文档介绍：第4章热量传递基础
概述
热传导
对流传热
冷凝与沸腾传热
辐射传热
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概述
基本概念
热量传递的三种基本方式
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基本概念
在化工生产中传热的应用主要是两个方面:
(1)强化传热为了使物料满足所要求的操作温度进行的加热或冷却,希望热量以所期望的速率进行传递;
(2)削弱传热为了使物料或设备减少热量散失,而对管道或设备进行保温或保冷。
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基本概念
传热速率Q 是指单位时间内通过传热面的热量,又称热流量,其单位是W。
——表征了传热过程进行的快慢程度
热通量q 是指单位传热面积上的传热速率,又称热流密度,单位是W/m2。
热通量与传热速率之间的关系为:
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基本概念
热量传
递过程
稳态传热
非稳态传热
物体的温度分布随时间变化
物体中各点温度不随时间而改变
——连续生产过程中的传热
——间歇操作的换热设备和连续生产设备的启动、停机过程以及变工况过程的热量传递
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基本概念
物体内各点温度的集合称为温度场,一般地,物体内任意点的温度是时间和空间位置的函数,温度场的数学表达式为
——式中 t为温度;x、y、z为空间坐标;t为时间。
温度场
稳态温度场
非稳态温度场
物体的温度分布随时间变化
物体中各点温度与时间无关
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基本概念
等温面:
在某一时刻,温度场中温度相同的点连成的面,等温面不可能相交。
对于二维传热问题,物体中等温面表现为等温线,等温线也不可能相交。
温度随空间位置的变化率以等温面(线)的法线方向上为最大值,在等温面(线)法线方向上的温度变化率称为温度梯度,可表示为
式中D n为法线n方向上的距离;grad(t)表示温度梯度,是矢量,其方向垂直于等温面(线),与等温面(线)的法线方向一致,并以温度增加的方向为正方向。
等温线:
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热量传递的三种基本方式
物体各部分之间不发生相对位移时,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为热传导,又称导热。
热传导现象可以用傅立叶(Fourier)定律来描述。
对流仅发生于流体中,它是指由于流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位移而导致的热量传递过程。
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热量传递的三种基本方式
对流传热通常用牛顿冷却定律来描述,即当主体温度为tf的流体被温度为tw的热壁加热时,单位面积上的加热量可以表示为:
当主体温度为tf的流体被温度为tw的冷壁冷却时,有
式中q为对流传热的热通量,W/m2;a为比例系数,称为对流传热系数, W/(m2·℃)。牛顿冷却公式表明,单位面积上的对流传热速率与温差成正比关系。
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热量传递的三种基本方式
辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体因各种原因发出辐射能,其中因热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。
与热传导和对流传热不同,辐射传热无须借助中间介质的存在来传递热量,可以在真空中传递。
虽然物体可以热辐射的方式进行热量传递,但一般只在高温或低温下才成为主要传热方式。
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