当前位置：文档之家 › 第六章 传热

第六章 传热

  • 格式：pdf
  • 大小：834.64 KB
  • 文档页数：19

下载文档原格式

  / 19

合集下载

第6章 化工原理传热1

第6章 化工原理传热1

第六章
传热
第二节 热传导 热传导是起因于物体内部分子微观运动的一种传热方式 。热传导的机理相当复杂，目前还了解得很不完全。简而言 之，固体内部的热传导是由于相邻分子在碰撞时传递振动能 的结果。 在流体特别是气体中，除上述原因以外，连续而不规则 的分子运动（这种分子运动不会引起流体的宏观流动）更是 导致热传导的重要原因。 此外，热传导也可因物体内部自由电子的转移而发生。 金属的导热能力很强，其原因就在于此。
T1
T2
t2
套管式
传热（或换热）过程： 是指在冷、热流体之间进 行的热量传递总过程。 给热过程：（对流传热过程） 是指热、冷流体与壁面之 间的热量传递过程。
第六章
传热
3、 蓄热式传热 蓄热式换热器又称蓄热器，是由热容量较大的蓄热室构成，室 内可填充耐火砖等各种填料。 一般说来，这种传热方式只适用于气体介质，对于液体 会有一层液膜粘附在固体表面上，从而造成冷热流体之间的少 量掺混。实际上，即使是气体介质，这种微量掺混也不可能完 全避免。如果这种微量掺混也是不允许的话，便不能采用这种 传热方式。这种传热方式只适用于气体的另一原因，是气体的 体积比热容较填充物小得多，液体则不然。
各种物质的λ可用实验方法测定，P388 附录六给出了常用固体材 料的导热系数。从表中所列数据可以看出，各类固体材料导热系数 的数量级为： O 金属 10—102 W/（m·C） O 建筑材料 10-1 —10 W/（m·C） O 绝热材料 10-2 — 10-1 W/（m·C）
第六章
传热
固体材料的导热系数随温度而变，绝大多数质地均匀的固体，导 热系数与温度近似成线性关系，可用下式表示： 式中：λ—固体在t OC 时的导热系数W/（m OC）； λ0—固体在0 OC 时的导热系数W/（m OC）； α—温度系数 1/OC 对于大多数金属材料和液体：α为负值 α< 0 提高温度 λ略减小。 对于大多数非金属材料和气体：α为正值 α> 0 提高温度 λ增大。 金属材料和非金属材料的λ随温度的不同变化趋势是因为它们的导 热机理不同而引起的。前者主要靠自由电子在晶格之间的定向运动导 热，而后者主要靠原子、分子在其平衡位置附近的振动导热。

化工原理课件第6章：传热

化工原理课件第6章：传热
6.2.3 单层圆筒壁的定态导热 化工原理——传热
化工原理——传热
6.2.4 多层壁的定态导热
例 6-2
Q n
t1 tn1 1 l n ri1
i1 2Li ri
化工原理——传热
化工原理——传热
接触热阻
1
c A
c ：接触系数，W/(m2 ℃）
化工原理——传热
6.3 对流给热
6.3.1 概说 1 对流给热过程的分类
（1）T1、T2、t1、t2均确定时，△tm逆＞△tm并
（2）若Q相同，依 Q KAtm ，A逆＜A并 （3）Q一定时，依 Q qm1cp1(T1 T2 ) qm2cp2(t2 t1)
若T1、T2确定，则（t2－t1）逆＞ （t2－t1）并
∴
qm2逆＜qm2并
化工原理——传热
逆流
并流
化工原理——传热
（3）蒸汽过热的影响 r' r cp(TV Ts )
（4）蒸汽流速及流向的影响 强化思路 → 减少液膜厚度
化工原理——传热
化工原理——传热
a、r、d 的大小取决于物体的性质、表面状况、 温度和投射辐射的波长，一般
固体、液体：a+r =1
气体：a+d =1
化工原理——传热
物体的辐射能力：指物体在一定温度下，单位时间、单位表面积 上所发出的全部波长的总能量。（E）W/m2
化工原理——传热
化工原理——传热
另一表达式： 灰体在一定温度下的辐 射能力和吸收率的比值， 恒等于同温度下黑体的 辐射能力，即只和物体 的绝对温度有关。
化工原理——传热
相距很近的平行黑体平板，面 积相等且足够大，则 12 21 1
化工原理——传热

传热学第六章对流换热

传热学第六章对流换热

6个未知量:：速度 u、v、w；温度 t；压力 p；对流 换热系数h
6个方程:换热微分方程式、能量微分方程、x、y、z 三个方向动量微分方程、连续性微分方程
1 能量微分方程 微元体的能量守恒： ——描述流体温度场 假设：（1）流体的热物性均为常量，流体不做功 （2）无化学反应等内热源 由导热进入微元体的热量Q1 +由对流进入微元 体的热量Q2 = 微元体中流体的焓增H
2t 2t 2t 微元体导热热量：Q1 x 2 y 2 z 2 dxdydzd
微元体对流换热收支情况：
在d时间内， 由 x处的截面热对流进入微元体的热量为
' Qx c tudydzd
在d时间内， 由 x dx处的截面热对流流出微元体的热量为
由连续性方程知此项为0
t t t Q2 c u v w dxdydzd x y z
在d时间内， 微元体中流体 温度改变了（t / ） d , 其焓增为
t H c dxdydzd
能量微分方程
t t t t 2t 2t 2t u v w 2＋ 2 2 x y z c x y z
boundary layer）
由于粘性作用，流体流速在靠近壁面 处随离壁面的距离的减小而逐渐降低； 在贴壁处被滞止，处于无滑移状态。
流场可以划分为两个区：边界层区与主流区 边界层区：流体的粘性作用起主导作用
主流区：速度梯度为0，τ=0；可视为无粘性理想流体

u , 牛顿粘性定律 y
2）热边界层（Thermal boundary layer） 热边界层：当壁面与流体间有温差时，会产生温度梯度很大的 温度边界层 热边界层厚度t （温度边 界层）：过余温度（t -tw ） 为来流过余温度（tf - tw ） 的99％处定义为t的外边 界

传热学：第六章 热辐射及辐射传热

传热学：第六章 热辐射及辐射传热

本章总说明
❖ 物体的辐射特性包含发射特性和吸收特性 ❖ 课程中提到的温度包括两个： ❖ （1）工业高温，小于2000K——红外辐射 ❖ （2）太阳高温，近6000K——太阳辐射
6.1 热辐射的基本概念
6.1.1 热辐射
❖ 辐射——物体向外界以电磁波的方式发射携带 能量的粒子的过程
❖ 宏观－辐射是连续的电磁波传递能量的过程 ❖ 微观－辐射是不连续的光子传递能量的过程 ❖ 电磁波的本质是具有一定能量的光子(粒子)，
❖ 引入立体角的目的是衡量表面辐射的方向特性 ❖ 表面在半球空间辐射的能量按不同方向分布的规
律只有对不同方位中相同的立体角来比较才有意 义
❖空间方位不同，可 以见到的辐射面积是 不同的
❖——表面的法线方 向最大
❖——切线方向最小，为零
❖ 表面在半球空间辐射的能量按不同方向分布的规 律只有在相同的辐射面积下来比较才有意义
❖ 几何上，“角”反映了在空间某一方向所占区域 的大小
❖ 平面几何中，用平面角表示在平面上所占区域的 大小
❖ 单位“弧度”
❖ 类似地，为了表示物体在三维空间中某一方向所 占空间的大小，引入“立体角”的概念
❖ 立体角（solid angle）：球面面积As与球面半径 r2之比
❖ 单位：sr
As r2
❖ 波长不同，特性不同：
❖ ——短波的γ射线、X射线等，高能物理学家和
核工程师更感兴趣 ❖ ——波长在1mm－1m的电磁波称为微波，能穿
透塑料、陶瓷和玻璃等，但会被水等极性分子 吸收而产生内热源——微波炉的原理 ❖ ——波长大于1米的电磁波主要用于无线电技术 中 ❖ 热辐射中发出的电磁波通常称为热射线，本质 上也是电磁波
❖ 用“E”表示，W/m2 ❖ 辐射力表述了物体在一定温度下发射辐射能本

传热学第六章

传热学第六章
定性温度： Prw的定性温度为tw，其它物性的定性温度为t.。 式中C和.m的数值列于下表。
第六章 单相对流传热的实验关联式
第六章 单相对流传热的实验关联式
外掠平板流动
内部流动
6-3 内部强制对流换热实验关联式
6.3.1. 管槽内强制对流流动与换热的特点 1.两种流态
6.3.1.管槽内强制对流流动与换热的特点 2. 入口段与充分发展段
流动进口段与充分发展段
管内等温层流流动充分发展段具有以下特征： (a) 沿轴向的速度不变，其它方向的速度为零； (b) 圆管横截面上的速度分布为抛物线形分布；
6-2
可见，对于圆形管道，边界条件不同，对流换热强度也不同：
qw = 常数，Nu = 4.36，tw = 常数，Nu = 3.66。
6.3.3 管内层流强制对流换热关联式
对于长管，可以利用表中的数值进行计算。对于 短管，进口段的影响不能忽略，可用齐德－泰特关系式 计算等壁温管内层流换热的平均努塞尔数：
在计算弯管内的对流换热时， 应在直管基础上加乘弯管修正因
子c R 。
6.3.2 管内湍流强制对流换热关联式
6.3.2 管内湍流强制对流换热关联式
对上述公式的几点说明：
1）上述公式都属于经验公式，当采用公式进行对流换热计算 时，要注意每个公式的使用条件；
2）在对流换热的研究中，曾经提出过数以十计的关联式，以 上几个公式只是有代表性的几个；
相似原理指导下的实验研究仍然是解决复杂对 流换热问题的可靠方法。 相似原理回答三个问题： （1）如何安排实验？ （2）如何整理实验数据？ （3）如何推广应用实验研究结果？
6-1 相似原理与量纲分析
6-1 相似原理与量纲分析
6.1.1物理现象相似的定义

化工基础 第6章 传热试题含答案

化工基础 第6章 传热试题含答案

1 第6章传热一、填空1 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。

2 热传导的基本定律是傅立叶定律。

间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻大大、小一侧的值。

间壁换热器管壁温度tW接近于值大(大、小)一侧的流体温度。

由多层等厚平壁构成的导热壁面中所用材料的导热系数愈小则该壁面的热阻愈大大、小其两侧的温差愈大( 大、小)。

3由多层等厚平壁构成的导热壁面中所用材料的导热系数愈大则该壁面的热阻愈小其两侧的温差愈小。

4在无相变的对流传热过程中热阻主要集中在滞离层内或热边界层内减少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。

5 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种即在壳体上加膨胀节、采用浮头式或U管式结构翅片管换热器安装翅片的目的是增加面积增强流体的湍动程度以提高传热系数。

6 厚度不同的三种材料构成三层平壁各层接触良好已知b1＞b2＞b3导热系数λ1＜λ2＜λ3在稳定传热过程中各层的热阻R1 ＞R2 ＞R3各层导热速率Q1= Q2 =Q3。

7 物体辐射能力的大小与黑度成正比还与温度的四次方成正比。

8 写出三种循环型蒸发器的名称中央循环管式、悬筐式、外加热式。

9 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括自然对流、泡核沸腾和膜状沸腾三个阶段。

实际操作应控制在泡核沸腾。

在这一阶段内传热系数随着温度差的增加而增加。

10 传热的基本方式有传导、对流和辐射三种。

热传导的基本定律是傅立叶定律。

11 水在管内作湍流流动若使流速提高到原来的2倍则其对流传热系数约为原来的1.74倍管径改为原来的1/2而流量相同则其对流传热系数约 2 为原来的3.48倍。

设条件改变后仍在湍流范围12 导热系数的单位为W/m·℃对流传热系数的单位为W/m2·℃总传热系数的单位为W/m2·℃。

二、选择1 已知当温度为T时耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力则铝的黑度D耐火砖的黑度。

主要内容本章介绍了三种基本传热方式,即导热、对流传热


t
Q qA 2rL dt 常数
dr
t
rQ
dt
dr
t1
r1 2rL
若为常数，则：
Q

t1 t ln r r1
--------可见温度分布 为对数关系
2L
0
t1 r1
r2Q Q t2 dr
薄壳衡b算法
§6.2.2一维稳态导热-----薄壳衡算法
Q t1 t2 ln r2 r1
恒压比热Cp: 恒压条件下，单位质量的物质升高或降低1℃所需（放
出）的热量，KJ/Kg.℃。取平均温度下的数值计算。 有相变时（蒸汽冷凝、液体沸腾）
相变热Q=qmr r:汽化潜热，KJ/Kg。 如热流体是饱和蒸汽，在换热器中冷凝后，冷凝液温度
T2低于饱和温度T1。 则 Q=qm1[r+Cp1(T1-T2)]=qm2Cp2(t2-t1)
t1 t2
r2 r1
2L 2L r2 r1 ln r2 r1 t
令rm

r2 r1 ln r2 r1
--------对数平均半径
当 r2 2 时，可用算术平均代替
r1
于是Q t1 t2 t1 t2
b
b
2Lrm Am
对照：平壁：Q

t1 t2
①对流传热过程的基本概念、定律、传热速率方程； ②管内强制湍流流动时表面传热系数的经验关联及影 响因素； ③总传热速率方程以及传热过程的计算。
6.1 概述
一、传热过程在工业生产中的应用 传热即热的传递（以温度差为推动力的能量传递现象）根据
热力学第二定律，凡是有温度差的存在就必然有热的传递，因 此传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过程。许多 单元操作，如蒸发、精馏、干燥、结晶、冷冻、吸收和萃取等， 无不直接或间接与传热有关。

传热学第六章


流动全部为紊流
局部传热系数关联式 Nuxm 0.0296Rex4m/5Prm1/3
平均传热系数关联式 Num 0.037Rem4/5Prm1/3
Rex=0≥108 0.6 Prm 60
混合边界层
h

1 l

xc
0
hcx
dx
1
l
xc
hcx
2 dx
Rem

u d o
层流 Rem 1.4 105
层流、紊流的转变
特征速度 来流速度 u∞ 特征尺寸 管外径 d0
Rem＞1.4 105
定性温度 热边界层的平均温度 tm=1/2(t∞+tw)
1.流动的特征
圆柱前半部，沿流动方向流体处于加速减压状态，沿流向压 力逐渐减小。圆柱后半部，沿流向压力逐渐增加。最大粘滞 摩擦力处于圆柱表面处，因而圆柱表面附近的流体受到的阻 力最大。
小结：利用关联式获取表面换热系数的关键步骤
1，熟悉对象：如流过平板、圆柱、球或管束； 2，确定特征温度，查表获取特征温度下流体的热物理参数； 3，确定特征长度，计算Re数； 4，确定要获取局部、还是平均表面换热系数； 5，选择合适的关联式计算无量纲表面换热系数，即Nu数； 6，计算换热系数。
2017/10/23
第六章 单相对流换热的实验关联式
Convection Heat Transfer
§6-1 管内强制对流传热
6.1.1管内强制对流流动和换热的特征
入口段 充分发展段
1. 层流和湍流判别
层流： Re 2300 过渡区： 2300 Re 10000 旺盛湍流： Re 10000
Nu f

化工答案 第六章传热

第六章传热习题热传导6-1. 如图所示，某工业炉的炉壁由耐火砖λ1= 1.3W/(m ·K)、绝热层λ2 = 0.18W/(m ·K)及普通砖λ3= 0.93W/(m ·K)三层组成。

炉膛壁内壁温度1100℃，普通砖层厚12cm, 其外表面温度为50℃。

通过炉壁的热损失为1200W/m 2, 绝热材料的耐热温度为900℃。

求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。

设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。

解：()()()433332222111t t t t t t q -=-=-=δλδλδλ ()5012.093.012003-=t 1553=t ℃ 6-2. 如图所示，为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁 1/3 厚度处设置热电偶，测得 t 2=300℃, t 3 =50℃。

求内壁温度 t 1 。

设炉壁由单层均质材料组成。

解：()()322211t t t t q -=-=δλδλ8001=t ℃6-3. 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发，单位面积的蒸发速率为0.048kg/（m 2·s ），与液体交界的金属壁的温度为110℃。

时间久后，液体一侧的壁面上形成一层2mm 厚的污垢，污垢导热系数λ=0.65W/(m ·K)。

设垢层与液面交界处的温度仍为110℃，且蒸发速率需维持不变，求与垢层交界处的金属壁面的温度。

液体的汽化热r =2000kJ/kg 。

解：2kW/m 962000048.0=⨯=q38.4051=t ℃6-4. 为减少热损失，在外径Φ150mm 的饱和蒸汽管道外复盖保温层。

已知保温材料的导热系数λ=0.103+0.000198t (式中t 为℃)，蒸汽管外壁温度为 180℃，要求保温层外壁温度不超过 50℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在 1×10-4kg/(m ·s)以下，问保温层厚度应为多少？解：查180℃水蒸汽kJ/kg 3.2019=r126.0250180000198.0103.0=⎪⎭⎫⎝⎛+⨯+=λW/(m ﹒℃) *6-5. 如图所示，用定态平壁导热以测定材料的导热系数。

化工热力学传热典型例题


L逆 = 1.56m
解一： 并流时： Q、t2、K与逆流时相同 Q = 8.4 kJ s
t 2 = 53.4°C
水 t 1 =20℃ α 2=3.5kW/m 2 K cp =4.187 kJ/kgK LMTD 法 216kg/h 油 216kg/h T 1 =150℃ cp =2.0 kJ/kgK， t2 2 α 1 =1.5 kW/m K
【 例 2】有一台现成的卧式列管冷却器 ， 想把它改作氨冷凝 】 有一台现成的卧式列管冷却器， 其质量流量 质量流量950kg/h， 冷凝温度 为 器 ， 让 氨蒸汽走管 间 ， 其 质量流量 氨 蒸汽走管 ， 40℃， 冷凝传热系数α1=7000KW/m2K。冷却水走管内， 其进 ℃ 冷凝传热系数α 。冷却水走管内， 出口温度分别为32℃ 、出口温度分别为 ℃和36℃，污垢及管壁热阻取为 ℃ 污垢及管壁热阻取为0.0009 m2K/W（以外表面计）。假设管内外流动可近似视为逆流。试 （以外表面计） 假设管内外流动可近似视为逆流。 校核该换热器传热面积是否够用。 校核该换热器传热面积是否够用。 列管式换热器基本尺寸如下： 列管式换热器基本尺寸如下： 换热管规格 φ25×2.5mm × l=4m m=4 管长 管程数 总管数 N=272根 根 外壳直径 D=700mm 附：氨冷凝潜热 r=1099kJ/kg 34℃下水的物性： ℃下水的物性： λ 2 = 0.6236W m ⋅ K µ 2 = 74.2 × 10 −5 Pa ⋅ s ρ 2 = 994 kg m 3
解一： LMTD 法 结论：在相同条件下，
∆t m ,逆 > ∆t m ,并
T1 T2 t2 t1 0 A
水 t2
解二： ε-NTU法 逆流时：
油 216kg/h T 1 =150℃ cp =2.0 kJ/kgK， α 1 =1.5 kW/m 2 K
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

加沸石是为了增加
r
σ
2中的r ，使能产生大气泡如同结晶，要过饱和才会产生小结晶。

糖液加晶种产生冰糖，不加晶种是砂糖。

如何防止暴沸—添加沸石，或使用粗糙表面
工程计算一般只需要知道整个壁面平均给热系数
两平行矩形平板间的角系数两平行圆盘间的角系数
2
由于扩展表面的温度低于基管的温度，传热量的增加率低于传热面积的增加率。

U 型管式换热器板式换热器：
1.固定压紧板
2.夹紧螺栓
3.前端板
4.换热板片
5.密封垫片
6.后端板
7.下导板
8.后支柱
9.活动压紧板
10.上导板
螺旋板式换热器
翅片式换热器
组合式铝合金散热器（T形翅）
管壳式（列管式）：壳体、管束、管板、封头
单壳程四管程管板式换热器。