南京工業(yè)大學(xué)傳熱ppt1

1、1,第四章 傳 熱,通過(guò)本章學(xué)習(xí)，掌握傳熱的基本原理和規(guī)律，并運(yùn)用這些原理和規(guī)律去分析和計(jì)算傳熱過(guò)程的有關(guān)問(wèn)題。,學(xué)習(xí)目的與要求,2,3,4,5,4.1 傳熱過(guò)程概述,第四章 傳 熱,6,傳熱,熱量從高溫度區(qū)向低溫度區(qū)移動(dòng)的過(guò)程稱為熱量傳遞，簡(jiǎn)稱傳熱。,一是強(qiáng)化傳熱過(guò)程，如各種換熱設(shè)備中的傳熱。二是削弱傳熱過(guò)程，如對(duì)設(shè)備或管道的保溫，以減少熱損失。,化工生產(chǎn)中對(duì)傳熱過(guò)程的要求,概述,熱傳導(dǎo)（Heat Conduction

2、） 是指一個(gè)物體各部分之間或各物體之間存在溫差且無(wú)相對(duì)宏觀 運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象。熱對(duì)流（Heat Convection） 熱對(duì)流指流體中溫度不同的各部分物質(zhì)在空間發(fā)生宏觀相對(duì)運(yùn) 動(dòng)引起的熱量傳遞現(xiàn)象。對(duì)流分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流兩類。 熱對(duì)流通常不能以獨(dú)立的方式傳遞熱量，它必然伴隨著熱傳導(dǎo)。

3、熱輻射（Heat Radiation） 由于溫度原因，物質(zhì)微觀粒子(原子)內(nèi)部的電子受激和振動(dòng)時(shí)， 產(chǎn)生交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，所發(fā)出電磁波向空間傳播。,熱量傳遞的基本方式,8,4.1 傳熱過(guò)程概述4.1.1熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù),第四章 傳 熱,9,一、熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱),熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱),不依靠物體內(nèi)部各部分質(zhì)點(diǎn)的宏觀混合運(yùn)動(dòng)而借助于物體分子、原子、離子、自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱

4、量傳遞稱為熱傳導(dǎo)，簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。,10,,描述熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的物理定律為傅立葉定律（Fourier’s Law），其表達(dá)式為,傅立葉定律（Fourier’s Law）,溫度梯度,導(dǎo)熱系數(shù),微分導(dǎo)熱通量,熱通量與溫度梯度方向相反,一、熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱),11,二、導(dǎo)熱系數(shù),導(dǎo)熱系數(shù),,導(dǎo)熱系數(shù)表征了物質(zhì)熱傳導(dǎo)能力的大小，是物質(zhì)的基本物理性質(zhì)之一，其值與物質(zhì)的形態(tài)、組成、密度、溫度等有關(guān)。,12,導(dǎo)熱系數(shù)[W/(m.oC)]0.006～0.060.

5、1～0.70.2～3.015～4200.003～0.06,氣體液體非導(dǎo)電固體金屬絕熱材料,二、導(dǎo)熱系數(shù),氣體 分子做不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果 固體 導(dǎo)電體：自由電子在晶格間的運(yùn)動(dòng) 非導(dǎo)電體：通過(guò)晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)實(shí)現(xiàn) 液體 機(jī)理復(fù)雜,特點(diǎn)：靜止介質(zhì)中的傳熱，沒(méi)有物質(zhì)的宏觀位移,二、導(dǎo)熱系數(shù),14,4.1 傳熱過(guò)程概述4.1.1 熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù),第四章 傳 熱,4.1.2 對(duì)流,15,對(duì)流是由

6、流體內(nèi)部各部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生宏觀運(yùn)動(dòng)和混合而引起的熱量傳遞過(guò)程,對(duì)流,對(duì)流傳熱,在化工生產(chǎn)中特指流體與固體壁面之間的熱量傳遞過(guò)程。,對(duì)流,自然對(duì)流：由于流體內(nèi)溫度不同造成的浮升力 引起的流動(dòng)。 強(qiáng)制對(duì)流：流體受外力作用而引起的流動(dòng)。,特點(diǎn)：流動(dòng)介質(zhì)中的傳熱，流體作宏觀運(yùn)動(dòng),對(duì)流,17,對(duì)流傳熱速率可由牛頓冷卻定律描述,溫度差,對(duì)流傳熱系數(shù),微分對(duì)流傳熱通量,對(duì)流,18,4.1 傳熱過(guò)程概述4.1.1 熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱

7、系數(shù)4.1.2 對(duì)流,第四章 傳 熱,4.1.3 熱輻射,19,熱輻射,因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。,熱輻射,1.可以在完全真空的地方傳遞而無(wú)需任何介質(zhì)。 2.不僅產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，而且還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換。 3.任何物體只要在絕對(duì)零度以上，都能發(fā)射輻射能，但僅當(dāng)物體的溫度較高、物體間的溫度差較大時(shí)，輻射傳熱才能成為主要的傳熱方式。,20,4.1 傳熱過(guò)程概述4.1.1 熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù)4.1.2 對(duì)流

8、4.1.3 熱輻射,第四章 傳 熱,4.1.4 冷熱流體（接觸）通過(guò)間壁式換熱和間壁式換熱器,21,圖4-1 套管式換熱器1-內(nèi)管 2-外管,冷熱流體（接觸）熱交換方式及換熱器,T1,T2,t1,t2,22,圖4-2 單程管殼式換熱器1-外殼,2-管束,3、4-接管,5-封頭,6-管板,7-擋板,8-泄水池,冷熱流體（接觸）熱交換方式及換熱器,傳熱速率Q（熱流量）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)換熱器的整個(gè)傳熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位 J/s或

9、W。熱流密度q （熱通量） ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位傳熱面積傳遞的熱量，單位 J/(s. m2)或W/m2。,傳熱速率與熱流密度,非穩(wěn)態(tài)傳熱,穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱,穩(wěn)態(tài)傳熱,25,間壁式換熱器內(nèi)冷、熱流體間的傳熱過(guò)程包括以下三個(gè)步驟：（1）熱流體以對(duì)流方式將熱量傳遞給管壁；（2）熱量以熱傳導(dǎo)方式由管壁的一側(cè)傳遞至另一側(cè)；（3）傳遞至另一側(cè)的熱量又以對(duì)流方式傳遞給冷流體。,冷熱流體（接觸）熱交換方式及換熱器,兩流體通過(guò)間壁的傳熱過(guò)程,穩(wěn)態(tài)

10、傳熱：,式中 ?tm──兩流體的平均溫度差，℃或K； A──傳熱面積，m2； K──總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)或W/(m2·K)。,總傳熱速率方程,28,第四章 傳 熱,4.2 熱傳導(dǎo)4.2.1 傅里葉定律,傅立葉定律,溫度場(chǎng)：某時(shí)刻，物體或空間各點(diǎn)的溫度分布。,（一）溫度場(chǎng)和等溫面,非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng),穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng),等溫面：在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)中所有溫度相

11、同的點(diǎn) 組成的面。,不同溫度的等溫面不相交。,（二）溫度梯度,方向：法線方向，以溫度增加的方向?yàn)檎?傅立葉定律,（三）傅立葉定律,式中 dQ ── 熱傳導(dǎo)速率，W或J/s； dA ── 導(dǎo)熱面積，m2； ?t/?n ── 溫度梯度，℃/m或K/m； ? ── 導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)或W/(m·K)。,

12、負(fù)號(hào)表示傳熱方向與溫度梯度方向相反,熱導(dǎo)率,?在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量,? = f(結(jié)構(gòu), 組成, 密度, 溫度, 壓力）,?金屬固體 > ?非金屬固體 > ?液體 > ?氣體,?表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù),1.固體熱導(dǎo)率,金屬材料 10～102 W/(m?K) 建筑材料 10-1～10 W/(m?K) 絕熱材料 10-2～10-1 W/(m?K),在一定溫度范圍內(nèi)：,對(duì)大多數(shù)金屬材料a 0

13、， t ? ? ?,2.液體熱導(dǎo)率,金屬液體?較高，非金屬液體?低； 非金屬液體水的?最大； 水和甘油：t ? ，? ? 其它液體：t ? ，??,0.09～0.6 W/(m·K),3.氣體熱導(dǎo)率,t? ，?? 一般情況下，?隨p的變化可忽略； 氣體不利于導(dǎo)熱，有利于保溫或隔熱。,0.006～0.4 W/(m·K),36,第四章 傳 熱,4.2 熱傳導(dǎo)4.2.1 傅里葉定律4.2.2 平

14、壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),37,一、單層平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),假設(shè)：1.導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化，或可取平均值；2.一維穩(wěn)態(tài)3.忽略熱損失。,圖4-3 單層平壁熱傳導(dǎo),38,對(duì)平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),,積分并整理得,,微分式,積分式,一、單層平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),39,導(dǎo)熱熱阻,一、單層平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),40,二、多層平壁的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),圖4-4 三層平壁熱傳導(dǎo),假設(shè)：1.導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化，或可取平均值；2.一維穩(wěn)態(tài)3.忽略熱損失4.沒(méi)