文档介绍：第三章传热 第一节概述
一、热量传递的三种基本方式
根据传热的机理不同,热量传递的基本方式分为三种:
当物体内部或两个直接接触的物体存在着温差时,由于分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起热量的传递。热量由高温度部分传到低温部分,或从高温物体传到与之相接触的低温物体,直到各部分温度相等为止,这种热量传递过程称为导热。
1、热传导(又称导热)
导热
对流
热辐射
2、对流
流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为对流传热(即对流) 。
对流的形式可分为:
(1)、自然对流:由于流体中各处的温度不同而引起密度的差别。轻者上浮,重者下沉,流体之间产生相对位移。
(2)、强制对流:由于泵、风机或搅拌等外力的作用使得流体质点强制运动。
在化工传热过程中,通常是流体流经固体壁面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程.
因物体本身温度的原因激发产生的电磁波在空间的传递,称为热辐射。
辐射传热的特点是:
(1)、能量传递过程中有能量形式的转变
(2)、任何物体只要在热力学温度零度以上都能发射辐射能
3、热辐射
二、传热在化工生产中的应用
在化工生产中传热问题可以归为以下几类:
1、为了使物料满足生产规定的操作温度需要加热或冷却;
2、物料在输送或处理过程中有热量损失时需要保温;
3、由于节能的需要,对冷(热)量要回收利用。
第二节热传导
一、热传导方程
1、傅立叶定律
T
T
T+dT
T1
T2
dx
δ
φ
x
温度梯度,表示热流方向温度变化的强度,温度梯度越大,说明热流方向单位长度上的温差越大。
负号表示热流方向与温度梯度方向相反,热量是沿温度降低的方向传递.
2、导热系数
(1)、固体的导热系数
大多数固体的导热系数与温度大致呈线性关系。
λ=λ0(1+αλt)
αλ--------温度系数
(2)液体的导热系数
液态金属:液态金属导热系数比一般液体高
液态金属导热系数随温度升高而降低。
其他液体:水的导热系数最大,除水和甘油等几种液体外,大多数液体λ随温度升高略有减少,纯液体λ比混合液体一般要大一些。
(3)气体的导热系数
气体的导热系数随温度升高而增大,随压强增大而增加。
二、传导传热的计算 1、单层平面热传导
T
T1
T2
δ
φ
x
称为导热热阻
称为导热的推动力
2、多层平壁的热传导
T
T2
T3
T1
T4
δ1
φ
x
δ3
δ2
三层平壁的热传导速率方程:
n层平壁的热传导速率方程:
各层平壁的温差降与该层的热阻成正比。
3、单层圆筒壁的热传导
单层圆筒壁的热传导速率方程
热阻为:
上式也可以写成与平壁热传导速率方程类似形式:
其中对数平均面积为:
对数平均半径为:
当r2/r1≤2时,
T1
L
r1
r2
T2
dr
4、多层圆筒壁的热传导
三层圆筒壁的热传导速率方程
n层圆筒壁的热传导速率方程
Φ
r1
r2
r4
r3
T1
T3
T4
T2
ΔT=T1 –Tn+1
5、保温层的临界半径
r1
r2
t1
tf
t1----保温层内表面温度;tf----环境温度
r1、r2----分别为保温层内外壁半径;
λ---为保温材料的导热系数
α----为对流传热系数;L---为管长
称为临界半径rc
φ
B
rc
r2
t2