文档介绍：第五章传热
一、传热在化工生产中的应用
、冷却或者冷凝、蒸发过程。
,以减少热损失。
,废热回收。
第一节概述
二、传热的三种基本形式
(一) 热传导
机理:当物体的内部或两个直接接触的物体之间存在着温度的差异时,借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运热能就从物体的较高部分传给温度较低的部分或从一个温度较高的物体传递给直接接触的温度较低的物体。
特点:物体的分子或质点不发生宏观的相对位移。
(二) 对流
1、机理:由于流体中质点发生相对位移和混合,而将热
能由一处传递到另一处。
2、分类
自然对流:因流体内部各处温度不同而引起的局部密度
差异所致。
强制对流:用机械能使流体发生对流运动。
3、实质:流体的质点携带着热能在不断的流动中把
热能给出或吸入的过程。
(三)辐射
特点:不仅产生能量的转移,而且伴随着能量形式的转换,热辐射不需要媒介。
高温物体之间的主要传热形式。
以上三种传热方式往往是相互伴随着同时出现。
三、传热速率与热阻
(1)传热速率Q(热流量)
指单位时间内通过传热面的热量。整个换热器的传热速率表征了换热器的生产能力,单位为W;
(2)热通量q(热流密度)
指单位时间内通过单位传热面积所传递的热量。在一定的传热速率下,q越大,所需的传热面积越小。因此,热通量是反映传热强度的指标,又称为热流强度,单位为W/m2。
传热速率的一般表达式:
(四) 稳定传热和不稳定传热
t =f(x,y,z,θ)温度不仅与空间位置还与时间有关,为非定态传热(不稳定传热);
t =f(x,y,z)温度只与空间位置有关与时间无关,为定态传热(稳定传热) 。
连续生产过程中的传热多可作为稳定传热。
一、傅立叶定律(Flourier’s law)
(一)温度场和温度梯度
物体(或空间)各点温度在时空中的分布称为温度场。
t = f(x,y,z,θ) (5-2)
温度相同的点所组成的面称为等温面。温度不同的等温面不可能相交,为什么?
n
q
图 5-1 温度梯度与热流
方向的关系
(2)温度梯度两等温面的温度差Δt与其间的垂直距离Δn之比,某点的温度梯度为Δn趋于零时的极限,即
第二节热传导
(二)傅立叶定律
傅立叶定律是用以确定在物体各点间存在温度差时,因热传导而产生的热流大小的定律。单位时间内,单位传热面积上传递的热量即热通量与温度梯度成正比,
传热速率不仅与温度梯度成正比,还与传热面积成正比,即
热导率,W/m•℃
(5-3)
二、导热系数(热导率)
导热系数是物质的一种物理性质,表示物质的导热能力的大小,导热系数值越大,物质的导热性能越好。
物理意义:温度梯度为1时,单位时间内通过单位面积的传热量,在数值上等于单位温度梯度下的热通量。
物质的导热系数与物质组成、结构、密度、温度和压力有关。一般,金属的导热系数最大,非金属的固体次之,液体的较小,而气体的最小,即
导电固体> 非导电固体, 液体> 气体
℃
(1)固体的导热系数
纯金属:t↑, λ↓;
非金属: ρ↑或 t↑, λ↑。
对于大多数的均质固体,导热系数与温度近似成直线关系
λ=λ0(1+αt)
λ、λ0—固体分别在温度t、273K时的热导率,W/();
α—温度系数,对大多金属材料为负值,大多非金属材料
为正值,1/K。
(2)液体的导热系数
t↑, λ↓;
一般纯液体(水和甘油除外)的热导率比其溶液的热导率大。