文档介绍：第四章传热 第一节 概述
一、定义:由温度差引起的能量转移过程称为热量传递过程或传热过程,简称传热。
二、传热现象:几乎无时不有,无处不在。因为温差几乎无时不有,无处不在。
三、传热原理的应用:十分广泛。尤其在能源动力、化工冶金部门。
化学过程
单元操作
设备管道
废热利用
四、问题类型
提高(强化)传热速率
降低(削弱)传热速率
五、传热状态
稳态(定常)传热: 各点温度不随时间而变
非稳态(非定常)传热:否则
六、传热基本方式(传热机理)
(导热)(conduction):由微观粒子(分子、原子、离子和电子)的微观运动传递热量的过程。
  金属,自由电子的运动。
固体分子晶体,分子的振动。
非金属原子晶体,原子的振动。晶格结构的振动,弹性波。
离子晶体,离子的振动。
液体,分子的不规则热运动(布朗运动),介于气体与非金属之间。
气体,分子的不规则热运动(布朗运动)。
(对流)(convection):由流体质点的宏观运动传递热量的过程。由于同时存在分子不规则热运动,所以对流必然伴随导热。
自然对流:宏观运动由流体密度差引起,而密度差由温度差引起。
强制对流:宏观运动由外力(泵、风机、位差、压差等)引起。
(辐射)(radiation):由电磁波传递热量的过程。
在实际问题中,传热方式很少单独存在,常常两种或三种共存
七、换热器的类型:间壁式、混合式(图4-1)、蓄热式(图4-2)。
八、典型间壁式换热器:套管式(图4-4)和列管(壳管)式(图4-5、4-6)。
九、间壁式换热器中的传热方式:对流导热对流
 
 
 
 
 
十、载热体:提供或取走热量的流体。
:提供热量的载热体。热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯、熔盐、烟气(表4-1)。
或电。
:取走热量的载热体。冷水、空气、盐水、液氨(表4-2)。或***里昂、液氮。
第二节热传导
一、傅立叶定律:在物体内任何一点,沿任一方向的导热热流密度(单位时间内垂直通过单位面积的热流量)与该方向上的温度变化率成正比,即
式中负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向。
q——n方向的导热热流密度,W/m2;
Q——n方向的导热传热速率或热流量,W,J/s;
S——与热流方向垂直的导热面积,m2;
——导热系数,W/(mK),W/(mC);
——n方向的温度变化率,K/m,C/m;
 
二、导热系数:表征物质导热能力的物性参数。
  
式中0固体在0 C的导热系数,W/(mK),W/(mC); 温度系数,1/ C
(1)   金属液体:
(2)   非金属液体(除水、甘油外):t, (略减小)
(3)   有机化合物水溶液的导热系数估算式为
式中——组分i的质量分率。
(4)   有机化合物互溶混合液的导热系数估算式为
3、气体很小,对导热不利,但有利于保温和绝热
(1)  
(2)  
(3)   常压下气体混合物的导热系数估算式为
式中——组分i的摩尔分率。
——组分i的摩尔质量,kg/kmol。
4、一般规律
(1)  
(2)  
(3)  
(4)
三、通过平壁的导热
如图所设,且假定为常数,
则将一维稳态条件用于傅立叶定律:
得
所以,t与x成线性关系。
或
沿x方向定积分,得
而由一维稳态条件,知q与x无关,
( )
所以
所以
而
所以——单层平壁微分导热公式
沿平面定积分,得
所以——单层平壁导热公式
传递过程有共同规律:
如欧姆定律
将单层平壁公式改写为
式中——温差,K,C;
——热阻,K/W。
2、多层平壁
以三层平壁为例,如图所设,且假定为常数,及层与层之间接触良好,没有接触热阻,则由
单层平壁公式,得
而由一维稳态条件,得
所以相加并整理,得
或
四、通过圆筒壁的导热
如图所设,且假定为常数
则将一维稳态条件用于傅立叶定律:
得
或
所以,t与r成非线性关系
或
沿r方向定积分,得
而由一维稳态条件,知与r无关,
( ,但)
所以
所以
——单层圆筒壁微分导热公式
整理
——单层圆筒壁微分导热公式
式中——对数平均微元面积,m2;
当时, 。
沿柱面定积分,得
所以——单层圆筒壁导热公式
整理
——单层圆筒壁导热公式
式中——对数平均面积,m2;当时, 。
——温差,K,C;
——热阻,K/W。
课堂练****设,试求单层圆筒壁的导热传热速率计算公式。
解:由
得
沿r方向定积分,得
所