化工流體流動-2728學時課件

1.

熱傳導（導熱）4.1.1熱量傳遞的基本方式

由于分子的無規(guī)則熱運動而形成的熱量傳遞現(xiàn)象—熱傳導（簡稱導熱）。

導熱在氣體、液體和固體中均能發(fā)生

導熱的推動力：溫度差分子、原子、自由電子微觀粒子4.1概述1.熱傳導（導熱）4.1.1熱量傳遞的基本方式12.

對流傳熱4.1.1熱量傳遞的基本方式

由于流體內(nèi)部質(zhì)點的宏觀運動而形成的熱量傳遞現(xiàn)象—對流傳熱（簡稱對流）。

對流傳熱在氣體、液體中發(fā)生

對流傳熱的推動力：溫度差對流傳熱強制對流傳熱自然對流傳熱外力作用引起流體的密度差引起2.對流傳熱4.1.1熱量傳遞的基本方式由于流23.

輻射傳熱物體以電磁波方式傳遞能量的現(xiàn)象—輻射。輻射傳熱過程

任何物體都能發(fā)射輻射能因熱的原因引起的電磁波輻射—熱輻射。高溫物體以電磁波形式低溫物體熱能轉(zhuǎn)為輻射能吸收輻射能轉(zhuǎn)為熱能注意

兩物體溫度差很大時才考慮輻射傳熱4.1.1熱量傳遞的基本方式3.輻射傳熱物體以電磁波方式傳遞能量的現(xiàn)象—輻射。輻射傳31.

直接接觸式換熱4.1.2冷熱流體的熱交換方式

在換熱器內(nèi)冷流體與熱流體直接接觸進行換熱。混合式換熱器1.直接接觸式換熱4.1.2冷熱流體的熱交換方式42.

蓄熱式換熱

在換熱器內(nèi)，冷流體與熱流體交替流過蓄熱器進行換熱。蓄熱式換熱器4.1.2冷熱流體的熱交換方式2.蓄熱式換熱在換熱器內(nèi)，冷流體與熱流體交替流過53.間壁式換熱間壁式換熱的步驟

熱流體以對流方式將熱量傳遞給壁面

熱量以熱傳導方式由壁面一側(cè)傳遞至另一側(cè)

熱量再以對流方式傳遞給冷流體

在換熱器內(nèi)，熱流體與冷流體通過間壁進行換熱。(1)間壁換熱方式4.1.2冷熱流體的熱交換方式3.間壁式換熱間壁式換熱的步驟熱流體以對流方式將熱量傳遞給6套管式換熱器1-內(nèi)管2-外管工業(yè)生產(chǎn)中主要采用間壁式換熱器。(2)典型的間壁式換熱器動畫：套管式換熱器4.1.2冷熱流體的熱交換方式套管式換熱器1-內(nèi)管2-外管工業(yè)生產(chǎn)中主要采用間壁式換熱器。7蛇管式換熱器蛇管容器動畫：蛇管式換熱器4.1.2冷熱流體的熱交換方式蛇管式換熱器蛇管容器動畫：4.1.2冷熱流體的熱交換方式8管殼式（列管式）換熱器3-殼體1-折流擋板2-管束4-封頭5-接管6-管板殼程管程管流體殼流體單管程動畫：列管式換熱器4.1.2冷熱流體的熱交換方式管殼式（列管式）換熱器3-殼體1-折流擋板2-管束4-封頭59管程數(shù)管流體在管內(nèi)依次往返的次數(shù)4.1.2冷熱流體的熱交換方式管程數(shù)管流體在管內(nèi)依次往返的次數(shù)4.1.2冷熱流體的熱交換10管殼式換熱器傳熱面積傳熱面積管數(shù)管徑管長外側(cè)面積內(nèi)側(cè)面積平均面積4.1.2冷熱流體的熱交換方式管殼式換熱器傳熱面積傳熱面積管數(shù)管徑管長外側(cè)面積內(nèi)側(cè)面積平均114.1.3傳熱量表示方法定義符號單位單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量。J/s(W)1.傳熱速率傳熱現(xiàn)象方程整個傳熱面的熱阻℃/W4.1.3傳熱量表示方法定義符號單位單位時間內(nèi)通過傳熱面的12定義符號單位單位傳熱面積內(nèi)的傳熱速率。2.傳熱通量W/m2單位傳熱面的熱阻m2·

℃/W4.1.3傳熱量表示方法定義符號單位單位傳熱面積內(nèi)的傳熱速率。2.傳熱通量W/m134.1.4熱載體及其選擇1.熱載體的概念蒸汽液體水熱載體冷卻介質(zhì)蒸汽冷凝蒸汽熱油液體液體汽化熱載體加熱介質(zhì)4.1.4熱載體及其選擇1.熱載體的概念蒸汽液體水熱載體蒸142.熱載體的選擇熱載體選擇原則

溫度易調(diào)節(jié)控制

飽和蒸汽壓較低，減少消耗

毒性小，不易燃、易爆，不易腐蝕設(shè)備

價格便宜，來源容易熱穩(wěn)定性能好，加熱時不易分解4.1.4熱載體及其選擇2.熱載體的選擇熱載體選擇原則溫度易調(diào)節(jié)控制飽和蒸汽壓較15常用冷卻劑及其適用溫度范圍4.1.4熱載體及其選擇常用冷卻劑及其適用溫度范圍4.1.4熱載體及其選擇16常用加熱劑及其適用溫度范圍4.1.4熱載體及其選擇常用加熱劑及其適用溫度范圍4.1.4熱載體及其選擇174.1.5

穩(wěn)態(tài)傳熱溫度場時間空間坐標穩(wěn)態(tài)傳熱輸入能量=輸出能量4.1.5穩(wěn)態(tài)傳熱溫度場時間空間坐標穩(wěn)態(tài)傳熱輸入能量=184.1.6非穩(wěn)態(tài)傳熱非穩(wěn)態(tài)傳熱輸入能量=輸出能量+累積能量初始溫度表面溫度流體溫度4.1.6非穩(wěn)態(tài)傳熱非穩(wěn)態(tài)傳熱輸入能量=輸出能量+194.2.1基本概念溫度場1.溫度場穩(wěn)態(tài)溫度場一維溫度場4.2熱傳導4.2.1基本概念溫度場1.溫度場穩(wěn)態(tài)溫度場一維溫度場4.20溫度場中同一時刻相同溫度各點所組成面積定義性質(zhì)溫度不同的等溫面彼此不能相交某瞬間任一空間點不能有不同溫度沿等溫面無熱量傳遞等溫面上溫度處處相等沿與等溫面相交的任何

方向，因溫度發(fā)生變

化則有熱量傳遞2.等溫面4.2.1基本概念溫度場中同一時刻相同溫度各點所組成面積定義性質(zhì)溫度不同的等213.溫度梯度一維穩(wěn)態(tài)溫度場溫度梯度傳熱方向：高溫低溫梯度方向：低溫高溫4.2.1基本概念3.溫度梯度一維穩(wěn)態(tài)溫度場溫度傳熱方向：高溫低溫梯度方向：低224.2.2傅里葉定律描述熱傳導的基本定律—傅里葉定律。溫度梯度導熱系數(shù)導熱速率導熱面積傅里葉定律4.2.2傅里葉定律描述熱傳導的基本定律—傅里葉定律。溫度導234.2.3導熱系數(shù)概念W/(m.oC）

定義單位意義

單位溫度梯度下的熱通量

表征物質(zhì)導熱能力的大小

物質(zhì)的重要物理性質(zhì)4.2.3導熱系數(shù)概念W/(m.oC）定義單位意義24氣體無關(guān)（極高、極低壓力除外）～～影響因素液體～～無關(guān)固體0oC時的導熱系數(shù)溫度系數(shù)4.2.4影響導熱系數(shù)因素氣體無關(guān)（極高、極低壓力除外）～～影響因素液體～～無關(guān)固體025溫度系數(shù)多數(shù)金屬材料多數(shù)非金屬材料注意

各方向?qū)嵯禂?shù)相等—多維導熱同性理想氣體

一般為平均導熱系數(shù)4.2.4影響導熱系數(shù)因素溫度系數(shù)多數(shù)金屬材料多數(shù)非金屬材料注意各方向?qū)嵯禂?shù)相等264.2.5導熱系數(shù)的來源導熱系數(shù)獲取途徑

實驗測定

手冊中查取混合物導熱系數(shù)計算有機化合物水溶液質(zhì)量分數(shù)有機化合物互溶溶液常壓下氣體混合物摩爾分數(shù)摩爾質(zhì)量4.2.5導熱系數(shù)的來源導熱系數(shù)獲取途徑實驗測定手冊27導熱系數(shù)數(shù)量級氣體W/(m.oC）

液體W/(m.oC）

非導固體W/(m.oC）

金屬W/(m.oC）

絕緣材料W/(m.oC）

4.2.5