熱傳遞的基本原理

關(guān)于熱傳遞的基本原理第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

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(huì)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(shí)候?yàn)橹埂０l(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(dá)到相同的溫度。

熱傳遞定義第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月熱傳遞方式熱傳導(dǎo)熱對流熱輻射123第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)熱當(dāng)物體內(nèi)部或相互接觸的物體間存在溫度差時(shí)，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(dòng)波以及自由電子遷移來實(shí)現(xiàn)的。第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月傅立葉定律傅里葉定律用文字描述為單位時(shí)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(jì)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，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)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，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月對流換熱當(dāng)溫度不同的各部分流體之間產(chǎn)生宏觀的相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)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，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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(dòng)力黏度、比定壓熱容、密度以及體積膨脹系數(shù)流動(dòng)的起因流動(dòng)起因分為強(qiáng)制對流和自然對流的兩個(gè)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(dòng)狀態(tài)有層流和紊流兩種第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月對流換熱的計(jì)算第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月流體有相變時(shí)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(huì)遇到液體受熱沸騰和蒸汽遇冷凝結(jié)等有相變時(shí)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(shí)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(shí)才會(huì)發(fā)生。第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月輻射換熱

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(huì)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，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月熱輻射的基本定律

1.斯?fàn)柵?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(shí)際物體的吸收率在數(shù)值上等于該物體的黑度。第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月因此，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(shí)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(diǎn)。應(yīng)予指出，只有物體溫度較高時(shí)，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(shí)際上，傳熱過程往往并非以某種傳熱方式單獨(dú)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(jìn)行的第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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(diǎn)熱輻射第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)存在，即除固體內(nèi)部的導(dǎo)熱外，還同時(shí)存在著固體與流體的對熱和輻射換熱。這種固體壁面同時(shí)存在對流和輻射換熱的過程稱為復(fù)合換熱。第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)Q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，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)Q熱器內(nèi)冷熱流體的相對流向

第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月傳熱的強(qiáng)化和削弱強(qiáng)化傳熱強(qiáng)化傳熱即為根據(jù)傳熱學(xué)的基本原理設(shè)法增強(qiáng)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，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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