梯度（二）温度梯度 ntntt

10、gradn 0limn n xt+ ttxnt Q 方向：法线方向，以温度增加的方向为正。方向：法线方向，以温度增加的方向为正。傅立叶定律傅立叶定律（三）傅立叶定律（三）傅立叶定律ntAQ dd 式中式中 dQ 热传导速率，热传导速率，W或或J/s； dA 导热面积，导热面积，m2； t/ n 温度梯度，温度梯度，/m或或K/m； 导热系数，导热系数，W/(m)或或W/(mK)。 负号表示传热方向与温度梯度方向相反负号表示传热方向与温度梯度方向相反热导率热导率 ntqntdAdQ / 在数值上等于单位温度梯度下的热通量在数值上等于单位温度梯度下的热通量 = f(结构结构, 组成组成, 密度密度

11、, 温度温度, 压力）压力） 金属固体金属固体 非金属固体非金属固体 液体液体 气体气体 表征材料导热性能的物性参数表征材料导热性能的物性参数1.1.固体热导率固体热导率 金属材料金属材料 10102 W/(mK) 建筑材料建筑材料 10-110 W/(mK) 绝热材料绝热材料 10-210-1 W/(mK)1(0at 在一定温度范围内：在一定温度范围内：对大多数金属材料对大多数金属材料a 0 ， t 2.2.液体热导率液体热导率 金属液体金属液体 较高，非金属液体较高，非金属液体 低；低； 非金属液体水的非金属液体水的 最大；最大； 水和甘油：水和甘油：t ， 其它液体：其它液体：t ，0.

12、090.6 W/(mK)3.3.气体热导率气体热导率 t ， 一般情况下，一般情况下， 随随p的变化可忽略；的变化可忽略； 气体不利于导热，有利于保温或隔热。气体不利于导热，有利于保温或隔热。0.0060.4 W/(mK)36第四章 传 热4.2 热传导4.2.1 傅里叶定律4.2.2 平壁的稳态热传导37一、单层平壁一维稳态热传导假设：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4-3 单层平壁热传导38对平壁一维稳态热传导 dtQSdx 积分并整理得12()SQttb微分式 积分式 一、单层平壁一维稳态热传导3912tttQbRS12ttQtqbSR热传导推动力热传导速率热传导热阻导热热阻一、单层平壁一维稳态热传导40二、多层平壁的一维稳态热传导图4-4 三层平壁热传导假设：1.导热系数不随温度变化，或可取