化工原理 第四章

1、化工原理 第四章1第1頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二第一節(jié) 概 述一、傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 1. 提供熱量：如蒸發(fā)、干燥、蒸餾。 2. 減小熱損：通常需要保溫。 3. 熱量的合理利用和廢熱回收：如換熱器組合， 熱廢氣、廢水的熱量回收。第一節(jié) 概 述2第2頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二二、傳熱的基本方式第一節(jié) 概 述3第3頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二第二節(jié) 熱傳導(dǎo)一、傅立葉定律 2 熱傳導(dǎo)4第4頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二負號表示q與溫度梯度方向相反稱為導(dǎo)熱系數(shù) , 單位為W/(mK)

2、物性之一：與物質(zhì)種類、熱力學(xué)狀態(tài)（T、P）有關(guān)物理含義：代表單位溫度梯度下的熱通量大小， 故物質(zhì)的越大，導(dǎo)熱性能越好。 一般地， 導(dǎo)電固體 非導(dǎo)電固體， 液體 氣體 T ， 氣體， 水，其它液體的 。傅立葉定律： 第二節(jié) 熱傳導(dǎo)5第5頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二二、無限大平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源） 1. 單層平壁-可見溫度分布為直線若為常數(shù)，則：第二節(jié) 熱傳導(dǎo)6第6頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二2. 多層平壁第二節(jié) 熱傳導(dǎo)7第7頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二思考1：若上述平壁的右側(cè)與環(huán)境進行對流傳熱，設(shè)環(huán)境溫 度

3、為t0、對流傳熱系數(shù)為，則傳熱量表達式如何？第二節(jié) 熱傳導(dǎo)8第8頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二三、無限長圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源） 1. 單層圓筒壁若為常數(shù)，則：-可見溫度分布 為對數(shù)關(guān)系第二節(jié) 熱傳導(dǎo)9第9頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二第二節(jié) 熱傳導(dǎo)10第10頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二 Q=常數(shù)，但 q常數(shù)2. 多層圓筒壁第二節(jié) 熱傳導(dǎo)11第11頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二思考1： 氣溫下降，應(yīng)添加衣服，應(yīng)把保暖性好的衣服穿在里面好，還是穿在外面好？思考2：保溫層越厚，保溫效果越

4、好嗎？bb12Qbb21Q第二節(jié) 熱傳導(dǎo)12第12頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二四、保溫層的臨界厚度第二節(jié) 熱傳導(dǎo)13第13頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二3 對流傳熱一、對流傳熱方程與對流傳熱系數(shù) 牛頓冷卻定律：()WttAQ-=a 流動的流體與外界的傳熱靜止流體與外界的傳熱強制對流自然對流對流傳熱系數(shù)，W/m2K邊界層是對流傳熱的主要熱阻所在。ttwQ第三節(jié) 對流傳熱14第14頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二影響的因素主要有： 1.引起流動的原因：自然對流和強制對流 2.流動型態(tài)：層流或湍流 3.流體的性質(zhì)：、cp、

5、等 4.傳熱面的形狀、大小、位置：如圓管與平板、垂直與水平、 管內(nèi)與管外等 5.有相變與無相變： cp或汽化潛熱r二、因次分析法 第三節(jié) 對流傳熱15第15頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二D=223mrbtglGrr=Remul-格垃斯霍夫準數(shù)，表征自然對流對對流傳熱的影響無因次數(shù)群：-努塞爾準數(shù)，表示導(dǎo)熱熱阻與對流熱阻之比-普蘭特準數(shù)，反映物性的影響。 一般，氣體的Pr1 -雷諾準數(shù)，表征流體的流動狀態(tài)對對流傳熱的影響第三節(jié) 對流傳熱16第16頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二故第三節(jié) 對流傳熱17第17頁，共26頁，2022年，5月20日，0點

6、31分，星期二三、對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗式（一）無相變時 當(dāng)Gr25000，需考慮自然對流對傳熱的影響，式（4-23）乘上一個大于1的校正系數(shù)： 1. 管內(nèi)層流時 見教材P127頁式（4-22） 使用范圍為： Re2300，Gr104 0.7Pr120 充分發(fā)展段，即l/d50或60 低粘度（2m水） 溫差（tw-t）較小 定性溫度：2出進tttm+=定性尺寸：管內(nèi)徑 思考2： 與u、d有何比例關(guān)系？（教材式4-18）思考1：為什么加熱時n取0.4，冷卻時取0.3？=PrRe023.08.0Nun 第三節(jié) 對流傳熱19第19頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二Why？因為：管內(nèi)未

7、充分發(fā)展，層流底層較薄，熱阻較小。 若使用條件不滿足上述條件時，需修正： （1）對于短管，L/d60乘上一個大于1的校正系數(shù)：見教材P126（2）對高粘度液體教材式4-20（4）流體流動處于過渡區(qū)時，Re=230010000上式仍可使用，但需乘上小于1的校正系數(shù)：見教材P127Why？（3）彎管內(nèi)：乘上一個大于1的校正系數(shù)：教材P126第三節(jié) 對流傳熱20第20頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二Why？III 3. 管外的強制對流傳熱 （1）流體橫向流過單管傳熱 （2）流體橫向流經(jīng)管束（管簇）的傳熱：P128式(4-24)4. 自然對流 C、n為經(jīng)驗常數(shù)。見教材P129表

8、44 式4-26第三節(jié) 對流傳熱21第21頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二豎直壁面：層流：P130式(4-29)湍流 ：P130式(4-30)水平圓管外：P130式(4-27)1. 冷凝傳熱 第三節(jié) 對流傳熱22第22頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二膜狀冷凝傳熱的強化減薄冷凝液液膜厚度；選擇正確的蒸汽流動方向；在傳熱面上垂直方向上刻槽或安裝若干條金屬絲等。水平管束第一排的與單管相似，第二排的比第一排小，第三排的比第二排小，影響冷凝傳熱的因素不凝性氣體的存在：將大大下降。蒸汽流速和流向：流動方向相同時將增加， 流動方向相反時將減小。蒸汽過熱：需先冷卻再冷凝，由于冷卻過程的Q值很小， 與總Q值相比可忽略，影響不大。傳熱面的形狀與布置：對垂直面，液膜厚度逐漸增加，下降， 對水平管束，下方管液膜厚度增加， 下降第三節(jié) 對流傳熱23第23頁，共26頁，2022年，5月20日，0點31分，星期二產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象的必要條件： 液體過熱、 有汽化核心沸騰曲線2. 大容積沸騰傳熱核狀沸騰傳熱系數(shù)的主要影響因素有： 液體物性、溫差 、操作壓力、加熱面狀況等。第三節(jié) 對流傳熱24第24頁