熱傳遞的基本原理

關(guān)于熱傳遞的基本原理第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五

是熱從溫度高的物體傳到溫度低的物體，或者從物體的高溫部分傳到低溫部分的過程。熱傳遞是自然界普遍存在的一種自然現(xiàn)象。只要物體之間或同一物體的不同部分之間存在溫度差，就會有熱傳遞現(xiàn)象發(fā)生，并且將一直繼續(xù)到溫度相同的時候為止。發(fā)生熱傳遞的唯一條件是存在溫度差，與物體的狀態(tài)，物體間是否接觸都無關(guān)。熱傳遞的結(jié)果是溫差消失，即發(fā)生熱傳遞的物體間或物體的不同部分達到相同的溫度。

熱傳遞定義第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五熱傳遞方式熱傳導(dǎo)熱對流熱輻射123第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五導(dǎo)熱當物體內(nèi)部或相互接觸的物體間存在溫度差時，熱量從高溫物體傳到低溫處的過程稱為導(dǎo)熱。導(dǎo)熱一般發(fā)生在固體與固體間，主要是通過材料晶格的熱振動波以及自由電子遷移來實現(xiàn)的。第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五傅立葉定律傅里葉定律用文字描述為單位時間內(nèi)通過導(dǎo)熱體單位面積上的到熱量，在數(shù)值上與該面積上的溫度成正比，而方向成反比。傅立葉定律公式：Φ=-λA(dt/dx)q=-λ(dt/dx)熱量計算公式：Q=KS?t由上式可知，增大傳熱系數(shù)K或增大傳熱溫差?t以及傳熱面積S，均可使傳熱量Q增大

第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五傅立葉定律適用條件（1）傅立葉定律只適用于各向同性物體，對于各向異性物體，熱流密度矢量的方向不僅與溫度梯度有關(guān)，還與熱導(dǎo)率的方向性有關(guān)，因此熱流密度矢量與溫度梯度不一定在同一條直線上。（2）傅立葉定律適用于工程技術(shù)中的一般穩(wěn)態(tài)好非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，對于極低溫的導(dǎo)熱問題和極短時間產(chǎn)生極大熱流密度的瞬態(tài)導(dǎo)熱過程，如大功率、短脈沖激光瞬態(tài)加熱等，傅立葉定律不在適用。第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五對流換熱當溫度不同的各部分流體之間產(chǎn)生宏觀的相對運動時，各部分流體因相互摻混所引起的熱量傳遞過程，稱為熱對流。流動著的流體與其相接觸的固體壁面之間的熱量傳遞過程，稱為對流換熱。第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五對流換熱的主要影響因素流體的物理性質(zhì)流體熱性質(zhì)參數(shù)有熱導(dǎo)率、動力黏度、比定壓熱容、密度以及體積膨脹系數(shù)流動的起因流動起因分為強制對流和自然對流的兩個換熱過程幾何因素的影響指壁面幾何形狀、大小，流體與固體熱接觸的相對位置等對對流換熱的影響流體的流態(tài)流動狀態(tài)有層流和紊流兩種第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五對流換熱的計算第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五流體有相變時的對流換熱

在火電廠中，不僅經(jīng)常遇到單相流體的對流換熱，而且會遇到液體受熱沸騰和蒸汽遇冷凝結(jié)等有相變時的對流換熱。

沸騰換熱是在固體壁面的溫度超過與之相接觸的液體飽和溫度時發(fā)生的。

凝結(jié)換熱是在壁面溫度低于與之接觸的蒸汽壓力下的飽和溫度時才會發(fā)生。第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五輻射換熱

熱輻射的基本概念是指物體通過發(fā)射電磁波向外傳遞能量的現(xiàn)象。一般，若電磁波的波長在0.1～1000／μm之間，則稱為熱輻射。只要溫度高于絕對零度，物體就會不斷地將其熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠芟蛲獍l(fā)射，因此自然界的物體都具有輻射能力。。在輻射換熱過程中也伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換熱力學(xué)能電磁波能熱力學(xué)能第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五A+R+D=1A:物體的吸收率;R:物體的反射率;D:物體的投射率;第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五A=1表明落到物體表面上的輻射能被物體全部吸收，這種物體稱為黑體；黑體不僅吸收能力最大，且與同溫度的物體相比，其輻射能力也最大。R=1的物體稱為白體;D=1的物體稱為透熱體。第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五熱輻射的基本定律

1.斯爾潘-波爾茲曼定律:黑體的輻射力與熱力學(xué)溫度的四次方成正比。２.基爾霍夫定律:在熱平衡的條件下實際物體的吸收率在數(shù)值上等于該物體的黑度。第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五因此，輻射傳熱就是不同物體間相互輻射和吸收能量的結(jié)果。輻射傳熱不僅是能量的傳遞，同時還伴有能量形式的轉(zhuǎn)換。熱輻射不需要任何媒介，換言之，可以在真空中傳播。這是熱輻射不同于其他傳熱方式的另一特點。應(yīng)予指出，只有物體溫度較高時，輻射傳熱才能成為主要的傳熱方式（如化工生產(chǎn)現(xiàn)場的管式爐）。實際上，傳熱過程往往并非以某種傳熱方式單獨出現(xiàn)，而是兩種甚至是三種傳熱方式的組合。例如，熱水瓶抽真空的目的就是為了減少導(dǎo)熱過程的損失；瓶口加塞就是為了減少對流損失；內(nèi)膽鍍銀是為減少輻射傳熱的損失。再如，化工生產(chǎn)中普遍使用的間壁式換熱器中的傳熱，主要是以熱對流和導(dǎo)熱相結(jié)合的方式進行的第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五輻射能與波長溫度有關(guān)任何物體只要溫度高于零度伴隨能量形式轉(zhuǎn)換具有方向性發(fā)射輻射取決于溫度4次方可以再真空中傳播特點熱輻射第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五實現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)移傳遞方向都是由高溫物體傳至低溫物體熱傳導(dǎo)和熱對流都是通過分子熱運動傳遞的，而熱輻射是通過電磁波熱傳遞三種傳遞方式共同點第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五傳熱過程與換熱器熱量從溫度較高的流體經(jīng)過固體壁傳給另一側(cè)溫度較低流體的過程，稱為總傳熱過程，簡稱傳熱過程。在傳熱過程中，往往是幾種基本傳熱方式同時存在，即除固體內(nèi)部的導(dǎo)熱外，還同時存在著固體與流體的對熱和輻射換熱。這種固體壁面同時存在對流和輻射換熱的過程稱為復(fù)合換熱。第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五換熱器換熱器的定義：用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)定的工藝要求的裝置換熱器的類型按其工作原理，火電廠中的換熱器一般可分為混合式、表面式和再生式三類第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五換熱器內(nèi)冷熱流體的相對流向

第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五傳熱的強化和削弱強化傳熱強化傳熱即為根據(jù)傳熱學(xué)的基本原理設(shè)法增強傳熱過程的傳熱效果，其目的在于使一定的換熱設(shè)備獲得較大的傳熱量，或在一定的傳熱量要求下使所需的傳熱面積最小，設(shè)備成本最低。第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五削弱傳熱削弱傳熱一般用于減少熱力設(shè)備及熱力管道對環(huán)境的散熱，且通過敷設(shè)隔熱層