化工化工原理

化工化工原理第一页，共二十七页，编辑于2023年，星期日1.2传热机理①传导—分子热运动(自由电子迁移)接触②对流—流体宏观迁移引起载热接触③辐射—电磁波不接触热水瓶为什么能保温？1.3冷热流体接触方式①蓄热式第二页，共二十七页，编辑于2023年，星期日②直接接触式③间壁式

第三页，共二十七页，编辑于2023年，星期日1.4化工常用载热体加热最常用水蒸汽(锅炉房)常用工业锅炉p<0.8MPa(表)(175℃)道生油、熔盐、电加热冷却常用河水、井水、自来水盐水、冷冻剂第四页，共二十七页，编辑于2023年，星期日1.5基本概念①热流量Q,

(W=J/s)单位时间，热流体通过整个传热面传递给冷流体的热量。②热流密度q,（W/m2）单位时间、单位面积所传递的热量。显然，热流量③定态与非定态定态：非定态：从0~τ时刻累积传热量QT,第五页，共二十七页，编辑于2023年，星期日2热传导2.1傅立叶定律热流密度与温度梯度成正比λ：W/m·℃=W/m·Kλ量级：金属10~102W/m·℃绝热材料10-2~10-1W/m·℃液体10-1W/m·℃气体10-2W/m·℃1．λ金属>λ液体>λ气体2．温度升高时，λ液下降(水例外)，λ气上升，λ金属下降，大多λ非金属上升第六页，共二十七页，编辑于2023年，星期日2.2单层平壁导热解决：①温度分布②热流量条件：①定态②一维(横向导热不计)分析：①取控制体②作热量衡算：进=出+累积定态：累积=0，Q1=Q③结合特征方程解析解λ=常数时积分温度分布线性,第七页，共二十七页，编辑于2023年，星期日或工程处理方法多层平壁导热条件：定态一维串联过程，速率一致结果：温差按热阻大小分配第八页，共二十七页，编辑于2023年，星期日例1已知：两层平壁λ1=1.4W/m·℃,δ1=100mm,λ2=0.14W/m·℃,δ2=200mm,t1=650℃,t3=50℃。求：两壁接触处的温度t2。解：先定性分析，哪个斜率大热流密度由得℃第九页，共二十七页，编辑于2023年，星期日2.3圆筒壁导热分析：①取控制体②作热量衡算定态：Q入=Q出即：Q=qA=q’A’一维传热：第十页，共二十七页，编辑于2023年，星期日写成通式：其中：第十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期日2.4球壳导热通式第十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期日2.5多层壁传热含义：条件：无接触热阻第十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期日接触热阻：因接触界面不可能理想光滑而造成的额外热阻影响因素：界面粗糙度，压紧力，空隙中的气压计算上有困难，数据少，但概念很重要第十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期日多层圆筒壁导热思考题：温度分布？第十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期日例2在蒸汽管道外包两层同样厚度的保温材料λ1<λ2,应将哪层包在里面？第十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期日解：,两种情况传热量不同，比较Q1与Q2，取小的。比较分母∵λ1<λ2,∴∵∴∵所以Q1<Q2,λ小的材料应包在里面第十七页，共二十七页，编辑于2023年，星期日3对流给热研究范围：3.1过程分析热流体向冷壁面传热对小方块作热量衡算第十八页，共二十七页，编辑于2023年，星期日热量衡算静止流体,水平方向无载热流动流体,水平方向有载热对流的物理本质—流动流体的载热由可知温度分布，由可得

qW流动>qW静止第十九页，共二十七页，编辑于2023年，星期日3.2两种对流形式自然对流与强制对流

1.自然对流:流体温度差,引起密度差,导致宏观流动加热面t↑,ρ↓热流体上升Δp=ΔρgL,Δρ=ρβΔt,

β膨胀系数,u∝自然对流的冷源、热源应放在恰当的位置第二十页，共二十七页，编辑于2023年，星期日自然对流的冷源、热源应放在恰当的位置2．强制对流在外力或Δp作用下引起流动第二十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期日3.3对流给热过程的数学描述1．牛顿冷却定律其中：TW:壁温；T:流体主体温度；α：给热系数W/m2℃工程处理方法—分离变量法①便于分解组合传热系数K第二十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期日②将总过程(K的确定)分解成几个子过程例如：确定K的过程中,冷热流体各有10种情况,K有100种③为强化传热提供依据强化传热应从哪一侧着手存在问题:①α中仍有ΔT影响②α仍要实验解决第二十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期日2．α的影响因素①物性：ρ,μ,Cp,λ②设备因素(定性尺寸)：l③流动因素：强制对流：u自然对流：βgΔt

α=f(ρ,μ,λ,l,u,βgΔt,Cp)基本量纲4个(M,L,T,θ)，变量8个，无量纲准数=8-4=4，即Nu=f(Re,Pr,Gr)强制对流Nu=f(Re,Pr);自然对流Nu=f(Gr,Pr)第二十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期日物理意义：—表征与纯导热相比,对流给热系数增大的倍数Gr—由u∝得表征自然对流的流动状况Pr—反映物性对给热过程的影响第二十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期日