簡(jiǎn)介：1,第四章傳熱,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,2,3,4,5,41傳熱過程概述,第四章傳熱,6,傳熱,熱量從高溫度區(qū)向低溫度區(qū)移動(dòng)的過程稱為熱量傳遞，簡(jiǎn)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(duì)設(shè)備或管道的保溫，以減少熱損失。,化工生產(chǎn)中對(duì)傳熱過程的要求,概述,熱傳導(dǎo)（HEATCONDUCTION）是指一個(gè)物體各部分之間或各物體之間存在溫差且無相對(duì)宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象。熱對(duì)流（HEATCONVECTION）熱對(duì)流指流體中溫度不同的各部分物質(zhì)在空間發(fā)生宏觀相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的熱量傳遞現(xiàn)象。對(duì)流分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流兩類。熱對(duì)流通常不能以獨(dú)立的方式傳遞熱量，它必然伴隨著熱傳導(dǎo)。熱輻射（HEATRADIATION）由于溫度原因，物質(zhì)微觀粒子原子內(nèi)部的電子受激和振動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，所發(fā)出電磁波向空間傳播。,熱量傳遞的基本方式,8,41傳熱過程概述411熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù),第四章傳熱,9,一、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(dòng)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(dòng)產(chǎn)生的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)，簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。,10,,描述熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的物理定律為傅立葉定律（FOURIER’SLAW），其表達(dá)式為,傅立葉定律（FOURIER’SLAW）,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,11,二、導(dǎo)熱系數(shù),導(dǎo)熱系數(shù),,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)。,12,導(dǎo)熱系數(shù)W/MOC0006～00601～0702～3015～4200003～006,氣體液體非導(dǎo)電固體金屬絕熱材料,二、導(dǎo)熱系數(shù),氣體分子做不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果固體導(dǎo)電體自由電子在晶格間的運(yùn)動(dòng)非導(dǎo)電體通過晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)液體機(jī)理復(fù)雜,特點(diǎn)靜止介質(zhì)中的傳熱，沒有物質(zhì)的宏觀位移,二、導(dǎo)熱系數(shù),14,41傳熱過程概述411熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù),第四章傳熱,412對(duì)流,15,對(duì)流是由流體內(nèi)部各部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生宏觀運(yùn)動(dòng)和混合而引起的熱量傳遞過程,對(duì)流,對(duì)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(duì)流,自然對(duì)流由于流體內(nèi)溫度不同造成的浮升力引起的流動(dòng)。強(qiáng)制對(duì)流流體受外力作用而引起的流動(dòng)。,特點(diǎn)流動(dòng)介質(zhì)中的傳熱，流體作宏觀運(yùn)動(dòng),對(duì)流,17,對(duì)流傳熱速率可由牛頓冷卻定律描述,溫度差,對(duì)流傳熱系數(shù),微分對(duì)流傳熱通量,對(duì)流,18,41傳熱過程概述411熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù)412對(duì)流,第四章傳熱,413熱輻射,19,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(duì)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。,20,41傳熱過程概述411熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù)412對(duì)流413熱輻射,第四章傳熱,414冷熱流體（接觸）通過間壁式換熱和間壁式換熱器,21,圖41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,T1,T2,T1,T2,22,圖42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,傳熱速率Q（熱流量）單位時(shí)間內(nèi)通過換熱器的整個(gè)傳熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位J/S或W。熱流密度Q（熱通量）單位時(shí)間內(nèi)通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位J/SM2或W/M2。,傳熱速率與熱流密度,非穩(wěn)態(tài)傳熱,穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱,穩(wěn)態(tài)傳熱,25,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(duì)流方式將熱量傳遞給管壁；（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(duì)流方式傳遞給冷流體。,冷熱流體（接觸）熱交換方式及換熱器,兩流體通過間壁的傳熱過程,穩(wěn)態(tài)傳熱,式中?TM──兩流體的平均溫度差，℃或K；A──傳熱面積，M2；K──總傳熱系數(shù)，W/M2℃或W/M2K。,總傳熱速率方程,28,第四章傳熱,42熱傳導(dǎo)421傅里葉定律,傅立葉定律,溫度場(chǎng)某時(shí)刻，物體或空間各點(diǎn)的溫度分布。,（一）溫度場(chǎng)和等溫面,非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng),穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng),等溫面在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)中所有溫度相同的點(diǎn)組成的面。,不同溫度的等溫面不相交。,（二）溫度梯度,方向法線方向，以溫度增加的方向?yàn)檎?傅立葉定律,（三）傅立葉定律,式中DQ──熱傳導(dǎo)速率，W或J/S；DA──導(dǎo)熱面積，M2；?T/?N──溫度梯度，℃/M或K/M；?──導(dǎo)熱系數(shù)，W/M℃或W/MK。,負(fù)號(hào)表示傳熱方向與溫度梯度方向相反,熱導(dǎo)率,?在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量,?F結(jié)構(gòu),組成,密度,溫度,壓力）,?金屬固體?非金屬固體?液體?氣體,?表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù),1固體熱導(dǎo)率,金屬材料10～102W/MK建筑材料101～10W/MK絕熱材料102～101W/MK,在一定溫度范圍內(nèi),對(duì)大多數(shù)金屬材料A0，T???,2液體熱導(dǎo)率,金屬液體?較高，非金屬液體?低；非金屬液體水的?最大；水和甘油T?，??其它液體T?，??,009～06W/MK,3氣體熱導(dǎo)率,T?，??一般情況下，?隨P的變化可忽略；氣體不利于導(dǎo)熱，有利于保溫或隔熱。,0006～04W/MK,36,第四章傳熱,42熱傳導(dǎo)421傅里葉定律422平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),37,一、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43單層平壁熱傳導(dǎo),38,對(duì)平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),,積分并整理得,,微分式,積分式,一、單層平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),39,導(dǎo)熱熱阻,一、單層平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),40,二、多層平壁的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),圖44三層平壁熱傳導(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4沒有接觸熱阻,
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