化工原理复习课-传热

化工原理复习课

传热2014.6.3非稳态传热

稳态与非稳态传热

稳态传热

传热速率在任何时刻都是常数，系统各点的温度仅随位置变化而与时间无关，反之为非稳态传热，本章主要讨论稳态传热。两流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流传导冷流体Q热流体稳态传热：式中

tm──两流体的平均温度差，℃或K；

A──传热面积，m2；

K──总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)。总传热速率方程傅立叶定律式中dQ

──热传导速率，W或J/s；

dA

──导热面积，m2；

t/

x

──温度梯度，℃/m或K/m；

──导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。

负号表示传热方向与温度梯度方向相反

傅立叶定律是热传导的基本定律，它指出：单位时间内传导的热量与温度梯度及垂直于热流方向的截面积成正比，即t1t2btxdxQ平壁的稳态热传导

（一）单层平壁热传导

假设：材料均匀，为常数；一维温度场，t沿x变化；A/b很大，忽略端损失。

（二）多层平壁热传导假设：各层接触良好，接触面两侧温度相同。t1t2b1txb2b3t2t4t3圆筒壁的稳态热传导

（一）单层圆筒壁的热传导

特点：传热面积随半径变化，

A=2

rl(2)一维温度场，t沿r变化。

（二）多层圆筒壁的热传导2023/11/2010湍流主体对流传热温度分布均匀层流底层导热温度梯度大壁面导热(导热系数较流体大)有温度梯度不同区域的传热特性：传热边界层（thermalboundarylayer）：温度边界层。有温度梯度较大的区域。传热的热阻即主要集中在此层中。温度距离TTwtwt热流体冷流体传热壁面湍流主体湍流主体传热壁面层流底层层流底层传热方向对流传热示意图对流传热式中 Q──对流传热速率，W；

1

、

2

──热、冷流体的对流传热系数，

W/(m2·K)；

T、TW、t、tW──热、冷流体的平均温度及

平均壁温，℃。

冷流体：热流体：牛顿冷却定律对流传热速率方程2.引起流动的原因自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。

强制

>自然

对流传热系数的影响因素1.流动状态

湍流

>层流

5.是否发生相变

相变

>无相变4.传热面的形状，大小和位置形状——管、板、管束等；大小——管径、管长、板厚等；位置——管子的排列方式，垂直或水平放置。3.流体的物性

，

，

，cp

一、传热平均温度差二、总传热系数三、壁温的计算传热过程计算一、传热平均温度差逆流、并流均适用；当t2/t1<2，则可用算术平均值。——对数平均温度差二、总传热系数

（1）平壁dA=dA1=dA2=dAm讨论：（2）以外表面为基准(dA=dA1)K1——以外表面为基准的总传热系数，W/(m2.K)dm——对数平均直径，m以内表面为基准：d1/d2<2可用算术平均值三、壁温的计算对于稳态传热：

twTw管内对流管外对流导热冷流体热流体tTdQdQ1dQ3dQ2传热计算小结总传热速率方程热量衡算式

(热负荷)无相变

有相变

应用条件：定态流动，qm为常数；

cP为常数；

K为常数；忽略热损失。传热计算小结总传热速率方程热量衡算式

(热负荷)无相变

有相变

应用条件：定态流动，qm为常数；

cP为常数；

K为常数；忽略热损失。习题1

蒸汽管道的外径为220mm,其上覆盖一层厚为200mm的保温层。蒸汽管外表面温度为177℃

，保温层外表面温度为40

℃，保温材料λ=0.52+9×10-4t(w/m·℃)。求每米管长的热损失。解：分离变量积分习题2

（传热综合问题）在1m长的套管换热器中用热水将管内的果汁从t1=10

℃加热至t2=50

℃

，热水从进口温度T1=98

℃降至T2=68

℃

，两流体并流流动，求（1）欲将果汁加热至t΄2=60℃

，管长需增加多少米？（2）若改用逆流操作后管长增加多少米？（上述各工况下热水、果汁的流量，入口温度，所有的物性参数均不变且忽略热损失）解：换热器中两流体无相变化，则有Q=qmhcph(T1-T2)=qmccpc(t2-t1)Q=qmhcph(98-68)=qmccpc(50-10)（a）

当果汁加热至t΄2=60℃时，设水的出口温度为T2΄，根据题意有Q=qmhcph(98-T΄2)=qmccpc(60-10)（b）联立式a和b，解得：T΄2=60.5

℃对于第一种工况：对于第二种工况：由总传热速率方程：