文档介绍：第三章传热第一节概述传热:由于温度差而引起的能量转移。在一种介质内部或两种介质之间,只要存在温度差,就必然会出现传热过程。 传热过程在化工生产中的应用传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过程,通常来说有温度差的存在就有热的传递,也就是说温差的存在是实现传热的前提条件或者说是推动力,在化工中很多过程都直接或间接的与传热有关。但是进行传热的目的不外乎是以下三种: (1)加热或冷却换热(2)换热:强化传热过程(3)保温:削弱传热过程 1 传热的三种基本方式(1)热传导热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分, 或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导。特点: 没有物质的宏观位移。气体:分子做不规则热运动时相互碰撞的结果固体:导电体:自由电子在晶格间的运动非导电体:通过晶格结构的振动来实现的液体:机理复杂,主要靠原子、分子在平衡位置上的热运动。 2 (2)对流流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。自然对流强制对流(3)热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。能量转移、能量形式的转化不需要任何物质作媒介特点3 第二节热传导 热传导方程(1)傅立叶( Fourier )定律 dT Q A dx ??? dT qdx ???或 Q:导热速率( J·s -1或W); q:热流密度( J·m -2·s -1或W·m -2); A:导热面积( m 2); λ:导热系数( W·m -1·K -1) dT dx :热流方向商的温度梯度( K· m -1);负号:热能沿温度降低的方向传递。上式为导热的基本定律,即傅立叶定律。 4 (2)热导率(导热系数) λ在数值上等于单位温度梯度下的热通量。λ是分子微观运动的宏观表现,它表示物质导热能力的强弱。 Q dT A dx ???λ=f( 结构,组成,密度,温度,压力)物理含义:代表单位温度梯度下的热通量大小,故物质的?越大,导热性能越好。在一定温度范围内: λ=λ 0 (1+at) 式中λ 0,λ:0℃, t℃时的导热系数, W/(m · K) ; a :温度系数, 1/℃;对大多数金属材料: a < 0 ,t↑, λ↓。对大多数非金属材料 a > 0 ,t↑,λ↑。 5 规律: (a)一般地, ?导电固体> ?非导电固体,?液体> ?气体 t?,?气体?,?水?,其它液体的??。(b)液体:金属液体λ较高,非金属液体λ低,水的λ最大。一般来说,纯液体的大于溶液 t↑,λ↓(除水和甘油)。(c)气体: t↑,λ↑、气体不利用导热,但可用来保温或隔热。工程上通常根据导热系数的数值来选择合适的导热材料。例如:需要提高导热速率的场合选用导热系数大的材料,反之,需要减小导热速率的场合选用导热系数小的材料。部分材料的导热系数可从工具书中查阅。 6 传导传热计算(1)单层平壁的定态热传导假设: 材料均匀; 温度仅沿 x变化,且不随时间变化。 dT Q A dx ???将积分,得: ?? 2 1 1 2 t t t t t Q A b b R A ?????? ??推动力: Δ t=(t 1 -t 2)bRA??热阻: 7 (2)多层平壁的稳定热传导假设: (a) 材料均匀; (b) 温度仅沿 x变化,且不随时间变化; (c) 各层接触良好,接触面两侧温度相同。 1 2 3 1 4 3 1 2 1 2 3 1 2 3 t t t t t Qb b b R R R A A A ? ??? ?????? ?? ?? ?各层平壁得温度降与该层得热阻成正比。 8 (3)单层圆筒壁的稳定热传导根据傅立叶定律: 2 dT dT Q A rL dr dr ? ???? ???积分,得: ???? 1 2 1 2 2 2 1 1 2 2 ln ln L T T L T T Q r d r d ? ?? ?? ?? ?可改写为: 1 2 1 2 2 1 m m T T T T Q A A b r r ? ?? ?? ??其中,