化工原理-传热与设备.pptx

化工原理（上册） 第1页，共101页。化工原理4. 传热4.1 传热及基本方程热的传递 自然界、技术领域 温差存在的地方 热流方向 高温 ? 低温 工业： 强化 削弱方式：热传导（导热）：连续存在温度差 静止物质 无宏观位移 介质 ：金属--自由电子 不良导体与液体--分子动量传 气体--分子不规则运动 对流传热：质点发生相对位移，流体中，多指流体到壁面， 自然对流（温差） 强制对流（外力） 辐射传热：电磁波在空间的传递 不需介质 互相照得见 能量形式转变 热能—辐射能—热能第2页，共101页。分类：稳定传热--温度不随时间变化/不稳定传热--温度随时间变化传热速率：W J/s单位时间内通过传热面的热量。 稳定传热是常量4.2 热传导（基本概念与傅立叶定律）4.2.1 温度场和温度梯度 温度分布t=f(x.y.z.θ)不稳定与θ有关，稳定则与θ无关 温度场:温度分布的总和 等温面： 同一时刻 ，温度相等的点构成的面 ，彼此互不相交 温度梯度： ? t 温度差, ? n垂直距离 Q的传递方向与温度梯度的方向相反第3页，共101页。温度梯度t + ΔttQ? t / ? n单层与多层平壁热传导ttλ1λ2λ3t1λt1t2QQt2t 3t4b1b2b30xbx0第4页，共101页。4.2.2 傅立叶定律： dQ∞dA? (? t /? n )导热系数W/(m.K) λ的情况见图表 P166 d Q /dA….. q =Q/A J/s.m2 热通量第5页，共101页。λ的情况 金 属t↑, λ↓ 一般 大致范围W/m2.K %↑，λ↑大都 大多α为负 2.3~420 ∨λ=λ0（1+α t） 非金属 建筑材料 通常ρ↑,λ↑大多α为正 0.05~3 绝缘材料t↑, λ↑ 0.025~0.25 ∨ 液体金属 t↑, λ↓ 大多 液 体 非 金 属 t↑, λ↓ 除水与油 0.09~0.6 %↑，λ↑有机物水溶液λm =0. 9Σ ai λi ∨ λm 有机物互溶液λm =Σai λiai质量分率 气 体 t↑, λ↑ ρ↑,λ↑（p>2╳105kpa,p<3kpa) 0.006~0.4 λm =Σλi y i M i 1/3 / Σλi M i 1/3y i摩尔分率M i分子量 温度在各位置上各不相同，故λ亦不同，则λ取平均第6页，共101页。单层与多层平壁热传导ttλ1λ2λ3t1λt1t2QQt2t 3t4b1b2b30xbx第7页，共101页。4.2.3 平壁的热传导单层 P171 图4-4? 分离变量积分Q d x = – λ Ad t x=0, t=t1 ;x=b, t=t2 多层 P172 图4-5Q=Q1=Q2=Q3 = Δt i/ R i …….. Δt i= Q R i … Δt 1 + Δt 2 + Δt 3 = Q (R1+R2+R3) i =1…..n例 1、2第8页，共101页。教案12 例1 导热计算 某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9 W/m.K及0.7 W/m.K。待操作稳定后，测得炉壁的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃，为减少燃烧炉的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚度为40mm，导热系数为0.06 W/m.K的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层材料的导热系数不变。试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？解：加保温层前，单位面积炉壁的热损失(Q/A)1； 此为双层平壁的热传导，其导热速率方程为: (Q/A)1=(t1-t3)/(b1/λ1+b2/λ2) =(700-130)/(0.1/0.9+0.1/0.7)=2240 W/m2 加保温层后，单位面积炉壁的热损失(Q/A)2： 此为三层平壁的热传导，其导热速率方程式为： (Q/A)2=(t1-t4)/( b1/λ1+b2/λ2+b3/λ3) =(740-90)/(0.1/0.9+0.1/0.7+0.04/0.06)=706 W/m2 第9页，共101页。故加保温层后热损失比原来减少的百分数为： [(Q/A)1-(Q/A)2]/ (Q/A)1?100%= (2240-706)/2240?100%=68.5%试再求各层间的温度： Q/A=(