文档介绍：第四章传热
§1 概述
一、传热操作的目的
1、加热或冷却
2、热量回收
3、保温,减少热量或冷量的损失
二、传热过程中冷热流体的接触方式
1、直接接触式传热
2、间壁式传热
3、蓄热式传热
三、传热的基本方式
1、热传导
静止物质内的一种传热方式,没有物质的宏观位移。
2、对流传热
流体中质点发生相对位移而引起的热量交换。
3、辐射传热
热能以电磁波的形式在空间传递。
特点:1)绝对零度以上的任何物质均能发生热辐射。
2)热辐射不仅是能量的转移,而且发生了能量形式的变化,不需任何物质做传热媒介。
本章的学习任务:热量由热流体通过壁面传给冷流体的一系列计算。
§2、热传导
热传导的必要条件:温度差;传热媒介。
温度差是传热过程的推动力。
一、温度场和温度梯度
1、温度场
三维温度场:
一维温度场:
一维稳定温度场:
2、等温面
温度场内,温度相同的点组成的面为等温面。
不同的等温面不会相交。
3、温度梯度
两等温面间的温度差与其间的垂直距离之比的极限。
温度梯度的方向以温度增加的方向为正,与传热方向相反。
二、傅立叶定律
通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比。
温度梯度的方向:低温面向高温面
传热的方向:高温面向低温面
对于一维稳定的热传导过程,则有:
三、导热系数
物理意义:温度梯度为1oC/m;导热面积为1m2的情况下,单位时间内传递的热量。标志着物质的导热能力。单位:W/m·oC
导热系数的影响因素:
1、物质的种类
导热材料(大多数金属);隔热材料()
2、物质的状态
固体较大;气体较小。
3、物质的湿度
湿材料较大;干材料较小。
4、物质的温度
四、平面壁的稳定热传导
1、单层平壁的稳定热传导
假设: 1)平壁材料均匀。
2)导热系数不随温度而变。
3)平壁内温度只沿垂直于壁面的
方向发生变化。
4)平壁面积与侧面积相比为无穷
大。(侧面散热为零)
2、多层平壁的稳定热传导
3、推动力和阻力的加和性
例:穿过三层等厚的平壁的稳定导热过程,如图,已知t1 = 200oC,t2 = 150oC,t3 = 120oC,t4 = 100oC,由图判断导热系数最大的一层为( )。
A:第一层 B:第二层
C:第三层 D:不能判断
五、圆筒壁的稳定热传导
特点:
1、温度沿圆筒的径向而变化,等温面为一系列同心的圆筒壁面。
2、导热面积因直径不同而不同。
3、总传热速率不变,传热通量沿径向变化。
则传热速率的计算式为:
对数平均半径;对数平均面积
同理,多层圆筒壁的稳定热传导的计算式为:
6
;
若,则
若,则
§ 3 对流给热
一、概述
1、对流传热与对流给热
对流传热:流体中质点发生相对位移而引起的热交换。
对流给热:流体流过固体传热面时,与该面发生的热传导、流体质点间的热传导以及对流传热共同的传热作用。
2、自然对流与强制对流
自然对流:传热过程中因冷热流体密度不同而产生环流引起的热交换。
强制对流:流体在外力作用下产生宏观运动而引起的热交换。
二、对流给热过程的计算
1、牛顿冷却定律
流体被加热:
流体被冷却:
式中:为对流给热系数,单位:W / m2 · oC
2、对流给热系数的计算
1)无相变低粘度流体在圆形直管内作强制湍流时的
流体被加热:b = ;流体被冷却:b =
应用范围: 1)Re >10000
2)
3)
4)
例:某列管换热器由38根的无缝钢管组成,苯在管内流动,由20 oC被加热到80 oC。,外壳通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的对流给热系数。若苯的流量提高一倍,给热系数有何变化?
§4传热过程的计算
一、热量衡算方程式
对于无相变的传热过程:
热流体的放热量= W1 Cp1·(T1-T2 )
冷流体的吸热量= W2 Cp2·(t2- t1)
若不计热损失,则有:热流体的放热量= 冷流体的吸热量
Q总= W1 Cp1·(T1-T2 )= W2 Cp2·(t2- t1)
二、传热速率方程式