化工原理復(fù)習(xí)課

傳熱2014.6.3非穩(wěn)態(tài)傳熱

穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱

穩(wěn)態(tài)傳熱

傳熱速率在任何時(shí)刻都是常數(shù)，系統(tǒng)各點(diǎn)的溫度僅隨位置變化而與時(shí)間無關(guān)，反之為非穩(wěn)態(tài)傳熱，本章主要討論穩(wěn)態(tài)傳熱。兩流體通過間壁的傳熱過程t2t1T1T2對(duì)流對(duì)流傳導(dǎo)冷流體Q熱流體穩(wěn)態(tài)傳熱：式中

tm──兩流體的平均溫度差，℃或K；

A──傳熱面積，m2；

K──總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)或W/(m2·K)?？倐鳠崴俾史匠谈盗⑷~定律式中dQ

──熱傳導(dǎo)速率，W或J/s；

dA

──導(dǎo)熱面積，m2；

t/

x

──溫度梯度，℃/m或K/m；

──導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)或W/(m·K)。

負(fù)號(hào)表示傳熱方向與溫度梯度方向相反

傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，它指出：單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比，即t1t2btxdxQ平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)

（一）單層平壁熱傳導(dǎo)

假設(shè)：材料均勻，為常數(shù)；一維溫度場，t沿x變化；A/b很大，忽略端損失。

（二）多層平壁熱傳導(dǎo)假設(shè)：各層接觸良好，接觸面兩側(cè)溫度相同。t1t2b1txb2b3t2t4t3圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)

（一）單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)

特點(diǎn)：傳熱面積隨半徑變化，

A=2

rl(2)一維溫度場，t沿r變化。

（二）多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)2023/11/2010湍流主體對(duì)流傳熱溫度分布均勻?qū)恿鞯讓訉?dǎo)熱溫度梯度大壁面導(dǎo)熱(導(dǎo)熱系數(shù)較流體大)有溫度梯度不同區(qū)域的傳熱特性：傳熱邊界層（thermalboundarylayer）：溫度邊界層。有溫度梯度較大的區(qū)域。傳熱的熱阻即主要集中在此層中。溫度距離TTwtwt熱流體冷流體傳熱壁面湍流主體湍流主體傳熱壁面層流底層層流底層傳熱方向?qū)α鱾鳠崾疽鈭D對(duì)流傳熱式中 Q──對(duì)流傳熱速率，W；

1

、

2

──熱、冷流體的對(duì)流傳熱系數(shù)，

W/(m2·K)；

T、TW、t、tW──熱、冷流體的平均溫度及

平均壁溫，℃。

冷流體：熱流體：牛頓冷卻定律對(duì)流傳熱速率方程2.引起流動(dòng)的原因自然對(duì)流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動(dòng)。強(qiáng)制對(duì)流：由于外力和壓差而引起的流動(dòng)。

強(qiáng)制

>自然

對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素1.流動(dòng)狀態(tài)

湍流

>層流

5.是否發(fā)生相變

相變

>無相變4.傳熱面的形狀，大小和位置形狀——管、板、管束等；大小——管徑、管長、板厚等；位置——管子的排列方式，垂直或水平放置。3.流體的物性

，

，

，cp

一、傳熱平均溫度差二、總傳熱系數(shù)三、壁溫的計(jì)算傳熱過程計(jì)算一、傳熱平均溫度差逆流、并流均適用；當(dāng)t2/t1<2，則可用算術(shù)平均值?！獙?duì)數(shù)平均溫度差二、總傳熱系數(shù)

（1）平壁dA=dA1=dA2=dAm討論：（2）以外表面為基準(zhǔn)(dA=dA1)K1——以外表面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)，W/(m2.K)dm——對(duì)數(shù)平均直徑，m以內(nèi)表面為基準(zhǔn)：d1/d2<2可用算術(shù)平均值三、壁溫的計(jì)算對(duì)于穩(wěn)態(tài)傳熱：

twTw管內(nèi)對(duì)流管外對(duì)流導(dǎo)熱冷流體熱流體tTdQdQ1dQ3dQ2傳熱計(jì)算小結(jié)總傳熱速率方程熱量衡算式

(熱負(fù)荷)無相變

有相變

應(yīng)用條件：定態(tài)流動(dòng)，qm為常數(shù)；

cP為常數(shù)；

K為常數(shù)；忽略熱損失。傳熱計(jì)算小結(jié)總傳熱速率方程熱量衡算式

(熱負(fù)荷)無相變

有相變

應(yīng)用條件：定態(tài)流動(dòng)，qm為常數(shù)；

cP為常數(shù)；

K為常數(shù)；忽略熱損失。習(xí)題1

蒸汽管道的外徑為220mm,其上覆蓋一層厚為200mm的保溫層。蒸汽管外表面溫度為177℃

，保溫層外表面溫度為40

℃，保溫材料λ=0.52+9×10-4t(w/m·℃)。求每米管長的熱損失。解：分離變量積分習(xí)題2

（傳熱綜合問題）在1m長的套管換熱器中用熱水將管內(nèi)的果汁從t1=10

℃加熱至t2=50

℃

，熱水從進(jìn)口溫度T1=98

℃降至T2=68

℃

，兩流體并流流動(dòng)，求（1）欲將果汁加熱至t?2=60℃

，管長需增加多少米？（2）若改用逆流操作后管長增加多少米？（上述各工況下熱水、果汁的流量，入口溫度，所有的物性參數(shù)均不變且忽略熱損失）解：換熱器中兩流體無相變化，則有Q=qmhcph(T1-T2)=qmccpc(t2-t1)Q=qmhcph(98-68)=qmccpc(50-10)（a）

當(dāng)果汁加熱至t?2=60℃時(shí)，設(shè)水的出口溫度為T2?，根據(jù)題意有Q=qmhcph(98-T?2)=qmccpc(60-10)（b）聯(lián)立式a和b，解得：T?2=60.5

℃對(duì)于第一種工況：對(duì)于第二種工況：由總傳熱速率方程：