化工原理 第四章

1、化工原理 第四章1第1頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)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(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二二、傳熱的基本方式第一節(jié) 概 述3第3頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)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(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二負(fù)號(hào)表示q與溫度梯度方向相反稱(chēng)為導(dǎo)熱系數(shù) , 單位為W/(mK)

2、物性之一：與物質(zhì)種類(lèi)、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(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二二、無(wú)限大平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源） 1. 單層平壁-可見(jiàn)溫度分布為直線(xiàn)若為常數(shù)，則：第二節(jié) 熱傳導(dǎo)6第6頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二2. 多層平壁第二節(jié) 熱傳導(dǎo)7第7頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二思考1：若上述平壁的右側(cè)與環(huán)境進(jìn)行對(duì)流傳熱，設(shè)環(huán)境溫 度

3、為t0、對(duì)流傳熱系數(shù)為，則傳熱量表達(dá)式如何？第二節(jié) 熱傳導(dǎo)8第8頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二三、無(wú)限長(zhǎng)圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源） 1. 單層圓筒壁若為常數(shù)，則：-可見(jiàn)溫度分布 為對(duì)數(shù)關(guān)系第二節(jié) 熱傳導(dǎo)9第9頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二第二節(jié) 熱傳導(dǎo)10第10頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)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(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)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(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)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(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二3 對(duì)流傳熱一、對(duì)流傳熱方程與對(duì)流傳熱系數(shù) 牛頓冷卻定律：()WttAQ-=a 流動(dòng)的流體與外界的傳熱靜止流體與外界的傳熱強(qiáng)制對(duì)流自然對(duì)流對(duì)流傳熱系數(shù)，W/m2K邊界層是對(duì)流傳熱的主要熱阻所在。ttwQ第三節(jié) 對(duì)流傳熱14第14頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二影響的因素主要有： 1.引起流動(dòng)的原因：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流 2.流動(dòng)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(wú)相變： cp或汽化潛熱r二、因次分析法 第三節(jié) 對(duì)流傳熱15第15頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二D=223mrbtglGrr=Remul-格垃斯霍夫準(zhǔn)數(shù)，表征自然對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響無(wú)因次數(shù)群：-努塞爾準(zhǔn)數(shù)，表示導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流熱阻之比-普蘭特準(zhǔn)數(shù)，反映物性的影響。 一般，氣體的Pr1 -雷諾準(zhǔn)數(shù)，表征流體的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)對(duì)流傳熱的影響第三節(jié) 對(duì)流傳熱16第16頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二故第三節(jié) 對(duì)流傳熱17第17頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)

6、31分，星期二三、對(duì)流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式（一）無(wú)相變時(shí) 當(dāng)Gr25000，需考慮自然對(duì)流對(duì)傳熱的影響，式（4-23）乘上一個(gè)大于1的校正系數(shù)： 1. 管內(nèi)層流時(shí) 見(jiàn)教材P127頁(yè)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(jìn)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(shí)n取0.4，冷卻時(shí)取0.3？=PrRe023.08.0Nun 第三節(jié) 對(duì)流傳熱19第19頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二Why？因?yàn)椋汗軆?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(mǎn)足上述條件時(shí)，需修正： （1）對(duì)于短管，L/d60乘上一個(gè)大于1的校正系數(shù)：見(jiàn)教材P126（2）對(duì)高粘度液體教材式4-20（4）流體流動(dòng)處于過(guò)渡區(qū)時(shí)，Re=230010000上式仍可使用，但需乘上小于1的校正系數(shù)：見(jiàn)教材P127Why？（3）彎管內(nèi)：乘上一個(gè)大于1的校正系數(shù)：教材P126第三節(jié) 對(duì)流傳熱20第20頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二Why？III 3. 管外的強(qiáng)制對(duì)流傳熱 （1）流體橫向流過(guò)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(duì)流 C、n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。見(jiàn)教材P129表

8、44 式4-26第三節(jié) 對(duì)流傳熱21第21頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)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(duì)流傳熱22第22頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二膜狀冷凝傳熱的強(qiáng)化減薄冷凝液液膜厚度；選擇正確的蒸汽流動(dòng)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(dòng)方向相同時(shí)將增加， 流動(dòng)方向相反時(shí)將減小。蒸汽過(guò)熱：需先冷卻再冷凝，由于冷卻過(guò)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(duì)垂直面，液膜厚度逐漸增加，下降， 對(duì)水平管束，下方管液膜厚度增加， 下降第三節(jié) 對(duì)流傳熱23第23頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)31分，星期二產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象的必要條件： 液體過(guò)熱、 有汽化核心沸騰曲線(xiàn)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(duì)流傳熱24第24頁(yè)