化工流体流动2728学时课件.ppt

1、1.热传导（导热）4.1.1 热量传递的基本方式 由于分子的无规则热运动而形成的热量传递现象热传导（简称导热）。v 导热在气体、液体和固体中均能发生v 导热的推动力：温度差分子、原子、自由电子微观粒子4.1 概述2.对流传热 4.1.1 热量传递的基本方式 由于流体内部质点的宏观运动而形成的热量传递现象对流传热（简称对流）。v 对流传热在气体、液体中发生v 对流传热的推动力：温度差对流传热强制对流传热自然对流传热外力作用引起流体的密度差引起3.辐射传热 物体以电磁波方式传递能量的现象辐射。辐射传热过程v 任何物体都能发射辐射能因热的原因引起的电磁波辐射热辐射。高温物体以电磁波形式低温物体热能转

2、为辐射能吸收辐射能转为热能注意v 两物体温度差很大时才考虑辐射传热4.1.1 热量传递的基本方式1.直接接触式换热 4.1.2 冷热流体的热交换方式 在换热器内冷流体与热流体直接接触进行换热。混合式换热器2.蓄热式换热 在换热器内，冷流体与热流体交替流过蓄热器进行换热。蓄热式换热器4.1.2 冷热流体的热交换方式3.间壁式换热间壁式换热的步骤v 热流体以对流方式将热量传递给壁面v 热量以热传导方式由壁面一侧传递至另一侧v 热量再以对流方式传递给冷流体 在换热器内，热流体与冷流体通过间壁进行换热。(1)间壁换热方式4.1.2 冷热流体的热交换方式套管式换热器1-内管2-外管工业生产中主要采用间壁

3、式换热器。(2)典型的间壁式换热器动画：套管式换热器4.1.2 冷热流体的热交换方式蛇管式换热器蛇管容器动画：蛇管式换热器4.1.2 冷热流体的热交换方式管壳式（列管式）换热器3-壳体1-折流挡板2-管束4-封头5-接管6-管板壳程管程管流体壳流体单管程动画：列管式换热器4.1.2 冷热流体的热交换方式管程数管流体在管内依次往返的次数1PN2PN4PN4.1.2 冷热流体的热交换方式管壳式换热器传热面积dLnS传热面积管数管径管长odidLdnSooLdnSiiLdnSmm2oimddd外侧面积内侧面积平均面积4.1.2 冷热流体的热交换方式4.1.3 传热量表示方法定义符号单位单位时间内通过

4、传热面的热量。QJ/s (W)1.传热速率传热现象方程传热阻力传热推动力(温度差)传热速率RtQ整个传热面的 热阻/W定义符号单位单位传热面积内的传热速率。q2.传热通量dSdQq W/m2Rtq单位传热面的热阻m2 /W4.1.3 传热量表示方法4.1.4 热载体及其选择1.热载体的概念蒸汽液体水热载体冷却介质蒸汽冷凝蒸汽热油液体液体汽化热载体加热介质2.热载体的选择热载体选择原则v 温度易调节控制v 饱和蒸汽压较低，减少消耗v 毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备v 价格便宜，来源容易v 热稳定性能好，加热时不易分解4.1.4 热载体及其选择常用冷却剂及其适用温度范围常用冷却剂及其适用温度范

5、围冷却剂水（自来水、河水、井水）空气盐水氨蒸汽适用温度0803001515304.1.4 热载体及其选择常用加热剂及其适用温度范围常用加热剂及其适用温度范围加热介质热水饱和蒸汽矿物油联 苯混合物熔盐烟道气适用温度40100 100180180250255380（蒸汽）14253010004.1.4 热载体及其选择4.1.5 稳态传热温度场),(zyxft 时间空间坐标稳态传热0t输入能量=输出能量),(zyxft 常数Q1t2tQ4.1.6 非稳态传热非稳态传热0t输入能量=输出能量+累积能量),(zyxft 常数QQ0tstbt初始温度表面温度流体温度4.2.1 基本概念温度场),(zyxf

6、t 1.温度场稳态温度场),(zyxft 0t一维温度场0t0yt0zt)(xft 4.2 热传导温度场中同一时刻相同温度各点所组成面积定义性质v 温度不同的等温面彼此不能相交某瞬间任一空间点不能有不同温度v 沿等温面无热量传递等温面上温度处处相等v 沿与等温面相交的任何 方向，因温度发生变 化则有热量传递 2.等温面4.2.1 基本概念3.温度梯度ntnttgradn0limndxdttgrad一维稳态温度场温度梯度传热方向：高温低温梯度方向：低温高温4.2.1 基本概念4.2.2傅里叶定律描述热传导的基本定律傅里叶定律。ntdSdQ温度梯度导热系数导热速率导热面积ntdSdQ傅里叶定律4.

7、2.3 导热系数概念ntdSdQW/(m.oC）定义单位意义v 单位温度梯度下的热通量v 表征物质导热能力的大小v 物质的重要物理性质气体无关（极高、极低压力除外）tp影响因素液体t无关固体p)1(0t0 oC 时的导热系数温度系数4.2.4 影响导热系数因素温度系数多数金属材料0多数非金属材料0)(温度场的位置f注意v 各方向导热系数相等 多维导热同性理想气体T/1v 一般为平均导热系数4.2.4 影响导热系数因素4.2.5 导热系数的来源导热系数获取途径v 实验测定v 手册中查取混合物导热系数计算有机化合物水溶液iima9.0质量分数有机化合物互溶溶液iima常压下气体混合物3/13/1iiiiimMyMy摩尔分数摩尔质量导热系数数量级气体6.0006.0W/(m.oC）液体7.007.0W/(m.oC）非导固体0.32.0W/(m.oC）金属42015W/(m.oC）绝缘材料25.0W/(m.oC）4.2.5 导热系数的来源练 习 题 目思考题作业题:无1.传热的方式有哪些？2.何为间壁式传热，其传热过程如何？3.何为温度场和温度梯度?4.傅里叶定律的意义和表达形式如何？