化工原理天大柴誠敬33-34學(xué)時(shí)

1、1第五章 傳 熱 通過本章學(xué)習(xí)，掌握傳熱的基本原理和規(guī)律，并運(yùn)用這些原理和規(guī)律去分析和計(jì)算傳熱過程的有關(guān)問題。學(xué)習(xí)目的與要求25.1 傳熱過程概述第五章 傳 熱3傳熱熱量從高溫度區(qū)向低溫度區(qū)移動的過程稱為熱量傳遞，簡稱傳熱。 一是強(qiáng)化傳熱過程，如各種換熱設(shè)備中的傳熱。二是削弱傳熱過程，如對設(shè)備或管道的保溫，以減少熱損失。化工生產(chǎn)中對傳熱過程的要求概述45.1 傳熱過程概述5.1.1熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù)第五章 傳 熱5一、熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱) 不依靠物體內(nèi)部各部分質(zhì)點(diǎn)的宏觀混合運(yùn)動而借助于物體分子、原子、離子、自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動產(chǎn)生的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。 6dQtdSn 描

2、述熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的物理定律為傅立葉定律（Fouriers Law），其表達(dá)式為傅立葉定律（Fouriers Law）溫度梯度導(dǎo)熱系數(shù)微分導(dǎo)熱通量熱通量與溫度梯度方向相反一、熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)7二、導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)dQ dStn 導(dǎo)熱系數(shù)表征了物質(zhì)熱傳導(dǎo)能力的大小，是物質(zhì)的基本物理性質(zhì)之一，其值與物質(zhì)的形態(tài)、組成、密度、溫度等有關(guān)。 8導(dǎo)熱系數(shù)W/(m.oC)0.0060.060.10.70.23.0154200.0030.06氣體液體非導(dǎo)電固體金屬絕熱材料二、導(dǎo)熱系數(shù)91.固體的導(dǎo)熱系數(shù)純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)與電導(dǎo)率的關(guān)系可用魏德曼（Wiedeman）-弗蘭茲（Franz）方程描述 eLT良好的電導(dǎo)體必然是

3、良好的導(dǎo)熱體，反之亦然。 二、導(dǎo)熱系數(shù)10對大多數(shù)均質(zhì)固體，導(dǎo)熱系數(shù)與溫度近似呈線性關(guān)系 01t對大多數(shù)金屬材料，為負(fù)值；而對大多數(shù)非金屬材料，為正值；對理想氣體，=1/T ，1/K。 二、導(dǎo)熱系數(shù)112.液體的導(dǎo)熱系數(shù)除水和甘油外，大多數(shù)非金屬液體的導(dǎo)熱系數(shù)亦隨溫度的升高而降低。 金屬液體的導(dǎo)熱系數(shù)比一般的液體要高 純液體的導(dǎo)熱系數(shù)比其溶液的要大 二、導(dǎo)熱系數(shù)123.氣體的導(dǎo)熱系數(shù)氣體導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大。在相當(dāng)大的壓力范圍內(nèi)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力的變化很小，可以忽略不計(jì)。 二、導(dǎo)熱系數(shù)135.1 傳熱過程概述5.1.1 熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù)第五章 傳 熱5.1.2 對流14 對流是由流體內(nèi)

4、部各部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生宏觀運(yùn)動和混合而引起的熱量傳遞過程 對流對流傳熱 在化工生產(chǎn)中特指流體與固體壁面之間的熱量傳遞過程。 對流15對流傳熱速率可由牛頓冷卻定律描述 dQtdS溫度差對流傳熱系數(shù)微分對流傳熱通量對流165.1 傳熱過程概述5.1.1 熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù)5.1.2 對流第五章 傳 熱5.1.3 熱輻射17熱輻射 因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。 熱輻射1.可以在完全真空的地方傳遞而無需任何介質(zhì)。 2.不僅產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，而且還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換。 3.任何物體只要在絕對零度以上，都能發(fā)射輻射能，但僅當(dāng)物體的溫度較高、物體間的溫度差較大時(shí)，輻射傳熱才能成為主要的傳熱方式。

5、 185.1 傳熱過程概述5.1.1 熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù)5.1.2 對流5.1.3 熱輻射第五章 傳 熱5.1.4 冷熱流體（接觸）熱交換方式及換熱器19一、直接接觸式換熱和混合式換熱器 二、蓄熱式換熱和蓄熱器三、間壁式換熱和間壁式換熱器冷熱流體（接觸）熱交換方式及換熱器20圖5-1 套管式換熱器1-內(nèi)管 2-外管冷熱流體（接觸）熱交換方式及換熱器動畫2221圖5-2 單程管殼式換熱器1-外殼,2-管束,3、4-接管,5-封頭,6-管板,7-擋板,8-泄水池 冷熱流體（接觸）熱交換方式及換熱器動畫2122間壁式換熱器內(nèi)冷、熱流體間的傳熱過程包括以下三個(gè)步驟：（1）熱流體以對流方式將熱量傳遞給管壁

6、；（2）熱量以熱傳導(dǎo)方式由管壁的一側(cè)傳遞至另一側(cè)；（3）傳遞至另一側(cè)的熱量又以對流方式傳遞給冷流體。冷熱流體（接觸）熱交換方式及換熱器235.1 傳熱過程概述5.1.1 熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù)5.1.2 對流5.1.3 熱輻射5.1.4 冷熱流體（接觸）熱交換方式及換熱器第五章 傳 熱5.1.5 載熱體及其選擇24載熱體及其選擇 在化工生產(chǎn)中，物料在換熱器內(nèi)被加熱或冷卻時(shí)，通常需要用另一種流體供給或取走熱量，此種流體稱為載熱體，其中起加熱作用的稱為加熱介質(zhì)（或加熱劑）；起冷卻（冷凝）作用的稱為冷卻介質(zhì)（或冷卻劑）。載熱體25選擇載熱體原則（1）載熱體的溫度易調(diào)節(jié)控制；（2）載熱體的飽和蒸氣壓較低，加

7、熱時(shí)不易分解；（3）載熱體的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蝕設(shè)備；（4）價(jià)格便宜，來源容易。載熱體及其選擇26第五章 傳 熱5.2 熱傳導(dǎo)5.2.1 平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)27一、單層平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)假設(shè)：1.導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化，或可取平均值；2.一維穩(wěn)態(tài)3.忽略熱損失。 圖5-3 單層平壁熱傳導(dǎo)28對平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) dtQSdx 積分并整理得12()SQttb微分式 積分式 一、單層平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)2912tttQbRS12ttQtqbSR熱傳導(dǎo)推動力熱傳導(dǎo)速率熱傳導(dǎo)熱阻導(dǎo)熱熱阻一、單層平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)30二、多層平壁的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)圖5-4 三層平壁熱傳導(dǎo)假設(shè)：1.導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變

8、化，或可取平均值；2.一維穩(wěn)態(tài)3.忽略熱損失4.沒有接觸熱阻 31通過各層平壁截面的傳熱速率必相等 1234QQQQQ233412123123ttttttQSSSbbb233412123123ttttttQbbbSSS或二、多層平壁的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)32三層平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)速率方程 14312123ttQbbbSSS對n層平壁，其傳熱速率方程可表示為11niittQbS二、多層平壁的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)33接觸熱阻 因兩個(gè)接觸表面粗糙不平而產(chǎn)生的附加熱阻。 接觸熱阻包括通過實(shí)際接觸面的導(dǎo)熱熱阻和通過空穴的導(dǎo)熱熱阻（高溫時(shí)還有輻射傳熱）。 接觸熱阻與接觸面材料、表面粗糙度及接觸面上壓力等因素有關(guān)，可通過實(shí)驗(yàn)測定。 二、多層平壁的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)34圖圖5-5 5-5 接觸熱阻的影響接觸熱