文档介绍：传热
Key Words: Heat transfer, Conduction, Convection, Rediation, Fourier Law
概述
化工过程中经常遇到气一液,液-液,气-固,液-固的换热过程
加热
冷却过程强化
保温――削弱过程
传热的基本方式:
热传导分子振动
无质点位移
对流传热流体质点相对移动
强制对流、自然对流
电磁波形式传播
热辐射放热→辐射能→吸收
无需中间介质、能量转换,T高时的主要方式
K传热方式相互依存,并不独立存在
冷热流体接触方式: 直接接触式
间壁式
蓄热式
传热速率:
(传热速率)热流量Q:J/s
热流密度(热通量) q=dQ/ds J/m2s
稳态传热和不稳态传热
PQ、q、及有关物理量(进出口T, t)
不随时间变化®稳态
q: 不随q变化(沿管长变化)
K 不稳定:夹套加热
热传导
温度场和温度梯度:
在θ时刻物体(或空间)各点温度分布 t = f (x,y,z,q)
若与θ无关稳定温度场
相同连结组成等温面等温面不相交
等温面上无热量传递
温度梯度: :法线方向
二、定律
(与牛顿粘性定律相似)
:导热系数,负号:热流方向是温度降方向。
三、导热系数
与物质组成、结构、温度、密度、压强等有关。
单位:
金属 101~102 T­ l¯
建材 10-1~100 w/mK T­ l­
绝缘材料 10-2~10-1
液体 10-1 T­ l¯ (水、甘油除外)
气体 10-2~10-1
固体:l=lo(1+KT) λ0:0℃导热系数,金属K<0,非金属K>0
液体:T­λ¯(水、甘油除外)
气体:T­λ­。高于2000atm,低于20mmHg,p­λ­
四、平壁稳定热传导:
一平板,长宽与厚比无限大。
¬
积分:
温度分布直线
­
多层:
n层 l不同,b不同
存在n个温度差(接触面良好)
Q相同(通过各层)
由总温差和li,求Q,
由
五、圆筒壁的稳定热传导
、Q相同、q不同
对数平均值
当r2 / r1<2时,可用算术平均值计算,误差小于4%
*多层:
六、具有内热源的热传导:
半径为ro、长度为L圆柱体(径向传热)
单位时间单位体积产生热
若r=ro时,t=tw
温度沿半径方向呈抛物线分布。
七、导热微分方程:
Ql-Q出+Q热源=Q积累
X向
净热量:
Q热源:
Q积累:
:
对流传热
Key Words: Convection, Heat transfer, Film heat transfer coefficient, Overall heat transfer coefficient, Natural Convection, Forced Convection
对流传热的机理:
P对流传热较多发生在固体壁面和流体之间。
强制对流液体沸腾
无相变有相变
自然对流蒸汽冷凝
以无相变,强制对流为例
对流是由于质点相对位移而产生的热交换,它与流体流动状况有密切关系。
流体边界层®传热边界层
层流底层,无y向速度梯度,热传导
过渡层:开始出现y向速度梯度
热传导(有温度差就存在)
对流
湍流主体:
由于Q相同:
形成了热边界层
对流传热速率与传热膜系数(对流传热系数)
一般采用牛顿冷却公式:
tw 壁温,t流体主体温度(同一截面),a传热膜系数,dS微元面积
¬不同壁面温度差不同-局部性质使用dS
a的关联式­冷热流体的S不同,
a:单位面积壁面,单位温差下传热速率W/m2K
理论上a的求取:边界层:
壁面附近温度梯度与tw - t,求出 a
两流体间的传热
一、传热基本方程和传热系数热衡算
实际过程的传热计算主要依靠几个关系传热速率方程
传热膜系数关联式
若无热损失
Sm 平均传热面积。
¬dS*有基准问题,取dSo
­若存在污垢:
传热系数K:w/m2K
¬K与一定的表面积相关联(取基准)
平壁
圆筒壁:
­阻力为各部分的加和:
®K代表局部性质(局部性质)ÕdS
一般的处理方法为:定性温度Õ 物性参数Õ a平均®
¯有关:,K接近a较小的一个
强化传热中的K:从热阻大的一方入手。
问题归结为求取K(a)和
K值范围:水-水 850