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第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃ (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ= W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=， 则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
第四章 传热第一节 概 述一、传热过程由热力学第二定律可知，凡有温度差存在的地方，就必然有热量的传递。
化学工业与传热密切相关，化工生产过程中许多单元操作都需要加热和冷却。
化工生产中进行传热操作的目的——1．料液的加热和冷却，为达到反应所需的温度； 2．为维持反应温度，需不断输入或输出热量； 3．许多单元操作需输入或输出热量； 4．化工设备的保温；5．生产过程中热能的综合利用及废热的回收。
化工生产对传热过程的要求：1．强化传热——要求传热速率高，降低设备成本； 2．削弱传热——可减少热损失。
二、传热的基本方式（传热机理）传热原因——传热推动力（温度差）传热方向——在无外功输入时，由热力学第二定律，热流方向由高温处向低温处流动。
传热的三种基本方式：1．热传导——物体内部或两个直接接触物体之间的传热方式。
金属导体—自由电子运动不良导体，大部分液体—温度高的分子振动，与相邻分子碰撞，造成的动量传递。
气体—分子无规则运动热传导是静止物体内的一种传递方式，没有物质的宏观位移。
2．对流传热——是指流体由质点发生相对位移而引起的热交换。
对流传热仅发生在流体中，所以与流体的流动方式密切相关。
自然对流——质点位移是由于流体内部密度差引起的，使轻者浮，重者沉； 强制对流——质点运动是由外力作用所致。
对流传热同时伴有热传导，事实上无法将其分开——又称给热。
化工中所讨论的给热，都是指流体与固体壁面之间的传热过程——间壁式换热3．热辐射——是一种通过电磁波传递能量的过程任何物体，只要在0K 以上都能发射电磁波，而不依靠任何介质，当被另一物体接收后，又重新变为热能。
热辐射不仅是能量转移，也伴随着能量形式的转移。
三、间壁式换热1．间壁式换热过程 —由对流、导热、对流三过程串联而成 （1）热流体以对流方式将热量传递到间壁一侧； （2）热量以导热方式通过间壁；（3）热量以对流方式传至冷流体。
对流传热对流传热热传导热流体冷流体T 1 T 2 t 2 t 12。
第4章 传热及换热器1）用平板法测定材料的导热系数，其主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量其表面温度。
设平板的导热面积为0.03m 2，厚度为0.01m 。
测量数据如下：电热器材料的表面温度 ℃ 安培数 A 伏特数 V 高温面 低温面 2.8 2.3140 115300 200100 50试求：①该材料的平均导热系数。
②如该材料导热系数与温度的关系为线性：，则λ0和a 值为多少？001825.0)/(4786.0]2/)50200(1[5878.0]2/)100300(1[6533.0)/(6206.02/)()/(5878.01153.201.0/03.0)50200()/(6533.01408.201.0/03.0)200300(/)(1][000002102201121=⋅=++=++=∴⋅=+=⋅=⨯=⨯-⋅=⨯=⨯-∴=-=a C m w a a C m w C m w C m w VIL S t t Q m λλλλλλλλλλλ得）解2）通过三层平壁热传导中，若测得各面的温度t 1、t 2、t 3和t 4分别为500℃、400℃、200℃和100℃，试求合平壁层热阻之比，假定各层壁面间接触良好。
12112)100200()200400(21200400400500(/)(/)(/)(][3213221343232121：：：：：：：：））：（：解==--==--=-=-=-=R R R R R R R R T T R T T R T T Q3）某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m ·℃)，0.16 W/(m ·℃)和0。
92 W/(m ·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m ，普通砖厚度为0.25m 。
已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
第四章传热本章介绍了三种基本传热方式，即导热、对流传热、辐射传热的基本概念和定律；详细分析了对流传热过程机理，建立了对流传热速率方程以及表面传热系数的经验关联式；由总传热速率方程出发，对传热过程进行设计计算和操作分析、诊断；介绍了换热设备的类型和列管式换热器的设计和选用。
本章重点要求掌握：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。
4.1 概述4.1.1 传热在化工生产中的应用传热，即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。
由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递，故在科学技术、工业生产以及日常生活中都涉及许多的传热过程。
化工生产过程与传热关系十分密切。
这是因为化工生产中的很多过程都需要进行加热和冷却。
例如，为保证化学反应在一定的温度下进行，就需要向反应器输入或移出热量；化工生产设备的保温或保冷；生产过程中的热量的合理使用以及废热的回收利用，换热器网络的综合利用；蒸发、精馏、吸收、萃取、干燥等单元操作都与传热过程有关。
化工生产过程中需要解决的传热问题大致分为两类：(1)传热过程的计算，包括设计型计算和操作型计算；(2)传热过程的改进与强化。
这两类问题的解决，都需要从总的传热速率方程出发，即：（4.1.1）式中：Q—冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；K—传热系数，W/(m2·℃)；A—传热面积，m2；Δtm—平均传热温差，℃。
4.1.2 传热的基本方式根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即热传导、对流和辐射。
热传导：热传导又称导热。
是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。
对流传热：对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。
在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触时的热量传递。
第四章 传热一、填空题：1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知321b b b >>；导热系数321λλλ<<。
在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 R 2 R 3 各层的导热速率Q 1 Q 2 Q 3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。
解①R 1>R 2>R 3 ， Q 1=Q 2=Q 3 ②降低 3、①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。
②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。
因为40100⎪⎭⎫⎝⎛==T c E E b εε ∴E ∝T 4 ，E ∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 4、①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。
②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。
解①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高 ， 园缺形（弓形），园盘和环形②最大 ， 最小 5、①在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管 ；易结垢的流体走管 ；高压流体走管 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。
①外， 内 ，内 ， 内 ， 外 6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。
②列管换热器的管程设计成多程是为了 ；在壳程设置折流挡板是为了 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、①间壁换热器管壁wt 接近α 侧的流体温度；总传热系数K 的数值接近 一侧的α值。
②对于间壁式换热器：mt KA t t Cp m T T Cp m ∆=-=-)()(122'2211'1等式成立的条件是 、 、 。
第四章 传热及换热设备1． 用平板法测定材料的热传导系数，主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量表面温度。
设平板的热传导面积为0.03m 2，厚度为0.01m 。
测量数据如下：电热器材料表面温度℃安培数A 伏特数V 高温面低温面 2.8 2.3140 115300 200100 50试求：（1）该材料的热传导系数。
该材料热传导系数与温度的关系为线性：)1(0at +=λλ，则0λ和a 值为多少？ 解： (1) t A bQ Δ=λ65.0)100300(03.001.01408.21=−×××=λw/m.k59.0)50200(03.001.05.13.22=−×××=λw/m.k2(21λλλ+=)/2=0.65+0.59=0.62w/m.k(2)0λλ=(1+at)0.65=0λ(1+200a) 0.59=0λ(1+125a)解得：0λ=0.49 a=1.63×10-32．平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度和热导热系数如下：序号 材料厚度b ，mm热导热系数λ，W ⋅m -1⋅℃-11（内层）耐火砖 200 1.07 2 绝缘砖 100 0.14 3钢 6 45若耐火砖内层表面的温度t 1为1150℃，钢板外表面温度t 2为30℃，又测得通过炉壁的热损失为300W ⋅m -2，试计算热传导的热通量。
若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因并计算附加热阻。
解：124245006.014.01.007.12.0301150=++−=Δ=∑∑Rt AQ w/m 2计算比测量大，存在附加热阻（由于层与层之间接触不好有空气），设附加热阻为R i 则：=300Ri +++−45006.014.01.007.12.0301150R i =2.83m.k/w3．设计一燃烧炉，拟用三层砖，即耐火砖、绝热砖和普通砖。
