江西理工大学 化工设备原理课件 传热.ppt

1、传热，1，本章的重点和难点是掌握平壁和圆筒壁的热传导修正计算掌握牛顿的蒸发制冷定律和影响对流换热系数的因素掌握传热速度方程式，用平均温差法进行传热过程修正计算理解辐射传热的基本概念和基本定律选择列管式热交换设备修正计算*； 了解热交换设备的分类、各种热交换设备的特点，掌握加强传热的途径，第四章传热、传热、2，3.1概要，温度对化学反应有重要影响，许多针织面料操作过程与传热有关，传热过程普遍存在。 生产中对传热的要求主要有两个。 一个是强化传热，另一个是热绝缘，两者的目的不同，但是传热的反应历程和设备是一样的。 传热的一些基本概念传热推进力和传热方向温差是传热的推进力，有温差就有传热现象，热从高

2、温传到低温。 传热速度热流量q和热流密度q、传热、3、稳定传热过程系统中各点的温度和传热速度随时变化。 省略说明一般指稳态传热过程。 传热方式热传导：也称为传热，是通过物体内部自由电子的热运动和分子的原位振动进行传热，特征是物体内部的质点没有宏命令位移。 一般在固体或层流流体中发生。 热对流：对流传热，流体内部各部分间产生相对位移的传热。 仅在流体中发生。 根据流体对流的原因分为自然对流和强制对流(对流效果更好)。 (热)辐射：通过以辐射传热、电磁波的形式传热，绝对温度非零的任何物体都可以向外部辐射传热，并且不需要介质。传热、4、传热过程中流体的接触方式、直接接触式间壁式畜热式、传热、5、3.

3、2热传导，一些基本概念温度场的任意时间，物体(或空间)各点的温度分布情况。 等温面和等温线空间的任一点，在某一瞬间云同步中不能存在两个不同的温度。 即，等温线不能相交(类似磁场中的磁力线)。 温度梯度是向量，与热流的方向正相反。 与不沿着等温面传热的等温面相交的任何方向上都有传热，与等温面垂直的方向上的温度梯度最大。 传热，6，温度梯度是矢量，其方向与等温面垂直，温度增加的方向设为正。 假设等温面x和(x x )相对于一维度温度场的温度分别为t(x，)和t(x，)，则两等温面之间的平均温度变化率为、q、t/x、t、t、这里是比例系数，称为热传导率。传热、8、导热率、导热率与每单位温度梯度的热流

4、密度，即q在数值上相等。 表示物体热传导能力的物理量，数值越大，热传导能力越强。 的数值与物质的组成、结构、密度、温度和大气湿度等因素有关，有金属非金属液体瓦斯气体，有具体的数值调查相关手册。 温度上升金属的减少(比纯金属合金的导热率大得多)，非金属的增大液体的稍稍减少(除水和甘油外，非金属液体的水的最大)，气体的增大(绝对值小，常用保温)，传热，9，平壁的一维度稳态传热单层平壁，傅里叶定律传热，11，对一维度稳态传热即，Q1Q2Q3Q由数学相加性得出。 多层平壁的稳态传热是一个串联传热过程，其总推进力等于各层推进力之和，总热阻抗等于各层热阻抗之和。传热、12、单层圆筒壁、传热、13、对数平均

5、传热面积、传热、14、注意： 1、工程订正计算中，S2/S12时，Sm可以用算术平均数值代替，其误差为4%。在一般的工程订正预算中受到行政许可。 2 .在稳定导热的情况下，穿过圆柱壁的热流量q在中途不变，热流密度q随着r的增大而减小。传热、对15、多层圆筒壁、圆筒壁的稳定热传导，通过各层的热传导速度相同，但热流密度不相等。 包括传热、16、传热、17、传热、18、传热、19、传热、20、传热、21、3.3对流传热、对流传热的反应历程流体和壁面的供给流体的对流和传热热对流传热在内的热阻抗主要是流体集中在接近壁面的层流底层流体的主体上的温度梯度大的区域。 传热的热阻抗主要在传热边界层内的层流基底层

6、。对流传热模式图、湍流主体对流传热温度分布均匀层流底层传热温度梯度大的壁面传热(热传导率比流体大)有温度梯度，传热、23、牛顿蒸发制冷定律遵循傅里叶定律，对流传热速度也可以写成推进力和阻力之比，有相变时的对流换热系数比没有相变时大3 .流体的运动情况：层流、过渡流或湍流4 .流体对流的情况：自然对流、强制对流5 .传热表面的形状、位置和大小：如管、板、管束、排列方式、垂直或水平配置等。 影响对流换热系数的主要因素，对流，25，对流换热系数关联式，两个概念：定性温度：确定关联式中各物性参数的温度值，用于区别流体平均温度、壁温和的膜温的留心特征尺寸：关联式中各准数所含传热面的修正标准。 对流于热系

7、数的因素很多，工程中通过二次分析和实验方法确定了不同影响因素之间的具体关系，这些个的关系式统称为对流于热系数的经验关联式。 已知在传热、26、例44流体无相变的强制对流传热过程中，影响对流传热系数的因素主要有传热设备的特征尺寸l、流体密度、黏性系数、比热cp、传热系数和流体流速u，用二次分析法确定了相关的准函数关系式.传热、27、传热、28、应用范围特性尺寸法定性温度准数为无因次数群，其中有关的物理量应采用统一的单位制度。 在应用关联式时，采用传热、29、流体不变时的对流传热系数、传热、30、圆形管内湍流对流传热系数，条件：特征尺寸为管内径di，定性温度为除黏性系数w外，取流体出口温度的算术平

8、均数值。传热、31、条件： 1、低黏性系数流体在直管内强制对流2、特征尺寸为直管内径di、定性温度为流体在直管中出出进进算术平均数温度3、re104、0.7604、流体加热时为n0.4、流体蒸发制冷时为n0.3、圆形直管内完全湍流对流热系数、传热、32、传热、33 定性温度除Prw取壁温以外，取流体进出口温度的算术平均数值。 适用范围Re2300、Gr=100106。 Gr葛拉斯霍夫(Grashof )标准数包括无量纲标准数、动力粘度、传热、34、强制对流传热系数标准数和意义、传热、35、非圆直管内强制对流热系数，表示自然对流的影响，可以采用圆直管的对应修正公式，但具有特征：传热、36、管外强

9、制对流传热系数、流体强制管束外的热交换37、单列管平均对流供热系数，条件：适用范围Re3000特征尺寸管外径do，流速取通过管束中最窄通道的速度。 在此，误列管距最窄表兄弟的距离，在(x1do )和(tdo )两者中都应该取较小的一方。定性温度流体进出口算术平均数温度。 关于各系数的可取值，详细说明教材P149、传热、38、管束的平均对流供热系数，式中的si、ai分别是第I列管的总传热面积(m2)和平均对流供热系数(W/m2)。传热、39、自然对流传热系数、NuC(GrPr)n、条件：定性温度取膜温tm，即壁温和流体温度的算术平均数值，Gr中的t取壁温和流体温度的差。传热、40、传热、41、流

10、体有相变时的对流供热系数、传热、42、滴状凝结：凝结液不能润湿壁面，凝结液在壁面形成许多液滴，沿壁面落下，这种凝结称为滴状凝结。 膜状凝结：凝结液润湿壁面，形成完整的膜。 在整个冷凝过程中，冷凝液膜是其主要热阻抗。 蒸汽凝结时的传热推进力是蒸汽的饱和温度和壁面温度的差。 膜状凝结的热阻抗，通常，在比滴状凝结的热阻抗大的实际的生产过程中，膜状凝结过程多的冷凝机的设定修正时，大多用膜状凝结进行处理。传热、43、不凝聚性瓦斯气体影响蒸汽凝结时，不凝聚性瓦斯气体在液膜表面形成瓦斯气体膜，增大传热阻抗，降低凝聚对流传热系数。 蒸汽流速和流动影响冷凝表面粗糙度、壁面高度和布置方式影响流体物性、冷凝传热的因

11、素：传热，44，沸腾传热应用：精馏塔再沸器，蒸发器，蒸汽锅炉等。 管内沸腾：液体在管内流动时因热而沸腾。 例如可以举出升膜式、降膜式蒸发器等。 大容器沸腾(池内沸腾):加热壁面浸入液体，液体在壁面热沸腾。 锅炉等。 工业沸腾的方法有两种，传热、45、1、液体沸腾时，沸腾液表面的温度略高于蒸汽温度。 2 .沸腾液层中，只有靠近加热面的25mm的薄液层，温度有急剧的变化，其馀部分的液体温度大致相等。 3 .液体沸腾的主要特征是气泡的形成和运动。 液体在加热面被加热沸腾后，蒸汽(气泡)只在加热面上的某个粗糙点产生，产生这些个气泡的点称为气化中心。 沸腾传热特点：传热，46，1 .自然对流阶段：温差小

12、，无明显沸腾现象。 这个阶段和q都很小，随着温差的增大而逐渐增加。 2泡核沸腾阶段：由于气泡运动的对流和声干扰作用，该阶段和q随温差的增大而快速增加。 温差越大，汽化芯越多，气泡越远离表面沸腾越强。 液体沸腾传热过程可分为以下4个阶段：3.膜状沸腾阶段：汽化芯过多与不稳定的瓦斯气体膜相连，该膜将加热面与液体隔开，温度差增大时，q反而下降。 4 .稳定膜状沸腾阶段：瓦斯气体膜稳定、表面温度上升后，辐射传热占主导地位。 泡核沸腾在工业上有重要意义。 传热，47，液体性质的影响：随着增加而增大，随着(表面张力)的增加而减少的温度差t(twts )的影响：尽量维持泡核沸腾操作压力的影响：压力越高，有助

13、于强化传热加热面的材料、粗糙度等，影响沸腾传热的因素：传热，48，3.4辐射热交换， 热辐射的物理本质自由电子的运动随着温度的上升而激化，辐射的波长包括电磁波谱辐射线整体的波长在内的能量和热效应也不同的热效应最显着的是可见光和红外线，其波长分别为0.40.7m和0.7100m，其中大部分的能量为红外波长区间、传热、49，几个、传热、50、a :吸收比、A1时、RD0、物体吸收所有外部热辐射，无热反射和热透射，该物体被称为“绝对黑体”，简称“黑体”。 r :反射率、R1时，AD0、物体全部反射来自外部的热辐射，不吸收热辐射，没有热透过，该物体被称为“绝对黑体”，简称为“黑体”。 另外，如果入射角

14、等于反射角，则该物体也被称为“镜体”。d :透射率，D1时，AR0，物体透射所有外部热辐射，无吸收和反射，该物体称为“透热体”。 如果a不随波长而变化，并且D0 (即，物体对所有波长的热线的吸收比相等，不能透过)，则将该物体称为“灰体”。 上述所有名称的物体都是理想的，虽然实际上不存在，但实际上能够建立条件以实现理想的状态，例如人工黑体。传热、51、物体的辐射能力和相关规律、物体在单位时间内从单位表面积向半球空间放射的波长的热辐射能力、该物体的单辐射能力e、物体在单位时间内从单位表面积向半球空间放射的所有波长的热辐射能力、该物体的辐射能力e、辐射能力、传热、52、t黑体表面的绝对温度、k； C

15、1平板支撑第一常数，C1=3.743108Wm4/m2 C2平板支撑第二常数，C2=1.4387104mK。 对传热、53、维也纳法则、平板支撑法则进行分析的公式中，对每个黑体的单色辐射能力存在最大值Ebmax，其知道温度上升，黑体的辐射能力和单色辐射能力急剧增大，与黑体的最大单色辐射能力Ebmax对应的波长导出平板支撑法则，使之为零(因波长引起的单色辐射能力的变化率为零):maxT=2897.6 mK，上式表示在维也纳法则中，与Ebmax对应的波长max与绝对温度成反比，两者的积一定。传热、54、斯特凡波尔兹曼定律、黑体辐射能力与其表面热力学温度的四次方成比例，也被称为四次方定律，在其中是C

16、b5.67W /(m2K4)。 严格来说，只有黑体才真正满足四次规律。 由于工程上的修订算法方便，对该规律进行了：传热，55，工程上常用材料的黑度通过实验测定。 实际物体与黑体的辐射能力相比，有一定的偏差：黑度，与实际物体的辐射能力相同温度下黑体的辐射能力之比，传热，56，kirchoff(kirchoff )定律，两块面积大的平行平板之间的辐射实验：两块平板辐射热交换稳定后，黑体平板的净热交换量q=。 在系统热交换之前已经进行了平衡态，即TbT，Q0、AEbSES0、热传递，57即使置换为其他材料的平板，若存在同样的结果，则存在克希洛夫定律。 物体的吸收比越大，辐射能力也越大，因此在相同温度下黑体的辐射能力最大，为传热，58，因此条件：系统处于热平衡，所有辐射热来自黑体。 即，在数值上物体的黑色度和吸收比相等。 意思：吸收比表示从其他物体放射的放射能被该物体吸收的点数，黑度表示物体的放射能力占黑体辐射能力的点数。 应用：由于物体的吸收比测定比较困难，工程修正计算中多使用黑色度代替吸收比的灰体在任何条件下吸收比都等于同一温度下的