导图社区 传热思维导图
化工原理第五版第六章传热,传热是指由于温度差引起的能量转移,又称热传递。由热力学第二定律可知,凡是有温度差存在时,热就必然从高温处传递到低温处,因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。
化工原理第五版第五章颗粒的沉降和流态化,对于气固系统,常用的粉尘分离装置是旋风分离器(见离心沉降)和袋滤器(见过滤设备)。在流化床中,固体颗粒充分混合,因而用作传质设备时,相当于分级接触传质设备的一个级。
化工原理第五版第四章流体通过颗粒层的流动,《化工原理》(第五版)分为上、下两册,上册共7章,包括:流体流动,流体输送机械,液体的搅拌,流体通过颗粒层的流动,颗粒的沉降和流态化,传热,蒸发。下册共7章。
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第六章:传热
概念
对流传热:运动流体与固体壁面之间的热量传递过程,依靠流体质点的移动进行热量传递与流体流动状况密切相关
热交换:冷热流体通过壁面进行热量传递的过程
并,逆流:两股流体流向相同或者相反的流动
传热的三种机理
热传导
发生场所
固体的传热
穿过流体层流内层的传热
传热机理
气体:分子不规则运动时碰撞传热
金属固体:自由电子的运动传热
不良导体的固体:原子分子在晶格中,其平衡位置的振动传热
热对流
特点
热对流只发生在流体中
热对流的强弱与流体运动状况密切相关
热对流的形式
自然对流:流体中各点温度不同,引起流体密度差异,使轻者上浮,重者下沉
强制对流:流体因机械搅拌等外加工加入引起的对流
热辐射
热辐射不需任何介质
热辐射是热能与电磁能的互相转化和转移
理论上,只要物体温度大于零,均可产生辐射
传热过程的三种基本方式
直接接触式传热:冷热流体直接混合进行热交换
蓄热式传热和蓄热器:在蓄热器中实现热交换的一种方式
间壁式传热和间壁式换热器
间壁式传热:间壁两侧流体的热交换
热流体给热于管壁内侧
热量自管壁内侧传导致管壁外侧
管壁外侧给热于冷流体
间壁式换热器
载热体及其选择
温度要易于调节
饱和蒸汽压宜低不会热分解
毒性要小,使用安全环境友好,对设备腐蚀性小
价值低廉且易得到
在温度不超过180摄氏度,最宜的是饱和水蒸气;温度不是很低,是水
基本概念
传热速率Q与热容量q
q=Q/A
总传热速率方程式
Q=KAΔtm=推动力/热阻
定态传热和非定态传热
定态传热:系统中各点的温度仅随位置变化而与时间无关
非定态传热:系统各点的温度既随时间又随位置而变化
傅立叶定律
导热系数λ
固体导热系数λ:一般水密度和温度的升高而升高
液体导热系数λ:一般纯液体的大于溶液
气体导热系数λ:温度越高,压强越大,气体λ越大
平壁的稳态热传导
单层平壁的稳态热传导
多层平壁的稳定热传导
Q=总传热推动力/总热阻
圆筒壁的稳定热传导
单层圆筒壁的稳定热传导
多层圆筒壁的稳定热传导
对流传热
湍流中的传热及温度分布
传热方式主要是强制对流,认为无传热阻力
过渡流区的传热与温度情况
既有对流传热又有导热
层流内层区中传热温度情况
传热方式是导热阻力,主要集中在该层强化对流传热,就是要剪薄该层
平壁中的传热及温度变化
导热,温度基本呈直线变化
对流传热系数α=Q/AΔt
影响因素
流动状态:α湍流>α层流
对流情况:α强制对流>α自然对流
对流相变:α有相变>α无相变
无相变的对流给热系数
给热过程的特征数关系式
圆形直管内强制湍流的给热系数
流体被加热时b=0.4,流体被冷却时b=0.3
应用条件
雷诺数大于一万即流动是充分湍流
0.7<Pr<160
流体是低粘度的
进口段只占总长的很小一部分l/d>30~40
非圆形管中强制湍流的给热系数
管外强制对流的给热系数
计算步骤
先求给热系数,再求出Re和Pr,然后套范围,在规定范围内套相应公式得到Nu和α
有相变时的对流传热
蒸汽冷凝传热系数
冷凝方式
膜状
冷凝壁有湿润作用,形成冷凝液膜
传热阻力集中于膜中,导热系数小,热阻大,故给热系数小
滴状
壁面无湿润作用
传热阻力小,给热系数大
冷凝液膜两侧的温度差:温度差越大系数越小
流体物性
蒸气的流速和走向
蒸汽中不凝气体含量
冷凝壁面的表面情况
液体沸腾时的对流传热系数
大容积饱和沸腾:将加热表面浸入液体的自由表面之下,液体在壁面受热沸腾
管内沸腾:液体在管内流动过程中,由于管内壁发生的沸腾
大容积饱和沸腾曲线
影响沸腾传热的主要因素
液体性质
温度差越大系数越大
操作压强越大系数越大
加热壁面状况
热辐射
热能在空间以电磁波的形式进行传播和转化
具有反射,折射和吸收性质,服从光的反射和折射定律
根据能量守恒定律,吸收率a加透过率d加反射率r等于一
透热体d=1白体r=1黑体a=1
固体液体与气体的热辐射特点
物体和液体的热辐射特点:非透热体a+r=1
气体的热辐射特点:透热体a+d=1
黑体的辐射能力:Eb=σT^4改写为Eb=Cb(T/100) ^4
实际物体的辐射能力,黑度与灰体
黑度ε<1
实际物体的辐射能力
实际的发射能力在相同温度下小于黑体的发射能力 发射能力越大的物体,其吸收能力越大
灰体:能以相同的吸收率部分吸收所有波长辐射能的物体
是一种理想物体
灰体的吸收率与辐射能波长无关
对于非透热体,其透热率为零
辐射传热速率的计算
从高温物体一传给低温物体二的辐射传热速率
对于相距很小,面积相等的两平行灰体壁面角系数为1
当两平壁相距较远或表面积不等式引入角系数:C1-2=ε1ε2Cb
一物体被另一物体包围角系数为1
A1<<A2时C1-2=Cbε1
A1≈A2时C1-2=Cb/(1/ε1+1/ε2-1)
辐射传热的强化和削弱
改变物体表面的黑度
采用遮热板
传热过程数学描述
能量衡算:间壁式换热器
热晗法
Q=qm1(H1-H2)=qm2(h2-h1)
比热法
无相变
有相变
总传热系数K
壁温计算
采用平均法
总结