化工原理课件：第六章 传热01

第六章传热

6.1概述6.1.1概述一、工业传热的目的

1．加热或冷却，使物料达到所需要的温度

2．回收热量或冷量，减少工业能耗

3．保温，以减少热量或冷量的损失二、冷热流体的接触方式

1．直接接触式传热：冷热流体直接接触

2．蓄热式传热：冷热流体交替进入换热设备完成传热过程3．间壁式传热：冷热流体以固体壁面为媒介，完成传热过程

三、载热体及其选择用以供给热量或移走热量的流体通称为载热体。前者称为加热剂，后者称冷却剂载热剂的选择应在技术上许可的前提下，使经济上合理6.1.2传热过程一、传热速率1．热流量2．热流密度与换热器的大小无关，反映了传热过程的本质特征定态下，换热器的热流量为：二、非定态传热过程

三、传热机理1．热传导：在传热方向上，流体质点无宏观运动，传热靠分子微观运动完成2．对流：流体在宏观运动的条件下，靠微团的迁移完成传热过程3．辐射：靠电磁波的辐射将热量转移

6.2热传导6.2.1傅立叶定律和导热系数一、傅立叶定律热传导的宏观规律可用傅立叶定律加以描述

物理含义：导热过程的热流密度与法向温度梯度成正比，热流方向与温度梯度方向相反二、热导率是表征材料导热性能的参数,大导热性能好1、固体金属建筑材料绝热材料固体材料的近似满足:

一般情况：金属,非金属2、液体液体的较小，但比固体绝热材料大除水和甘油外，常见液体的随温度而3、气体气体的约为液体的1/10

，对影响很小6.2.2通过平壁的定态导热过程一、过程数学描述平壁内传热系定态一维热传导

即——过程特征方程二、平壁内的温度分布若，则，即平壁内温度沿传热方向为线性分布三、热流量将式积分得

6.2.3通过圆筒壁的定态导热过程一、过程数学描述圆筒壁内的传热系定态一维热传导对薄层圆筒作热量衡算：过程特征方程为二、温度分布由得即圆筒壁内的温度按对数曲线变化三、热流量将边界条件代入上式，可求得：又可写成:讨论:

平壁圆筒壁球壁6.2.4通过多层壁的定态导热一、推动力和阻力的加和性

对于定态一维热传导，热量在平壁内没有积累。数量相等的热量依次通过各层平壁。即：或若为多层圆筒壁，则二、各层的温差由上式可知：即：在整个壁厚内温差有个确定的分配，哪层热阻大，哪层温差也大。三、接触热阻当接触面非理想光滑时，两层间存在一层静止流体层，增加了传热阻力，称接触热阻，以表示。:接触系数由于的存在，交界面两侧的温度不再相等思考题（1）如图所示的多层平壁中，

,试画出温度分布图（2）如图所示的圆筒壁，，试画出温度分布曲线6.3对流给热流体流过固体表面时与该表面发生热量交换6.3.1对流给热过程分析一、流动对传热的贡献1、流体静止：热传导流体对壁面的温度分布：直线2、流体流动：

流体对壁面的在相同温差下，流体流动增加了增加了壁面处的

结论：对流给热是对流与热传导联合作用的结果，流体对壁面的热流密度因流动而增大二、对流给热过程的分类无相变：强制对流给热、自然对流给热有相变：蒸汽冷凝给热、液体沸腾给热三、强制对流与自然对流1、强制对流：流体在外力作用下产生的宏观流动2、自然对流：因流体冷热部分密度不同而引起的流动

,,产生环流，其强度除与温差有关外，还与流体的物性、设备结构、加热面位置有关。例：加热面上部有利于产生较大的自然对流冷却面下部有利于产生较大的自然对流6.3.2对流给热的数学描述一、牛顿冷却定律流体被加热时:

流体被冷却时：

讨论：1、：给热热阻

2、牛顿冷却定律仅是数学上的一种描述，本质上不一定正比于二、获得给热系数的方法

1、理论推导的方法2、数学模型法

3、量纲分析法4、直接实验法三、对流给热的量纲分析对无相变对流给热，其影响因素：

1、流体物性：

2、设备特征尺寸：

3、强制对流的流速：

4、自然对流的特征速度：经无量纲化后得：四、无量纲数群的物理意义

1.：惯性力和黏性力之比反映了强制对流对给热系数的影响2.

反映了对流使给热系数增加的倍数3.反映了物性对给热系数的影响4.

反映了自然对流对给热系数的影响五、定性温度取流体主体的平均温度六、定性尺寸圆管内强制对流：

非圆管：

大容积自然对流：加热（冷却）表面的垂直高度6.3.3无相变的对流给热系数经验式一、圆管内强制湍流的给热系数高度湍流时自然对流的影响可忽略当实验得：整理得：流体被加热：流体被冷却：定性温度：流体进、出口温度的算术平均值特征尺寸：管内径；对几何形状与圆管相近的非圆形管，可用代替讨论：1．由可知：湍动愈激烈，愈大2．将上式变形，得A．物性的影响：实际操作中，同一流体的物性变化较小B．流速的影响:

增大管内流速是提高的方法之一C．设备参数的影响：

一定时：

，但流体通过换热设备的阻力二、大容积自然对流的给热系数不存在强制对流实验发现或式中值由实验求得定性温度：膜温定性尺寸：水平管：垂直管、板：垂直高度当时，b＝1/3,与设备尺寸无关，该区域称自动模化区6.4沸腾和冷凝给热6.4.1沸腾给热一、大容积饱和沸腾依设备尺寸和形状可分：大容积沸腾、管内沸腾依液体主体温度是否达到饱和温度可分：过冷沸腾、饱和沸腾本节讨论：大容积饱和沸腾二、气泡形成的条件

1．过热度（必要条件）

2．汽化核心气泡首先在粗糙表面凹缝中产生表面功小、对气泡有依托作用、存在气泡胚胎试验表明：气泡的生成和脱离会产生强烈的扰动，使热阻大为降低沸腾给热强度高于无相变对流给热三、大容积饱和沸腾曲线

：临界温差：临界热负荷工业操作应控制在核状沸腾阶段因为：高、壁温低四、沸腾给热系数可见可见6.4.2沸腾给热过程的强化一、提供粗糙表面二、加入添加剂，改变气液界面张力6.4.3蒸汽冷凝给热一、冷凝给热的热阻饱和蒸汽冷凝给热的热阻几乎全部集中于冷凝液膜中。工业上常使用饱和蒸汽作为加热介质因为：温度恒定、大二、膜状冷凝和滴状冷凝冷凝液在壁面上存在和流动方式有两种：膜状，滴状。滴状冷凝的大工业冷凝器的设计均按膜状冷凝考虑，因为滴状冷凝不能持久6.4.4冷凝给热系数一、液膜流动与局部不同传热面位置上，由于液膜厚度、流动型态不同，其值也不同。故需寻找整个壁面的平均二、层流时的平均给热系数采用数学模型法物理模型为：a.液膜在重力作用下匀速运动b.平均给热系数1．垂直壁或管外的冷凝给热系数单位宽度壁面的总冷凝液量若整个壁面的热流量为,则三式联列：实验测得,同时检验了模型的正确性2．水平管外平均给热系数