南京理工大学(化工原理)课件chapt4

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第四章

传

热

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本章主要内容4.1 概述 4.2 热传导 4.3 对流传热 4.4传热过程的分析和计算 4.5 换热器

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4.1 概述4.1.1 化工生产中的传热 一、传热的三种方法： 直接混合 蓄热式 间壁换热

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直接蒸汽加热

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蓄热式换热器

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间壁式换热器

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二、传热机理：热传导，热对流和热辐射 三、传热速率

热流量Q :即单位时间内通过换热器整个传热 面所传递的热量(W)。 热流密度(或热通量)q :单位时间内通过单 位传热面积所传递的热量(W/m2 ) 。 四、稳定传热和不稳定传热

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4.2 热传导4.2.1傅里叶定律 对于热传导，其传热速率 与温度梯度及传热面积成 正比——傅里叶定律等 温 面

t+ t

t- t

t dQ dS x t dQ dS x

t x

t x

x- x

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4.2.2 导热系数λ 导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的 物理性质之一，单位为 W/(m· ℃)。

金属固体 液体 气体一、固体的导热系数

0 1 a t

a金属为负值 a非金属为正值

大多数金属材料λ随温度增加而减小，大多数非 金属材料λ随温度增加而增大。

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二、液体的导热系数 除水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随 温度的升高而略有减小； 非金属液体中水的导热系数最大。

三、气体的导热系数 气体的导热系数较小，随温度升高而增大。

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4.2.3 平壁稳定热传导

一、单层平壁热传导

dt Q S dx Q S t1 t2 b t1 t 2 Δt Q b R S过程的推动力 过程的阻力

平壁越厚，λ和S越小， 热阻越大。

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二、多层平壁热传导

t1 t4 Q b3 b1 b2 1S 2 S 3 S

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4.2.4 圆筒壁的热传导 推动力=t1-t2 传热阻力=?

b R SmSm 2πrm L r2 r1 rm ln r2 / r1

t1 t2 Q b Sm对数平均面积(m2 )

对数平均半径(m)

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多层圆筒壁热传导t1 t4 Q R1 R2 R3 b1 1Sm1 t1 t4 b3 b2 2 Sm2 3 Sm3

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4.3 对流传热对流传热 无相变传热 强制对 流传热 自然对

流传热 有相变传热蒸汽冷凝 液体沸腾

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湍流主 体温度 虚拟膜 内温度 分布

壁内 温度

虚拟膜 ： 假定对 流传热在一厚度 为 δt 的 假 想 有 效膜内进行，且 以热传导方式进 行;传热温差集 中在δt内。