化工化工原理

化工化工原理第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日1.2傳熱機(jī)理①傳導(dǎo)—分子熱運(yùn)動(dòng)(自由電子遷移)接觸②對(duì)流—流體宏觀遷移引起載熱接觸③輻射—電磁波不接觸熱水瓶為什么能保溫？1.3冷熱流體接觸方式①蓄熱式第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日②直接接觸式③間壁式

第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日1.4化工常用載熱體加熱最常用水蒸汽(鍋爐房)常用工業(yè)鍋爐p<0.8MPa(表)(175℃)道生油、熔鹽、電加熱冷卻常用河水、井水、自來水鹽水、冷凍劑第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日1.5基本概念①熱流量Q,

(W=J/s)單位時(shí)間，熱流體通過整個(gè)傳熱面?zhèn)鬟f給冷流體的熱量。②熱流密度q,（W/m2）單位時(shí)間、單位面積所傳遞的熱量。顯然，熱流量③定態(tài)與非定態(tài)定態(tài)：非定態(tài)：從0~τ時(shí)刻累積傳熱量QT,第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2熱傳導(dǎo)2.1傅立葉定律熱流密度與溫度梯度成正比λ：W/m·℃=W/m·Kλ量級(jí)：金屬10~102W/m·℃絕熱材料10-2~10-1W/m·℃液體10-1W/m·℃氣體10-2W/m·℃1．λ金屬>λ液體>λ氣體2．溫度升高時(shí)，λ液下降(水例外)，λ氣上升，λ金屬下降，大多λ非金屬上升第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.2單層平壁導(dǎo)熱解決：①溫度分布②熱流量條件：①定態(tài)②一維(橫向?qū)岵挥?jì))分析：①取控制體②作熱量衡算：進(jìn)=出+累積定態(tài)：累積=0，Q1=Q③結(jié)合特征方程解析解λ=常數(shù)時(shí)積分溫度分布線性,第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日或工程處理方法多層平壁導(dǎo)熱條件：定態(tài)一維串聯(lián)過程，速率一致結(jié)果：溫差按熱阻大小分配第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日例1已知：兩層平壁λ1=1.4W/m·℃,δ1=100mm,λ2=0.14W/m·℃,δ2=200mm,t1=650℃,t3=50℃。求：兩壁接觸處的溫度t2。解：先定性分析，哪個(gè)斜率大熱流密度由得℃第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.3圓筒壁導(dǎo)熱分析：①取控制體②作熱量衡算定態(tài)：Q入=Q出即：Q=qA=q’A’一維傳熱：第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日寫成通式：其中：第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.4球殼導(dǎo)熱通式第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.5多層壁傳熱含義：條件：無接觸熱阻第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日接觸熱阻：因接觸界面不可能理想光滑而造成的額外熱阻影響因素：界面粗糙度，壓緊力，空隙中的氣壓計(jì)算上有困難，數(shù)據(jù)少，但概念很重要第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日多層圓筒壁導(dǎo)熱思考題：溫度分布？第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日例2在蒸汽管道外包兩層同樣厚度的保溫材料λ1<λ2,應(yīng)將哪層包在里面？第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日解：,兩種情況傳熱量不同，比較Q1與Q2，取小的。比較分母∵λ1<λ2,∴∵∴∵所以Q1<Q2,λ小的材料應(yīng)包在里面第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日3對(duì)流給熱研究范圍：3.1過程分析熱流體向冷壁面?zhèn)鳠釋?duì)小方塊作熱量衡算第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日熱量衡算靜止流體,水平方向無載熱流動(dòng)流體,水平方向有載熱對(duì)流的物理本質(zhì)—流動(dòng)流體的載熱由可知溫度分布，由可得

qW流動(dòng)>qW靜止第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日3.2兩種對(duì)流形式自然對(duì)流與強(qiáng)制對(duì)流

1.自然對(duì)流:流體溫度差,引起密度差,導(dǎo)致宏觀流動(dòng)加熱面t↑,ρ↓熱流體上升Δp=ΔρgL,Δρ=ρβΔt,

β膨脹系數(shù),u∝自然對(duì)流的冷源、熱源應(yīng)放在恰當(dāng)?shù)奈恢玫诙?，共二十七頁，編輯?023年，星期日自然對(duì)流的冷源、熱源應(yīng)放在恰當(dāng)?shù)奈恢?．強(qiáng)制對(duì)流在外力或Δp作用下引起流動(dòng)第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日3.3對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述1．牛頓冷卻定律其中：TW:壁溫；T:流體主體溫度；α：給熱系數(shù)W/m2℃工程處理方法—分離變量法①便于分解組合傳熱系數(shù)K第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日②將總過程(K的確定)分解成幾個(gè)子過程例如：確定K的過程中,冷熱流體各有10種情況,K有100種③為強(qiáng)化傳熱提供依據(jù)強(qiáng)化傳熱應(yīng)從哪一側(cè)著手存在問題:①α中仍有ΔT影響②α仍要實(shí)驗(yàn)解決第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2．α的影響因素①物性：ρ,μ,Cp,λ②設(shè)備因素(定性尺寸)：l③流動(dòng)因素：強(qiáng)制對(duì)流：u自然對(duì)流：βgΔt

α=f(ρ,μ,λ,l,u,βgΔt,Cp)基本量綱4個(gè)(M,L,T,θ)，變量8個(gè)，無量綱準(zhǔn)數(shù)=8-4=4，即Nu=f(Re,Pr,Gr)強(qiáng)制對(duì)流Nu=f(Re,Pr);自然對(duì)流Nu=f(Gr,Pr)第二十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日物理意義：—表征與純導(dǎo)熱相比,對(duì)流給熱系數(shù)增大的倍數(shù)Gr—由u∝得表征自然對(duì)流的流動(dòng)狀況Pr—反映物性對(duì)給熱過程的影響第二十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日