05 第四节 传热.ppt

第1页：第四章传热

第四章传热

第2页：第一节概述

第一节概述

• 一、传热的方法热传导、对流传热、辐射传热
• 二、学习内容及目的
• 1、掌握各种传热过程的基本原理
• 2、掌握总的传热速度方程及其应用计算——传热计算
• 3、掌握总的传热系数K及传热平均温度差的计算
• 4、了解对流传热系数的建立及辐射传热的规律

第3页：第二节热传导

第二节热传导

傅立叶定律

——热传导的基本理论热传导的定义：依靠物体内自由电子运动或分子原位振动

几个概念温度场

：一个空间各点温度随时间的分布

稳定的温度场

：各点温度不随时间变化

等温面

：温度场中

温度梯度

：温度沿着温度增大方向的变化率

第4页：傅立叶定律

、傅立叶定律

第5页：二、平壁的稳定热传导

二、平壁的稳定热传导

——傅立叶定律应用1、单层平壁t0bxt2t1

第6页：多层平壁A为同一个值

、多层平壁A为同一个值

第7页：例4-1 某冷库壁内外层砖壁厚各为12

例4-1 某冷库壁内外层砖壁厚各为12

cm ，中间夹层填以绝热材料，厚10 cm 。已知砖的导热系数为0.70 W/ （m·K），绝热材料的导热系数为0.04W/（m·K）。墙的外表面温度为10 ℃，内表面温度为-5℃。试计算进入冷库的热流密度及绝热材料与砖墙两接触面上的温度。解：根据题意

第8页：

第9页：三、圆筒壁的稳定热传导

三、圆筒壁的稳定热传导

1、单层圆筒壁的稳定热传导比平壁复杂，传热面积A是个变量。对于同一管子，L内外一致，只有r 在变，如图所示--圆筒长--圆筒的内半径--圆筒的外半径--圆筒中任意处半径Lr1r2r1r2rLt2t1

第10页：

第11页：多层圆筒壁的稳定热传导

、多层圆筒壁的稳定热传导

第12页：

第13页：多层圆筒壁的稳定热传导（续）

解：界面温度每米管长的热损失：(a)(b)t3

第14页：多层圆筒壁的稳定热传导（续）

解得：

第15页：第三节对流传热

第三节对流传热

• 一、间壁两侧的传热分析冷、热流体通过间壁传热应用最多特点：
• 1、冷、热流体中心，为湍流，温度无差别；
• 2、靠近管壁处，存在层流底层，传热以传导方式进行；
• 3、热量在管壁内也以传导方式进行；
• 4、传热阻力主要集中在层流底层，称传热有效膜，传热快慢主要由此处的速度决定。冷流体热流体TttwTw

第16页：二、对流传热方程式

二、对流传热方程式

——牛顿冷却定律

第17页：三、对流传热系数

三、对流传热系数

1、影响对流传热的因素：准数的意义

第18页：三、对流传热系数（续）

、对流传热系数各准数关系：（1）流体无相变时的α：流体在管内强制对流圆形直管内的强制对流湍流过渡流层流弯管内的强制对流非圆形管内的强制对流湍流湍流过渡流过渡流层流层流α

第19页：流体在管外的强制对流流体垂直流过管束流体

流体在管外的强制对流流体垂直流过管束流体

水平流过管束大空间的自然对流（2）有相变是的α：蒸汽冷凝时的α液体沸腾时的α在水平管外冷凝在垂直管外冷凝

第20页：流体在管外的强制对流流体垂直流过管（续）

• （3）使用α经验关联式注意事项：
• ①适用范围：关联式给出了使用条件，Re、Pr等范围
• ②特性尺寸：一般l取管的内径
• ③定性温度：查取μ、λ、Cp时，要有温度，称定性温度。取流体的进出口平均温度，取壁温，取膜温，
• ④蒸汽冷凝：膜状冷凝，滴状冷凝
• ⑤液体沸腾：自然对流，核状沸腾，膜状沸腾

第21页：第四节传热计算

第四节传热计算

一、总的传热速度方程式1、总的传热系数k的确定(一间壁两侧传热为例)

第22页：第四节传热计算（续）

（1）对于平壁：

第23页：第四节传热计算（续）

（2）对于圆筒壁以内表面积为基准：

第24页：第四节传热计算（续）

以外表面积为基准

：（3）对于有污垢热阻时

K的确定

：设管壁内、外侧表面上的热阻分别为及或Rd1Rd2

第25页：第四节传热计算（续）

当传热面为平壁或薄管壁时，2、传热平均温度差的确定这一平均温差是指冷、热流体之间的温差（1）恒温差传热（例如蒸发操作）⊿tm

第26页：第四节传热计算（续）

（1）变温差传热T2T1t1t2T1T2t1t2逆流并流（顺流）t1t2T1T2T2t1t2T1

第27页：Tt1t2⊿t1和⊿t2分别表示流体进出

Tt1t2⊿t1和⊿t2分别表示流体进出

口两端的温差

第28页：二、传热过程的热量衡算

二、传热过程的热量衡算

（可以确定生产操作的热负荷）1、冷、热流体无相变，且认为流体的比热不随温度变化式中cp——流体的平均比热，kJ/（kg·℃）t——冷流体的温度，℃T——热流体的温度，℃

第29页：二、传热过程的热量衡算（续）

流体有相变，如饱和蒸汽冷凝或液体沸腾时或

第30页：例4-3用刮板式换热器冷却苹果酱

例4-3用刮板式换热器冷却苹果酱

已知其质量流量为50Kg/h，比热为3817J/（Kg·K），入口温度80，出口温度20。套管环隙逆流通冷水，入口温度10，出口温度17。传热系数K为568W/（m2·K）。求：（1）需要的冷却水流量；（2）传热平均温差及换热面积；（3）若改为并流，流体进出口温度均不变，传热平均温差及换热面积如何变化？

第31页：例4-3用刮板式换热器冷却苹果酱（续）

解：此题为传热综合应用计算题

第32页：例4-3用刮板式换热器冷却苹果酱（续）

80201017631080201017703

第33页：三、壁温的计算在计算对流传热系数α时

三、壁温的计算在计算对流传热系数α时

有时需要知道壁温

第34页：应用时注意以下几点

应用时注意以下几点

①若上式中各项都已知，则可直接求取壁温；②若上式中有一项未知，采用试差法来求。例：若想求tW，已知Q，t（T），α未知，α与tW有关，则先设tW。试差法步骤如下：设tW→根据tW计算α→将所得α值代入上式，校核tW是否与所设相符，若不相符→重新设tW，计算

第35页：第五节辐射传热

第五节辐射传热

• 一、基本概念
• 1、热辐射：因物体自身温度而发出的辐射能称为热辐射。
• 2、热辐射的波长范围：紫外线可见光红外线微波无线电波4×10-78×10-710-30.3热射线电磁波波长范围，m热射线波长：0.4——40μm

第36页：第五节辐射传热（续）

、热辐射的特点：（1）性质与光一致；（2）辐射传热条件为有温度差存在；（3）凡是温度在0K（-273℃）以上的物体都能发出热射线；（4）热射线遇到物体时，其能量一部分被吸收，一部分被反射，一部分可以透过。

第37页：第五节辐射传热（续）

• 、黑体：吸收率为1的物体；白体（镜体）：反射率为1的物体；透热体：透过率为1的物体；灰体：对所有波长的辐射能都具有相同的吸收率。
• 二、物体的发射能力：
• 1、发射能力（E）：物体在一定温度下，单位表面积、单位时间所发射的全部波长（λ=0→∞）的总能量称为该温度下的发射能力。W/m
• 2
• 2、单色发射能力（Eλ）：物体在一定温度下，单位表面积、单位时间发射某一波长的能量，称为该温度下的单色发射能力。

第38页：斯蒂芬—波尔兹曼定律（黑体的发射能力）

、斯蒂芬—波尔兹曼定律（黑体的发射能力）σ—斯蒂芬—波尔茨曼辐射常数，5.67×10-8w/(m2·K4)c0—黑体辐射系数，5.67w/(m2·K4)T—黑体表面绝对温度，K4、灰体的辐射能力c—灰体的辐射系数，w/(m2·K4)T—灰体表面绝对温度，K

第39页：黑度（ε）三、克希霍夫定律（灰体黑度与

、黑度（ε）三、克希霍夫定律（灰体黑度与吸收率之间关系）灰体黑体EEbAEb（1-A）Eb当两壁面温度相等时，两壁间辐射传热达到平衡，

第40页：四、两固体间的相互辐射

四、两固体间的相互辐射

C1—2称为总辐射系数；ψ称为角系数，表示由辐射面A发射出的能量为另一物体所截获的分数，与两物体几何排列和面积有关。当一个物体被另一物体包围时，ψ=1

第41页：化厂蓄热室动画

化厂蓄热室动画

第42页：焦化厂蓄热室

焦化厂蓄热室

第43页：热流体和冷流体分别流过间壁

热流体和冷流体分别流过间壁

从而使热流体的热量传递给冷流体。间壁式换热器体积小，传热面积大，在化工厂有着广泛的用途

第44页：传热实验装置这是测定给热系数的实验装置

传热实验装置这是测定给热系数的实验装置

第45页：列管和螺旋板式换热器

列管和螺旋板式换热器