模塊二傳熱教學(xué)培訓(xùn)課件04任務(wù)四計(jì)算傳熱的過程速率

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率3能力目標(biāo)學(xué)習(xí)要求與目標(biāo)1.具有計(jì)算對流傳熱速率的能力。知識目標(biāo)1.掌握對流的傳熱機(jī)理。2.掌握計(jì)算對流傳熱速率。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)誠實(shí)守信、團(tuán)結(jié)協(xié)作、愛崗敬業(yè)精神；2.培養(yǎng)安全、環(huán)保、健康生產(chǎn)意識；3.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及質(zhì)量意識，具備工程管理能力；4.培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力；5.創(chuàng)新能力培養(yǎng)等。子任務(wù)2計(jì)算對流傳熱速率04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率子任務(wù)2計(jì)算對流傳熱速率一、計(jì)算對流傳熱速率對流傳熱速率是指流體質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)通過對流傳熱由高溫向低溫質(zhì)點(diǎn)傳遞的熱量。在生產(chǎn)過程中，通常是流體通過固體表面時(shí)與該表面發(fā)生的熱量交換。流體與固體壁面對流傳熱包括兩種情況，其一是高溫流體在流動過程中將熱量傳遞給與它接觸的固體壁面，流體放熱而被冷卻；其二是固體壁面將熱量傳遞給與它接觸的低溫流體，流體吸熱而被加熱。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率1、認(rèn)識間壁兩側(cè)流體的對流傳熱速率方程大量實(shí)踐證明：在單位時(shí)間內(nèi)，對流傳熱速率與固體壁面的大小、壁面溫度與流體主體溫度的溫度差成正比。傳熱過程的推動力Δt是流體與壁面間的溫度差。具體傳熱過程見圖，表明了在某一截面上壁面兩側(cè)流體與壁面的對流傳熱過程。傳熱速率方程式可用牛頓冷卻定律表示：流體被冷卻時(shí)吸熱速率為：流體被加熱時(shí)放熱速率為：04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率2、分析對流傳熱系數(shù)的影響因素（1）流體的物理狀態(tài):液體的物理狀態(tài)不同，如液體、氣體、蒸汽，它們的對流傳熱系數(shù)也各不相同。（2）流體的相態(tài)變化:在對流傳熱過程中，如果流體發(fā)生相變（沸騰或冷凝），則其對流傳熱系數(shù)要比沒有相變時(shí)的對流傳熱系數(shù)要大得多。（3）流體的物理性質(zhì):對α影響較大的流體的物理性質(zhì)有熱導(dǎo)率λ、比熱容Cp、密度ρ、黏度μ、體積膨脹系數(shù)β、汽化潛熱r等。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率（4）流體的流動型態(tài):流體的流動型態(tài)有兩種，即層流型態(tài)和湍流型態(tài)。層流時(shí)對流傳熱系數(shù)較湍流時(shí)的小。（5）流體流動的原因:對流傳熱可分為強(qiáng)制對流傳熱和自然對流傳熱。前者主要是由外力作用而引起質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動，后者主要受溫度不同造成密度不同而形成流體質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散，一般強(qiáng)制對流的對流傳熱系數(shù)較自然對流的為大。（6）傳熱面積的形狀、位置及大小:管子有長有短，有粗有細(xì)，管子的排列有順排、插排，管子的放置方位有豎直、水平、斜放，由于傳熱面積的形狀、位置及大小都影響流體的流動狀況，都會影響對流傳熱系數(shù)。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率假設(shè)在壁面附近存在一層厚度為δt的流體虛擬膜，稱為有效膜，所有的傳熱熱阻都集中在這一層有效膜內(nèi)。當(dāng)流體的湍動程度增大，則有效膜厚度δt變薄，傳熱熱阻減小，傳熱速率變大。有效膜內(nèi)的傳熱速率可以仿照單層平壁的導(dǎo)熱速率計(jì)算，即：04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率將諸多影響因素作一歸納，可用以下四個(gè)準(zhǔn)數(shù)表示，再通過試驗(yàn)確定各準(zhǔn)數(shù)之間關(guān)系，得出對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式。各準(zhǔn)數(shù)的意義見下表：

準(zhǔn)數(shù)的符號及意義準(zhǔn)數(shù)名稱符號意義努塞爾特征數(shù)被決定特征數(shù)，包含待定的對流傳熱系數(shù)雷諾數(shù)表示流體的流動型態(tài)對對流傳熱的影響普蘭特?cái)?shù)表示流體物性對對流傳熱的影響格拉斯霍夫數(shù)表示自然對流對對流傳熱的影響04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率（1）計(jì)算無相變流體在管內(nèi)強(qiáng)制流動對流傳熱系數(shù)流體在管內(nèi)強(qiáng)制流動時(shí)被加熱或被冷卻，是工業(yè)上常見的傳熱過程。無相變傳熱是指流體在傳熱過程中沒有發(fā)生相的轉(zhuǎn)變，具體來說就是沒有液體汽化為蒸汽，也沒有蒸汽冷凝成液體。傳熱的結(jié)果只是引起溫度的上升或下降。

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率1）流體在圓型直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流的對流傳熱系數(shù)的計(jì)算①低粘度流體在圓型直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流的對流傳熱系數(shù)低粘度流體在管內(nèi)強(qiáng)制，此時(shí)自然對流的影響不計(jì)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式可表示為：

當(dāng)流體被加熱時(shí)，n=0.4；當(dāng)流體被冷卻時(shí)，n=0.3。m=0.804任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率1）流體在圓型直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流的對流傳熱系數(shù)的計(jì)算

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率②高粘度液體在圓型直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流的對流傳熱系數(shù)高粘度液體因粘度μ的絕對值較大，固體表面與流體之間的溫度差對粘度的影響更為顯著。此時(shí)利用指數(shù)n取值不同加以修正的方法已得不到滿意的關(guān)聯(lián)式，需考慮壁溫對流體黏度的影響，則其對流傳熱系數(shù)變?yōu)椋?/p>

式中μ——液體在主體平均溫度下的粘度；μw——液體在壁溫下的粘度。一般說，壁溫是未知的，近似取為以下數(shù)值能滿足工程要求：液體被加熱時(shí)：=1.05液體被冷卻時(shí)：=0.9504任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率③液體在圓型管短直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流的對流傳熱系數(shù)圓型管短直管是指l/di＜60的短管，因短管內(nèi)流動尚未充分發(fā)展，層流底層較薄，熱阻小。因此將長管的對流傳熱系數(shù)計(jì)算式計(jì)算得的再乘以大于1的系數(shù)[1+（di/L）0.7]加以校正，就可以得到短管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)。④流體在圓型彎管內(nèi)作強(qiáng)制湍流的對流傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，彎管中的可將直管的對流傳熱系數(shù)的計(jì)算結(jié)果乘以大于1的修正系數(shù)f而得出：

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率⑤流體在非圓型管中作強(qiáng)制湍流的對流傳熱系數(shù)非圓型管中對流傳熱系數(shù)的計(jì)算用圓型管的各相應(yīng)計(jì)算公式，而將定性尺寸用當(dāng)量直徑de代替。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率2）無相變時(shí)流體在管內(nèi)強(qiáng)制過渡流的對流傳熱系數(shù)流體在圓形直管中作過渡流，是指Re=2000～10000的過渡流，因流體流動不充分，層流底層較厚，熱阻大而α小。此時(shí)的對流傳熱系數(shù)需將湍流時(shí)計(jì)算得的對流傳熱系數(shù)的乘以小于1的系數(shù)f：

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率3)流體在圓型直管內(nèi)作強(qiáng)制層流的對流傳熱系數(shù)流體作強(qiáng)制層流流動時(shí)，一般應(yīng)考慮自然對流對傳熱的影響。只有當(dāng)管徑、流體與壁面間的溫度差較小時(shí)，且時(shí)，自然對流對對流傳熱系數(shù)的影響可以忽略，這種情況的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為：

應(yīng)用范圍:Re＜2300，0.6＜Pr＜6700>1004任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率

當(dāng)時(shí)，自然對流對對流傳熱系的影響不能忽略，此時(shí)的對流傳熱系數(shù)應(yīng)由上式計(jì)算的α值乘以校正系數(shù)f’：04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率

有一列管式換熱器，由38根φ25mm×2.5mm的無縫鋼管組成。苯在管內(nèi)流動，由20℃被加熱至80℃，苯的流量為8.32kg/s。外殼中通入水蒸氣進(jìn)行加熱。試求管壁對苯的傳熱系數(shù)。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率

解：苯在平均溫度℃下的物性可由附錄查得：密度ρ=860kg/m3；比熱容cp=1.80kJ/（kg·℃）；粘度μ=0.45mPa·s；熱導(dǎo)率λ=0.14W/（m·℃）加熱管內(nèi)苯的流速為：

則：以上計(jì)算表明本題的流動狀況屬湍流，故：

W/（m2·℃）04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率換熱器改成88根管，其他條件不變，則對流傳熱系數(shù)變?yōu)槎嗌伲?/p>

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率換熱器改成88根管，其他條件不變，則對流傳熱系數(shù)變?yōu)槎嗌伲拷猓焊臑?8根管子，則管內(nèi)流速為：

管內(nèi)對流傳熱系數(shù)為：

由此可見，同樣條件下，換熱器管子根數(shù)增加，流體在管內(nèi)速度減少，致使對流傳熱系數(shù)變小。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率將換熱器由單管程改為雙管程，其他條件不變，則對流傳熱系數(shù)變?yōu)槎嗌伲?4任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率將換熱器由單管程改為雙管程，其他條件不變，則對流傳熱系數(shù)變?yōu)槎嗌?？解：將單管程改為雙程，其他條件不變，則速度加倍:對流傳熱系數(shù)為:

由此可見，同樣條件下，換熱器管程數(shù)增加，流體在管內(nèi)速度增加，致使對流傳熱系數(shù)增大。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率（2）計(jì)算有相變流體對流傳熱系數(shù)在生產(chǎn)過程中，流體在換熱過程中發(fā)生相變的情況很多，就其本質(zhì)而言，傳熱過程無非兩種情況：一是液體的沸騰汽化，另一種是蒸汽的冷凝液化。1）流體在圓型直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流的對流傳熱系數(shù)的計(jì)算①認(rèn)識膜狀冷凝和滴狀冷凝a.膜狀冷凝若冷凝液能夠潤濕壁面，則在壁面上形成一層完整的液膜，稱為膜狀冷凝，如圖所示。

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率b.滴狀冷凝若冷凝液不能完全潤濕壁面，由于表面張力的作用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下，液滴落下后又露出新的冷凝面，此種冷凝稱為滴狀冷凝，如圖所示。在滴狀冷凝時(shí)，壁面大部分的面積直接暴露在蒸氣中，可供蒸氣冷凝。由于沒有大面積的液膜阻礙熱量傳遞，因此滴狀冷凝傳熱系數(shù)比膜狀冷凝可高幾倍甚至十幾倍。

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率②計(jì)算飽和蒸汽膜狀冷凝對流傳熱系數(shù)a.蒸氣在垂直管或板外冷凝假定冷凝液膜呈層流流動，傳熱方式為通過液膜的熱傳導(dǎo)，蒸氣靜止不動，對液膜無摩擦阻力；蒸氣冷凝成液體時(shí)所釋放的熱量僅為冷凝潛熱，蒸氣溫度和壁面溫度保持不變。冷凝液的物性可按平均液膜溫度取值，且為常數(shù)，當(dāng)Re＜2100時(shí)：

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率當(dāng)Re>2100時(shí)：式中：de——當(dāng)量直徑，m；Re——雷諾數(shù)，無因次。設(shè)b為液膜潤濕周邊長度；W為單位時(shí)間在b上的冷凝液量，則單位長度潤濕周邊上單位時(shí)間的冷凝液量M=W/b，其單位為kg/（m·s）。若膜狀流動時(shí)的橫截面積（流通面積）為A，則：

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率b.蒸汽在水平管外冷凝若蒸汽在單根水平管外冷凝時(shí)，因管徑較小，膜層通常呈層流流動。應(yīng)指出，對水平單管，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和由理論公式求得的結(jié)果相近，即：若蒸氣在水平管束外冷凝，則：

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率③影響冷凝傳熱的因素飽和蒸氣冷凝時(shí)，熱阻集中在冷凝液膜內(nèi)。因此液膜的厚度及其流動狀況是影響冷凝傳熱的關(guān)鍵因素。a.冷凝液膜兩側(cè)的溫度差的影響當(dāng)液膜呈層流流動時(shí)，若加大，則蒸氣冷凝速率增加，因而膜層厚度增厚，使冷凝傳熱系數(shù)降低。b.流體物性的影響由膜狀冷凝傳熱系數(shù)計(jì)算式可知，液膜的密度、粘度及導(dǎo)熱系數(shù)，蒸氣的冷凝潛熱，都影響冷凝傳熱系數(shù)。

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率c.蒸氣的流速和流向的影響蒸氣以一定的速度運(yùn)動時(shí)，和液膜間產(chǎn)生一定的摩擦力，若蒸氣和液膜同向流動，則摩擦力將使液膜加速，厚度減薄，使α增大；若逆向流動，則α減小。但這種力若超過液膜重力，液膜會被蒸氣吹離壁面，此時(shí)隨蒸氣流速的增加α急劇增大。d.蒸氣中不凝性氣體的影響若蒸氣中含有空氣或其它不凝性氣體，則壁面可能被氣體（導(dǎo)熱系數(shù)很小）層所遮蓋，增加了一層附加熱阻，使急劇下降。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率e.冷凝壁面的影響若沿冷凝液流動方向積存的液體增多，則液膜增厚，使傳熱系數(shù)下降。例如，對于管束，為了減薄下面管排上液膜的厚度，一般需減少垂直列管的數(shù)目或把管子的排列旋轉(zhuǎn)一定的角度，使冷凝液沿下一根管子的切向流過。此外，冷凝壁面粗糙不平或有氧化層，則會使膜層加厚，增加膜層阻力，因而降低。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率2）認(rèn)識液體的沸騰對流傳熱將液體加熱到操作條件下的飽和溫度時(shí)，整個(gè)液體內(nèi)部都會有氣泡產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為液體沸騰。發(fā)生在沸騰液體與固體壁面之間的傳熱，稱為沸騰對流傳熱。

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率工業(yè)上液體沸騰的方法有二種：（1）是將加熱壁面浸沒在無強(qiáng)制對流的液體中，液體受熱沸騰，稱為大容積沸騰；（2）是液體在管內(nèi)流動時(shí)受熱沸騰，稱為管內(nèi)沸騰。后者沸騰機(jī)理更為復(fù)雜，下面主要討論大容積沸騰。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率（2）認(rèn)識液體的沸騰對流傳熱將液體加熱到操作條件下的飽和溫度時(shí)，整個(gè)液體內(nèi)部都會有氣泡產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為液體沸騰。發(fā)生在沸騰液體與固體壁面之間的傳熱，稱為沸騰對流傳熱。

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率①液體沸騰曲線如圖所示。大容器內(nèi)飽和液體沸騰的情況隨溫度（即）而變，出現(xiàn)不同的沸騰狀態(tài)。②計(jì)算沸騰傳熱系數(shù)對于單組分純物質(zhì)池內(nèi)沸騰，可近似地按以下函數(shù)形式進(jìn)行關(guān)聯(lián)：

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率影響沸騰傳熱的因素a．液體性質(zhì)的影響：液體的導(dǎo)熱系數(shù)λ、密度ρ、粘度μ和表面張力σ等均對沸騰傳熱有重要的影響。一般情況下，隨λ、ρ的增加而增大，而隨μ及σ的增加而減小。b．溫度差的影響：溫度差是控制沸騰傳熱過程的重要參數(shù)，操作溫差控制在核狀沸騰區(qū)有利于提高對流傳熱系數(shù)。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率c.壓力的影響：提高操作壓力即可提高液體的飽和溫度，從而使的黏度和表面張力都下降，有利于氣泡的生成和脫離壁面。d.加熱壁面的影響：加熱壁面的材料和粗糙度對沸騰傳熱有重要的影響。一般新的或清潔的加熱面，α較高。當(dāng)壁面被油脂沾污后，因油脂的熱導(dǎo)率低，會使α急劇下降。壁面愈粗糙，氣泡核心愈多，有利于沸騰傳熱。此外，加熱面的布置情況，對沸騰傳熱也有明顯的影響。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率（3）對流傳熱系數(shù)α的大致范圍：空氣自然對流：1～10空氣自然對流：10～250水強(qiáng)制對流：250～104水蒸氣冷凝：5000～1.5×104水沸騰：1500～4.5×10404任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率在一列管式換熱器中，水在內(nèi)直徑為20mm、長度為3m的管束內(nèi)流過。管內(nèi)壁的平均溫度為60℃，水的平均溫度為20℃，若管壁對水的對流傳熱系數(shù)為4000w/（m2.℃），試求水與每根管壁的對流傳熱速率。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率解：水在管束內(nèi)流動的過程中，由于管壁的溫度高于水的溫度，故管壁就會以對流傳熱的方式向水傳熱。計(jì)算對流傳熱的速率可用式已知：因帶入各值，得：管壁的對流傳熱速率為04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率歸納與總結(jié)1.掌握熱對流的傳熱機(jī)理。2.掌握計(jì)算對流傳熱速率。模塊二傳熱教學(xué)培訓(xùn)課件04任務(wù)四計(jì)算傳熱的過程速率

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率46能力目標(biāo)學(xué)習(xí)要求與目標(biāo)1.具有計(jì)算熱傳導(dǎo)傳熱速率的能力。知識目標(biāo)1.掌握熱傳導(dǎo)的傳熱機(jī)理。2.掌握計(jì)算熱傳導(dǎo)傳熱速率。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)誠實(shí)守信、團(tuán)結(jié)協(xié)作、愛崗敬業(yè)精神；2.培養(yǎng)安全、環(huán)保、健康生產(chǎn)意識；3.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及質(zhì)量意識，具備工程管理能力；4.培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力；5.創(chuàng)新能力培養(yǎng)等。子任務(wù)1計(jì)算熱傳導(dǎo)傳熱速率04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率子任務(wù)1計(jì)算熱傳導(dǎo)傳熱速率通過對換熱基本方式的學(xué)習(xí),掌握換熱的機(jī)理與特點(diǎn),掌握熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射的傳熱過程速率的計(jì)算方法,并能根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況,提出強(qiáng)化傳熱的基本措施。子04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率子任務(wù)1計(jì)算熱傳導(dǎo)傳熱速率一、計(jì)算平壁導(dǎo)熱速率1、計(jì)算單層平壁導(dǎo)熱速率如圖所示為一個(gè)均勻固體物質(zhì)組成的平壁，面積為A，壁厚為δ，壁面兩側(cè)的溫度保持為t1和t2，對于此種穩(wěn)定的一維平壁熱傳導(dǎo)，導(dǎo)熱速率Q和傳熱面積A都為常量，若固體壁面兩側(cè)溫度不同，熱量就會從高溫部位以熱傳導(dǎo)的形式傳向低溫部位。通過平壁的導(dǎo)熱速率,可由傅里葉定律求取,即：

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率子任務(wù)1計(jì)算熱傳導(dǎo)傳熱速率若材料的熱導(dǎo)率取平均值，則積分上式可得在平壁整個(gè)厚度內(nèi)的導(dǎo)熱速率：

式中：——導(dǎo)熱熱阻，

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率子任務(wù)1計(jì)算熱傳導(dǎo)傳熱速率在平壁導(dǎo)熱過程中，厚度不同，則導(dǎo)熱能力也不同；厚度相同，若材料不同，則熱導(dǎo)率不同，導(dǎo)熱能力也不相同。平壁熱導(dǎo)率越小、平壁越厚，則導(dǎo)熱熱阻越大。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率子任務(wù)1計(jì)算熱傳導(dǎo)傳熱速率熱導(dǎo)率：表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。物體的熱導(dǎo)率與材料的組成、結(jié)構(gòu)、溫度、濕度、壓強(qiáng)及聚集狀態(tài)等許多因素有關(guān)。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率固體熱導(dǎo)率的大致范圍物質(zhì)種類純金屬金屬合金液態(tài)金屬非金屬固體非金屬液體絕熱材料氣體熱導(dǎo)率/W·m-1·℃-1100～140050～50030～3000.05～500.5～50.05～10.005～0.5由上表可以看出，金屬材料的熱導(dǎo)率較大，常作為熱導(dǎo)體。非金屬固體的熱導(dǎo)率較小，常作為保溫材料。（1）固體的熱導(dǎo)率04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率（1）固體的熱導(dǎo)率固體材料的熱導(dǎo)率與溫度有關(guān)，對于大多數(shù)均質(zhì)固體，其λ值與溫度大致成線性關(guān)系：λ——固體在t℃時(shí)的熱導(dǎo)率，W/（m·℃）；λ0——物質(zhì)在0℃時(shí)的熱導(dǎo)率，W/（m·℃）；——溫度系數(shù)，℃-1；對大多數(shù)金屬材料為負(fù)值，而對大多數(shù)非金屬材料為正值。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率（2）液體的熱導(dǎo)率液態(tài)金屬的熱導(dǎo)率比一般液體高，而且大多數(shù)液態(tài)金屬的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而減小。在非金屬液體中，水的熱導(dǎo)率最大。除水和甘油外，絕大多數(shù)液體的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而略有減小。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率（3）氣體的熱導(dǎo)率氣體的熱導(dǎo)率隨溫度升高而增大。在相當(dāng)大的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，氣體的熱導(dǎo)率與壓強(qiáng)幾乎無關(guān)。由于氣體的熱導(dǎo)率太小，因而不利于導(dǎo)熱，但有利于保溫與絕熱。工業(yè)上所用的保溫材料，例如玻璃棉等，就是因?yàn)槠淇障吨杏袣怏w，所以熱導(dǎo)率小，適用于保溫隔熱。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率2、計(jì)算多層平壁導(dǎo)熱速率（1）計(jì)算多層平壁導(dǎo)熱速率在穩(wěn)定傳熱過程中，每一層平面的傳熱速率均相等，由于平壁熱流方向上的傳熱面積不變，則每層熱流密度不變。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率對于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，由于每一層的導(dǎo)熱速率都相等，則即：由此看出：說明在多層平壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)過程中，哪層熱阻大，哪層溫差就就大。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率對多層平面的平壁來說，其傳熱速率的計(jì)算式也可表示為：其中：——間壁內(nèi)外的溫度差，在數(shù)值上等于各層內(nèi)溫度差值之和?！鲗訉?dǎo)熱熱阻之和。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率某燃燒爐由三層固體材料砌成。爐子最內(nèi)層材料為耐火磚，其厚度225mm，熱導(dǎo)率為1.4w/(m·℃.)；中間層為保溫磚，其厚度115mm，熱導(dǎo)率為0.15w/(m·℃)；最外層為普通磚，其厚度225mm，熱導(dǎo)率為0.8w/(m·℃)現(xiàn)測得內(nèi)壁溫度為1000℃，外壁溫度為60℃。試求：爐壁在單位面積上的導(dǎo)熱速率。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率解：爐子內(nèi)外壁溫存在溫度差，必定會以熱傳導(dǎo)的方式向環(huán)境散失熱量。經(jīng)過三層平壁的形成熱傳導(dǎo)，導(dǎo)熱過程中界面溫度穩(wěn)定，各層導(dǎo)熱量相同，按計(jì)算導(dǎo)熱速率。傳熱總推動力為:=1000-60=940℃從內(nèi)到外爐壁的總熱阻為：將各值帶入，得爐壁單位面積上的導(dǎo)熱速率為：04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率某平壁燃燒爐是由一層耐火磚與一層普通磚砌成，兩層的厚度均為100mm，其導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作穩(wěn)定后，測得爐膛的內(nèi)表面溫度為700℃，外表面溫度為130℃。為了減少燃燒爐的熱損失，在普通磚外表面增加一層厚度為40mm、導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W/（m·℃）的保溫材料。操作穩(wěn)定后，又測得爐內(nèi)表面溫度為740℃，外表面溫度為90℃。設(shè)兩層磚的熱導(dǎo)率不變，試計(jì)算加保溫層后爐壁的熱損失比原來的減少百分之幾？04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率解：加保溫層前單位面積爐壁的熱損失為，此時(shí)為雙層平壁的熱傳導(dǎo)，其導(dǎo)熱速率方程為：

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率加保溫層后單位面積爐壁的熱損失為故加保溫層后熱損失比原來減少的百分?jǐn)?shù)為：04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率（2）計(jì)算多層平壁的界面層溫度若各固體層導(dǎo)熱過程中界面接觸良好，則相鄰兩層接觸界面溫度可視為相等，在穩(wěn)定傳熱過程中各層傳熱速率相等的前提下，可以由已知的最內(nèi)層溫度和最外層溫度依次將各界面層溫度計(jì)算出來。以三層平壁導(dǎo)熱為例，如果材料材質(zhì)均勻，層與層界面接觸良好，各層熱導(dǎo)率分別為λ1、λ2、λ3（均為常數(shù)），已測得最內(nèi)層和最外層溫度分別為t1和t2。傳熱過程屬于一維穩(wěn)定導(dǎo)熱，平壁傳熱面積為A，導(dǎo)熱速率為Q常量，因各層傳熱速率相等：04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率則或04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率由三層固體材料砌成的某燃燒爐，最內(nèi)層材料厚度為230mm，熱導(dǎo)率為1.5w/(m·℃.)；中間層厚度120mm，熱導(dǎo)率為0.20w/(m·℃)；最外層厚度230mm，熱導(dǎo)率為0.7w/(m·℃)?，F(xiàn)測得內(nèi)壁溫度為1200℃，外壁溫度為80℃。假設(shè)傳熱過程為穩(wěn)定傳熱過程，試求：（1）爐壁在單位面積上的熱損失。（2）爐子各界面的溫度。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率解：（1）由多層平壁的傳熱速率方程,得：04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率將各值代入，得則爐壁在單位面積上的熱損失為：

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率（2）第一層與第二層的界面溫t2第二層與第三層的界面溫t3

或04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率二、計(jì)算圓筒壁導(dǎo)熱速率1、計(jì)算單層圓筒導(dǎo)熱速率右圖是一個(gè)單層圓筒壁的橫截面，設(shè)圓筒的內(nèi)、外半徑分別為r1和r2，內(nèi)、外表面分別維持恒定的溫度t1和t2，管長L足夠長。由于溫度沿著半徑而變化，故厚度為dr薄層的溫度變化為dt。若在半徑r處沿半徑方向取一厚度為dr的薄壁圓筒，則其傳熱面?zhèn)鳠崦娣e可視為定值，即2πrL。于是，通過dr薄層的傳熱速率便可仿照平壁導(dǎo)熱計(jì)算。根據(jù)傅里葉定律，得：分離變量后積分，整理得：04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率2、計(jì)算多層圓筒壁導(dǎo)熱速率生產(chǎn)過程中，如果在圓筒設(shè)備外包有絕緣層或設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生一層污垢，這樣就構(gòu)成了多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)。如圖所示，為三層圓筒的導(dǎo)熱示意圖，從內(nèi)向外傳遞熱量。假設(shè)圓筒壁材料材質(zhì)均勻，層與層界面接觸良好，各層熱導(dǎo)率分別為λ1、λ2、λ3（均為常數(shù)），厚度分別為δ1、δ2和δ3，已測得最內(nèi)層和最外層溫度分別為t1和t4。第一層的導(dǎo)熱速率為：由于每層導(dǎo)熱速率相同，即：

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率用Ф42×2.5mm的鋼管作為蒸汽管。為了減少熱損失，在管外包兩層保溫材料。第一層是厚度為50mm的氧化鎂，熱導(dǎo)率為0.07w/(m·℃)；第二層是厚度為10mm的氧化鎂石棉，熱導(dǎo)率為0.15w/(m·℃)。若管內(nèi)壁溫度為180℃，氧化鎂石棉外壁溫度為30℃，試求：該蒸汽管每米長的熱損失。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率解：蒸汽管每米長的熱損失可用三層圓筒的導(dǎo)熱速率式計(jì)算：04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率將各值代入，得則爐壁在單位面積上的熱損失為：

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率在Ф140×2.5mm的蒸汽鋼管道外包扎保溫材料，以減少熱損失。蒸氣管外壁溫度為390℃，保溫層外表面溫度不大于40℃。保溫材料的λ=0.1430W/（m·℃））。若要求每米管長的熱損失Q/L不大于450W/m，試求保溫層的厚度。，04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率解：第二層導(dǎo)熱速率數(shù)值上等于總的熱損失，即：已知：將上述各值代入，得由鋼管尺寸得：故保溫層厚度為：計(jì)算出：04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率歸納與總結(jié)1.掌握熱傳導(dǎo)的傳熱機(jī)理。2.掌握計(jì)算熱傳導(dǎo)傳熱速率。模塊二傳熱教學(xué)培訓(xùn)課件04任務(wù)四計(jì)算傳熱的過程速率

04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率82能力目標(biāo)學(xué)習(xí)要求與目標(biāo)1.具有計(jì)算輻射傳熱速率的能力。知識目標(biāo)1.掌握輻射的傳熱機(jī)理。2.掌握計(jì)算輻射傳熱速率。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)誠實(shí)守信、團(tuán)結(jié)協(xié)作、愛崗敬業(yè)精神；2.培養(yǎng)安全、環(huán)保、健康生產(chǎn)意識；3.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及質(zhì)量意識，具備工程管理能力；4.培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力；5.創(chuàng)新能力培養(yǎng)等。子任務(wù)3計(jì)算輻射傳熱速率04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率掌握輻射過程的傳熱機(jī)理，了解計(jì)算輻射的傳熱能力與固體間的輻射傳熱計(jì)算,理解吸收率、反射率、通過率的概念與影響因素以及實(shí)際物體的輻射能力與吸收能力等。能根據(jù)輻射的傳熱實(shí)際情況提出強(qiáng)化或削弱輻射傳熱的措施。子任務(wù)3計(jì)算輻射傳熱速率04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率子任務(wù)3計(jì)算輻射傳熱速率一、計(jì)算輻射傳熱能力1、黑體的輻射能力和斯蒂芬-波爾茲曼定律假設(shè)外界投射到物體表面上的總能量，其中一部分能量進(jìn)入表面后被物體吸收，一部分能量被物體反射，其余部分透過物體。

根據(jù)能量守恒定律：，，A、R和D分別為物體吸收率、反射率和透過率。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率子任務(wù)3計(jì)算輻射傳熱速率物體的吸收率、反射率、透過率的大小，與該物體的性質(zhì)、溫度、相態(tài)、以及表面狀況等因素有關(guān)。04任務(wù)四計(jì)算基本傳熱過程速率子任務(wù)3計(jì)算輻射傳熱速率黑體(絕對黑體)：能