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1、第四章 传 热,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,第二节 热传导 一、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，从而导致热量的传递，即热传导。 1、几个概念 温度场：一个空间各点温度随时间的分布，称为温度场。 稳定的温度场：各点温度不随时间变化。 等温面：温度场中，温度相等的点组成的面。（等温面之间不相交） 温度梯度：温度沿着温度增大方向的变化率
2、。dt/dx,2、傅立叶定律,2、多层平壁,A为同一个值,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/ （mK） ，绝热材料的导热系数为 0.04W/（mK）。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，,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,L,r1,r2,r1,r2,r,L,
3、t2,t1,2、多层圆筒壁的稳定热传导,解：,界面温度,每米管长的热损失：,(a),(b),t3,解得：,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,T,t,tw,Tw,二、对流传热方程式牛顿冷却定律,三、对流传热系数 1、影响对流传热的因素：,准数的意义,2、对流传热系数,各准数关系：,（1）流体无相变时的：,流体在管内强制对流
4、,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,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：,蒸汽冷凝时的,液体沸腾时的,在水平管外冷凝,在垂直管外冷凝,（3）使用经验关联式注意事项： 适用范围：关联式给出了使用条件，Re、Pr等范围 特性尺寸：一般l取管的内径 定性温度：查取、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， 蒸汽冷凝：膜状冷凝，滴状冷凝 液体沸腾：自然对流，核状沸腾，膜状沸腾,第四节 传热计算 一、总的传热速度方程式,1
5、、总的传热系数k的确定(一间壁两侧传热为例)：,（1）对于平壁：,（2）对于圆筒壁 以内表面积为基准：,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,Rd1,Rd2,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,（1）变温差传热,T,t1,t2,t1和t2分别表示流体进出口两端的温差,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
6、体的温度，,流体有相变，如饱和蒸汽冷凝或液体沸腾时,或,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/（KgK），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/（m2K）。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？,解：此题为传热综合应用计算题,三、壁温的计算 在计算对流传热系数时，有时需要知道壁温,应用时注意以下几点： 若上式中各项都已知，则可直接求取壁温； 若上式中有一项未知，采用试差法来求。例：
7、若想求tW ，已知Q，t（T），未知， 与tW 有关， 则先设tW 。试差法步骤如下： 设tW根据tW 计算 将所得值代入上式，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：,热射线波长：0.440m,3、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。,3、黑体：吸收率为1的物体； 白体（镜体）：反射率为1的物体
8、； 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（=0）的总能量称为该温度下的发射能力。 W/m2 2、单色发射能力（E）：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。,3、斯蒂芬波尔兹曼定律（黑体的发射能力）,斯蒂芬波尔茨曼辐射常数，5.6710-8 w/(m2K4) c0黑体辐射系数， 5.67w/(m2K4) T黑体表面绝对温度，K,4、灰体的辐射能力,c灰体的辐射系数，w/(m2K4) T灰体表面绝对温度，K,5、黑度（）,三、克希霍夫定律（灰体黑度与吸收率之间关系）,当两壁面温度相等时，两壁间 辐射传热达到平衡，,四、两固体间的相互辐射,C 12 称为总辐射系数； 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， =1。,化厂蓄热室动画,焦化厂蓄热室,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。,传热实验装置,这是测定给热系数的实验装置,列管和螺旋板式换热器,
