河南城建學院化工原理期末復習題-傳熱

2023/11/91第一節(jié) 概述熱傳導（導熱）對流傳熱輻射傳熱傳熱有三種方式：(舉例電熱爐燒水)機理：相互接觸的物質(zhì)之間靜止的物質(zhì)內(nèi)部層流流動的物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生在管內(nèi)層流熱量入對流傳熱系數(shù)或給熱系數(shù)，W/m2

K氣體---靠分子或原子的無規(guī)則若運動；固體---金屬靠自由電子，非金屬靠晶格的震動液體---兩種觀點（見教材）導熱導熱自然對流化工原理2023/11/92一、傅立葉定律溫度場：某時刻，物體或空間各點的溫度分布。

（一）溫度場和等溫面非穩(wěn)態(tài)溫度場

穩(wěn)態(tài)溫度場

等溫面：在同一時刻，溫度場中所有溫度相同的點組成的面。

第二節(jié)熱傳導不同溫度的等溫面不相交。化工原理2023/11/93（二）溫度梯度

n

n

xt+ttxQ方向：法線方向，以溫度增加的方向為正?；ぴ?023/11/94（三）傅立葉定律式中dQ──熱傳導速率，W或J/s；

dA──導熱面積，m2；

t/

n──溫度梯度，℃/m或K/m；

──導熱系數(shù)，W/(m·℃)或W/(m·K)。負號表示傳熱方向與溫度梯度方向相反化工原理2023/11/95二、熱導率

在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量

=f(結構,組成,密度,溫度,壓力）

金屬固體

>

非金屬固體

>

液體

>

氣體

表征材料導熱性能的物性參數(shù)化工原理2023/11/961.固體熱導率

金屬材料10～102W/(m?K)

建筑材料10-1～10W/(m?K)

絕熱材料10-2～10-1W/(m?K)在一定溫度范圍內(nèi)：對大多數(shù)金屬材料a<0，t

對大多數(shù)非金屬材料a>0

，

t

化工原理2023/11/972.液體熱導率金屬液體

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

，

0.09～0.6W/(m·K)化工原理2023/11/983.氣體熱導率

t

，

一般情況下，隨p的變化可忽略；氣體不利于導熱，有利于保溫或隔熱。0.006～0.4W/(m·K)化工原理2023/11/99t1t2btxdxQ三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導（一）單層平壁熱傳導假設：材料均勻，為常數(shù)；一維溫度場，t沿x變化；A/b很大，忽略端損失?；ぴ?023/11/910積分：化工原理2023/11/911四、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導

（一）單層圓筒壁的熱傳導

特點：傳熱面積隨半徑變化，

A=2

rl(2)一維溫度場，t沿r變化。化工原理2023/11/912在半徑r處取dr同心薄層圓筒積分化工原理2023/11/913討論：——對數(shù)平均面積熱阻令——對數(shù)平均半徑化工原理2023/11/914一般時，化工原理2023/11/915思考2：

氣溫下降，應添加衣服，應把保暖性好的衣服穿在里面好，還是穿在外面好？bb

1

2QQ

bb

2

1作業(yè)：化工原理2023/11/916一、對流傳熱過程第三節(jié)對流傳熱dAqm2，

t2qm1，T1qm2，t1

qm1，T2化工原理2023/11/917ttWTWTA2A1傳熱壁冷流體熱流體

T

t湍流主體溫度梯度小，熱對流為主層流內(nèi)層溫度梯度大，熱傳導為主過渡區(qū)域熱傳導、熱對流均起作用化工原理2023/11/918式中 Q──對流傳熱速率，W；

1

、

2

──熱、冷流體的對流傳熱系數(shù)，

W/(m2·K)；

T、TW、t、tW──熱、冷流體的平均溫度及

平均壁溫，℃。

冷流體：熱流體：牛頓冷卻定律化工原理2023/11/919第四節(jié)傳熱過程計算返回總傳熱速率方程式中Q──傳熱速率，W；

tm──兩流體的平均溫度差，℃；

A──傳熱面積，m2；

K──總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)。化工原理2023/11/920（一）恒溫傳熱（二）變溫傳熱

tm與流體流向有關一、傳熱平均溫度差逆流并流錯流折流化工原理2023/11/9211.逆流與并流t2t1T1T2t1t2T1T2

t2tAt1T2T1逆流

t2tAt1T2T1并流化工原理2023/11/922以逆流為例推導

tm假設：（1）穩(wěn)態(tài)流動，qm1、qm2為常數(shù)；（2）cp1、cp2為常數(shù)；（3）K沿管長不變化；（4）熱損失忽略不計。AT2t1t2T1dTdtdA

t2

t1

t=T-t對于微元：化工原理2023/11/923逆流、并流均適用；當t2/t1<2，則可用算術平均值?！獙?shù)平均溫度差化工原理2023/11/9242.錯流與折流查圖

<1tm<tm逆——

>0.9若

<0.8，溫差損失大，傳熱不穩(wěn)定；應改變流型化工原理2023/11/925二、總傳熱系數(shù)K——總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)twTw管內(nèi)對流管外對流導熱冷流體熱流體tTdQdQ1dQ3dQ2（一）總傳熱系數(shù)計算化工原理2023/11/926管內(nèi)對流管外對流管壁熱傳導穩(wěn)態(tài)傳熱

化工原理2023/11/927（1）平壁dA=dA1=dA2=dAm討論：（2）以外表面為基準(dA=dA1)化工原理2023/11/928K1——以外表面為基準的總傳熱系數(shù)，W/(m2.K)dm——對數(shù)平均直徑，m以內(nèi)表面為基準：d1/d2<2可用算術平均值化工原理2023/11/929（二）污垢熱阻

Rd1、Rd2——傳熱面兩側(cè)的污垢熱阻，(m2·K)/W（三）提高K值的討論

設法減小控制熱阻。（1）減小污垢熱阻——防結垢、及時清洗?；ぴ?023/11/930（2）若污垢熱阻與壁阻可忽略時，有或若則當

1、

2相差較大時：若則或應提高較小，進而提高K。當

1、2相差不大時，二者應同時提高?；ぴ?023/11/931三、壁溫的計算穩(wěn)態(tài)傳熱

（1）

大，b/

Am?。ū谧栊。﹖W

TW化工原理2023/11/932TW接近于T，即

大(熱阻小)側(cè)流體的溫度

（2）當tW=TW

化工原理2023/11/933四、傳熱計算總傳熱速率方程熱量衡算式

(熱負荷)無相變

有相變

應用條件：定態(tài)流動，qm為常數(shù)；

cP為常數(shù)；

K為常數(shù)；忽略熱損失?；ぴ?023/11/934

黑體：白體(鏡體)：透熱體：灰