第三章傳熱過程

1、由假設(shè)可知：為穩(wěn)態(tài)一維熱傳導(dǎo)，根據(jù)傅里葉定律dxdtAQ分離變量后積分210tbtQdtdxA 得導(dǎo)熱速率方程式12()QA ttb或1212()tttQbRAQqttAb傳熱推動(dòng)力熱阻例例:平壁平壁A=20m2，b=0.37m，t1=1650oC，t2=300oC，材料導(dǎo)熱系，材料導(dǎo)熱系數(shù)數(shù) =0.815+0.00076t (t:oC， :W/(m oC)。試求。試求平壁平壁Q和和q。 解解: :C9752)(o21tttmC)W/(m556. 197500076. 0815. 0o)(21ttAbQW510135. 1)3001650(2037. 0556. 125/56772010135

2、. 1mWAQqAbttAbttAbttQ334322321121總熱阻總推動(dòng)力iiiiiiiRttAbttAbt413141推廣至推廣至n層：層： QttbAttRniiinniin111111 321332211433221:RRRAbAbAbtttttt 各層的溫差：各層的溫差：例：燃燒爐最內(nèi)層耐火磚例：燃燒爐最內(nèi)層耐火磚b1=150mm,中間層絕熱磚中間層絕熱磚b2=290mm,最外層普通磚最外層普通磚b3=228mm。已知。已知t1=1016oC, t4=34oC，求，求t2和和t3。設(shè)各層接觸良好。設(shè)各層接觸良好。 1=1.05W/(m oC), 2=0.15W/(m oC), 3

3、=0.81W/(m oC) 33221141bbbttAQq2W/m5 .4162815. 0933. 11429. 0341016 C5 .595 .4161429. 0o1tC1 .805933. 15 .416o2tC4 .1172815. 05 .416o3tC5 .956o2 tC4 .151o3 t解解: :例：有外徑為例：有外徑為426mm的水蒸氣管路，管外覆蓋一層厚為的水蒸氣管路，管外覆蓋一層厚為400mm的保溫層。保溫層材料的熱導(dǎo)率的保溫層。保溫層材料的熱導(dǎo)率 =0. 5+0.0009t W/(m K)。水蒸氣管路外表面溫度為水蒸氣管路外表面溫度為150oC, 保溫層外表面溫

4、保溫層外表面溫度為度為40oC。試計(jì)算該管路每米長的散熱量。試計(jì)算該管路每米長的散熱量。 水蒸氣管水蒸氣管保溫層保溫層t1=150oCt2=40oC0.4mr1=0.213mr2=0.613m解解: :drdtrtdrdtrlQql)0009. 05 . 0(222121)0009. 05 . 0(2ttrrldttrdrq)(2109)(5 . 02)20009. 05 . 0(2ln222142121221ttttttrrqttlmWrrttttql/383ln)(109)(122221421例：在一例：在一 的鋼管外包有兩層絕熱材料，里層為的鋼管外包有兩層絕熱材料，里層為40mm的氧化鎂

5、粉，平均導(dǎo)熱率為的氧化鎂粉，平均導(dǎo)熱率為 =0.07W/(m oC)，外層為外層為20mm的石棉層，平均導(dǎo)熱率為的石棉層，平均導(dǎo)熱率為 =0.15W/(m oC)。測得管內(nèi)壁。測得管內(nèi)壁溫度為溫度為500oC, 最外層表面溫度為最外層表面溫度為80oC，管壁的熱導(dǎo)率，管壁的熱導(dǎo)率 =45W/(m oC) 。試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的。試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。溫度。 解解: (1) : (1) 每米管廠的熱損失每米管廠的熱損失34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttqlmmmm5 . 360此處，此處，r1=0.03-0.0035=0.026

6、5m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07m r4=0.07+0.02=0.09mmWql/19107. 009. 0ln15. 0103. 007. 0ln07. 010265. 003. 0ln451)80500(14. 32Cttrrrrttqol13203. 007. 0ln07. 010265. 003. 0ln451)500(14. 32191ln1ln1)(23323212131(2) 保溫層界面溫度t3式中式中 Q 對流傳熱速率，對流傳熱速率，W； 1、 2 熱、冷流體的對流傳熱系數(shù)，熱、冷流體的對流傳熱系數(shù)， W/(m2K)； T

7、、TW、t、tW 熱、冷流體的熱、冷流體的平均溫度平均溫度及及 平均壁溫平均壁溫，。 )(11WTTAQ )(22ttAQW 冷流體：冷流體：熱流體：熱流體：牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律例：常壓下，空氣在管長為例：常壓下，空氣在管長為4m，管徑為，管徑為 的鋼的鋼管中流動(dòng)，流速為管中流動(dòng)，流速為15m/s，溫度由，溫度由150oC升至升至250oC。試求管試求管壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。解解: 定性溫度定性溫度t=(150+250)/2=200oC，可查得該溫度下空氣的，可查得該溫度下空氣的 物性數(shù)據(jù)：物性數(shù)據(jù)： mmmm5 . 360530.0393/(),2.6 100.

8、746/,1.062/()oopWmCPa skg m CkJkgC703. 00393. 0106 . 210062. 1Pr53pc445101028. 2106 . 2746. 015053. 0Re605 .75053. 0/4/053. 00035. 0206. 0dudlmd所以，可用圓形直管強(qiáng)制湍流時(shí)的對流傳熱系數(shù)公式計(jì)算，本題中空氣被所以，可用圓形直管強(qiáng)制湍流時(shí)的對流傳熱系數(shù)公式計(jì)算，本題中空氣被加熱，加熱，n=0.4)/(45)703. 0()22800(053. 00393. 0023. 0PrRe023. 024 . 08 . 0408 . 0CmWdo.CCToo709

9、0 CCtoo2060 逆流：逆流：CCToo7090 并流：并流：CCtoo6020 CCtoo5030 CCtoo1070 Ctmo2 .393050ln3050 Ctmo8 .301070ln1070 4025030221 tttm4027010221 tttm折流與錯(cuò)流的平均溫度差折流與錯(cuò)流的平均溫度差逆逆mmtt ),(流型流型RPf 1221ttTTR 冷冷流流體體溫溫升升熱熱流流體體溫溫降降1112tTttP 兩流體初溫差兩流體初溫差冷流體溫升冷流體溫升查圖查圖穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱 321ddddQQQQ 總熱阻總推動(dòng)力22m11d1dd1AAbAtT22wmww11wd1dd1dA

10、ttAbtTATTQ22m11d1dd1d1AAbAAK 總熱阻總熱阻表達(dá)式表達(dá)式(1) (1) 若傳熱面為平壁若傳熱面為平壁討論：討論：dA=dA1=dA2=dAm21111 bK(2) (2) 若傳熱面為圓筒壁，管內(nèi)徑為若傳熱面為圓筒壁，管內(nèi)徑為d d1 1，外徑為，外徑為d d2 2以圓筒內(nèi)表面為基準(zhǔn)：以圓筒內(nèi)表面為基準(zhǔn)：22111212m1111dd1dd11ddddbAAAAbKm22112111ln211dddddK以圓筒外表面為基準(zhǔn)：以圓筒外表面為基準(zhǔn)：212211221ln21dddddK以間壁為基準(zhǔn)：以間壁為基準(zhǔn)：22111ddbddKmmm(3) (3) 工程上習(xí)慣以外表面

11、為基準(zhǔn)，工程上習(xí)慣以外表面為基準(zhǔn)，K2=K 對于薄管壁：對于薄管壁：21dddm21111bK(4)(4)污垢熱阻的影響：污垢熱阻的影響：222121121111dmdRddbddRddK(5)(5)當(dāng)傳熱壁為平壁或薄的圓筒時(shí)：當(dāng)傳熱壁為平壁或薄的圓筒時(shí)：21AAAm2211111ddRbRK(6)(6)當(dāng)間壁熱阻很小，可忽略，且流體清潔，污垢當(dāng)間壁熱阻很小，可忽略，且流體清潔，污垢熱阻也可忽略。熱阻也可忽略。21111K11211,K若22111,K若 內(nèi)側(cè)為控制熱阻內(nèi)側(cè)為控制熱阻外側(cè)為控制熱阻外側(cè)為控制熱阻4 4、壁溫、壁溫計(jì)算計(jì)算22wmww11w11AttAbtTATTQ金屬壁的熱阻通

12、?？梢院雎?，即：金屬壁的熱阻通?？梢院雎?，即：wwtT 2211ww11AAtTTT可見：可見：傳熱面兩側(cè)溫差之比等于兩側(cè)熱阻之比，壁傳熱面兩側(cè)溫差之比等于兩側(cè)熱阻之比，壁溫溫Tw必接近于熱阻較小或?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)較大一側(cè)的必接近于熱阻較小或?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)較大一側(cè)的流體溫度。流體溫度。5 5、傳熱、傳熱計(jì)算舉例計(jì)算舉例例、在一由例、在一由252.5mm鋼管構(gòu)成的廢熱鍋爐中，管內(nèi)通入高鋼管構(gòu)成的廢熱鍋爐中，管內(nèi)通入高溫氣體，進(jìn)口溫氣體，進(jìn)口500,出口出口400。管外為。管外為p=1000kN/m2壓力（絕壓力（絕壓）的水沸騰。已知高溫氣體對流傳熱系數(shù)壓）的水沸騰。已知高溫氣體對流傳熱系數(shù)a1=250

13、W/ m2，水沸騰的對流傳熱系數(shù)水沸騰的對流傳熱系數(shù)a2=10000 W/ m2，碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)，碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù) =45W/m 。忽略污垢熱阻。試求管內(nèi)壁平均溫度。忽略污垢熱阻。試求管內(nèi)壁平均溫度Tw及管外壁及管外壁平均平均tw。 解：解：(1)總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K，以管子內(nèi)表面積，以管子內(nèi)表面積A1為基準(zhǔn)為基準(zhǔn)d1=20mm, d2=25mm, dm=22.5mm, b=2.5mm211112211242/()10.0025 202012504522.510000 25omKWmCddbdd1232022027022omtttC (2)平均溫度差平均溫度差 tm的計(jì)算的計(jì)算p=1MPa時(shí)，水的飽和溫度為時(shí)，水的飽和溫度為t =180oCT1=500oC, T2=400oC t1=T1-t=500-180=320oC, t2=T2-t=400-180=220oC(3)計(jì)算單位面積傳熱量計(jì)算單位面積傳熱量211242 27065340/mQKtW mA(4)管壁溫度管壁溫度熱流體的平均溫度熱流體的平均溫度 T=(500+400)/2=450oC管內(nèi)壁溫度管內(nèi)