大学课件-化工原理-第4章小结

Conduction(导热)分子碰撞（气体）、分子振动（液体）、电子迁移造成能量传递。Convection(对流传热)流体与固体壁面间的热量传递。Naturalconvection,ForcedconvectionRadiation(辐射传热)因热的原因而产生的电磁波在空间的热量传递。4.1概述TheMechanismofHeatTransfer第4章传热HeatTransfer4.2热传导(1)导热速率(a)傅立叶定律(一维稳态导热)Fourier’sequationntAntq或：速率W通量W/m2dndtA一维稳态导热：dndtq或：(b)热导率thethermalconductivityb0xtt1t2图4-8单层平壁的稳态导热(2)平壁稳态导热(a)单层平壁稳态导热)(12ttbARtAbtt21CxAt=常数速率平壁内温度分布(线性分布))(tf导热速率Abttm21m平均温度下的值温度分布不是直线(b)多层平壁稳态导热导热速率:333222111321AbAbAbttt且有:332211RtRtRt表明热阻大，温降也大（2）长圆筒壁的稳态导热（a）单层圆筒壁=常数速率温度分布)(12ttbAmRtAbttm21Am对数平均面积（b）多层圆筒壁4.3对流传热(1)热边界层的概念boundarylayer热边界层和流动边界层概念相互影响、对应。边界层内湍流区热阻小t小缓冲区温度变化平缓层流内层热阻大t大（2）牛顿冷却定律对流传热速率计算的基本方程thAhAt1thq或：（1）影响表面传热系数的因素①流动状态的影响h'Re4.4表面传热系数的经验关联②引起流动的原因对h的影响强制对流自然对流③物性的影响pchhchhp;;;热容量大④传热面形状、位置和大小⑤相变化的影响汽化冷凝表面传热系数h（2）几个重要的无因次准数dimensionlessgroup)Pr,(Re,GrfNu（量纲分析法dimensionanalysis）hlNu壁面处温度梯度/平均温度梯度ulRe惯性力与粘滞力的比值热量扩散系数动量扩散系数vCPPr的相对关系和tttt1Pr1Pr1Pr①②③④223tlgGrbbluRe)(2反映自然对流的影响（3）无相变化的对流传热进口段的h大于稳定段的1）管内表面传热系数圆形管非圆形管圆管内湍流表面传热系数公式：nreuPRN8.0023.0npiicuddh8.0023.0或：加热，n=0.4冷却，n=0.3每个公式注意：定性温度特征尺寸适用范围非圆形管内强制对流传热同圆形管内，采用de直接采用经验公式2）管外强制对流①单管外的h（横向流过管束）位向影响②管束③流体在管壳间的传热列管式换热器14.03/155.0)/(36.0wreuPRN14.03/155.0)/(36.0wreePRdh或：0202)4(4ddtde0202)423(4ddtde正方形排列正三角形排列流速计算：)1(0tdBDS（计算最小流速）（4）有相变化的对流传热蒸汽冷凝和液体沸腾冷凝膜状冷凝滴状冷凝沸腾传热池式沸腾强制对流沸腾1）冷凝传热condensationofvapor膜状冷凝filmcondensation表面传热系数小滴状冷凝dropwisecondensation膜状冷凝表面传热系数影响因素：流动状态物性表面情况，可否容易润湿M4ReM单位润湿周边上的流率,,,r自然对流核状沸腾膜状沸腾不稳定膜状稳定区ABCDE1021030.11.010Fα△t=(tw-t1)K图4-36沸腾温度差和膜系数的关系2）沸腾传热boilingliquids①产生气泡的条件液体必须过热必须有气化核心②大容积饱和沸腾曲线自然对流区核状沸腾区核状和膜状共存区膜状沸腾区临界传热温差tc临界热负荷qc③影响h的因素物性的影响hchp温度差t的影响httthtttcc（不包括辐射部分）壁面情况的影响污染表面清洁表面光滑表面hhh压力影响hptthpttcc4.5辐射传热（1）几个定义①吸收率absorptivity、反射率reflectivity、透过率transmittivity②黑体、白体、灰体、透热体opaquegas（理想化的定义）灰体：能以相同的吸收率吸收全部波长辐射能的物体。（2）发射能力①发射能力：发射全部波长的总能量。②单色发射能力：发射某一波长的能量。③普朗克定律：黑体的单色发射能力按波长分布规律。④斯蒂芬—波尔茨曼定律：黑体的发射能力与其温度的4次方成正比。⑤克希霍夫定律：一切物体的发射能力与吸收率的比值相等。且等于同温度下绝对黑体的发射能力。（3）复合传热①定义：同时存在两种以上传热方式的综合传热现象。热损失的计算：wwTwwRcAtthttAhh)()()(hT—联合表面传热系数②绝热层的临界半径criticalthicknessoflaggingTchrmax时4.6传热过程的计算（1）传热过程的热流量衡算无相变传热有相变传热)()(12,,21,,cccpcmhhhphmttcqttcqDrttcqhhpm)(211,1,2211rDrDIndividualandOverallCoefficientsofHeatTransferbyconvectionbyconvectionbyconductioncoldstreamhotstreamTQTUAQT1T2T3h1h2h3Q1Q2Q3TiiiiTAhQTKAQU=f(hi)hiistheindividualcoefficient（2）传热速率方程间壁式传热各部分传热速率方程：管内侧流体：管壁导热：管外侧流体：)(,whhiiittAhbttAwcwhmm/)(,,)(,000cwcttAhomimwcwhiiwhhAbttAhtt,,,100,1Ahttcwc热流体冷流体对流传热对流传热Q导热th1th2tc1tc2对稳态传热，00111AhAbAhKARmii令：注意：*K与A对应，选Ai、Am或Ao000011111AhAbAhAKAKAKmiimmii0011AhAbAhttmiich因此，Rtthermalresistances•实际计算热阻应包括壁两侧污垢热阻，•工程上规定，以传热管外表面积Ao为基准，000000111AhARAbARAhAKRdmidiiidomiodiiiRhAAbAARAAhK0000111则：圆管中：0001111hRddbddRddhKKdomiodiiio（3）壁温计算利用两侧的传热速率方程，或管壁的导热方程mwcwhiiwhhAbttAhtt,,,100,1Ahttcwc结论：壁温接近表面传热系数大的一侧流体温度（4）平均温度差的计算mtKA总传热速率方程：chmttttttt2121ln对数平均温度差：并逆,,mmtt错流、折流时平均温差图算法逆,mtmtt，温差校正系数),(PRft冷流体温升热流体温降1221cchhttttR两流体最初温差冷流体温升1112chccttttP（5）传热计算的基本类型①操作型计算—核算A、实际传热量、出口温度、壁温等②设计型计算—介质用量、出口温度（6）强化传热提高K、A、mt①结构上，采用高效传热管，采用多管程结构。②操作上：增加流量（可能条件下），特别是循环水，mttuKu2一定或提高加热介质温度。（7）传热效率和传热单元数①传热效率(qmCp)h较小(qmCp)c较小1121maxchhhhtttt1112maxchccctttt②传热单元数AhPhmttchhhcqKdAttdtNTUhh0,,12mhhhPmtttcqKA21)(mcccPmtttcqKA12)(AcPcmttchcccqKdAttdtNTUcc0,,21③两者关系：图解中间参数：hcPmhPhmRcqcq)()(min,,chPmcPcmRcqcq)()(min,,),(RNTUf整理：若知mcp、K，则可求NTU，R可求，则避免试差。4.7换热设备主要是列管式换热器shellandtubeexchangers列管式换热器固定管板式fixedtubeplates浮头式floatingheadU型管式hairpintubes（1）固定管板式优点:结构简单，成本低。缺点：壳程不易机械清洗，存在热应力。适用于壳程物料清洁，热应力不大的场合。（2）浮头式优点：消除热应力，便于清洗。缺点：结构复杂，造价高。适用条件较广，应用较多。（3）U型管式优点：结构较为简单，壳程易清洗，消除热应力。缺点：管程不易清洗。适用于高温、高压流体换热。