任務3

基本傳熱的過程速率計算武漢軟件工程職業(yè)學院1導熱速率的計算在穩(wěn)定導熱時，單位時間內通過壁面的傳熱（稱為導熱速率）與溫度梯度以及垂直于熱流方向的等溫面面積成正比，即：傅立葉定律式中：Q——導熱速率，W；λ——導熱系數W/(m·℃)；S——導熱面積，m2；b——平壁的厚度，m.tW1-tW2=Δt平壁兩側表面的溫度差，℃。QQStw1tw2

基本傳熱的過程速率計算導熱系數物理意義為：在單位溫度梯度（1K/m）下，單位時間（1s）通過單位導熱面積（1m2）的導熱面所傳導的熱量（J）導熱系數及影響因素導熱系數的影響因素：物質種類、操作條件大多數純金屬的導熱系數隨溫度升高而降低。非金屬固體的導熱系數隨密度增加而增大，亦隨溫度升高而增大。氣體的導熱系數隨溫度的升高而增大

基本傳熱的過程速率計算1導熱速率的計算根據傅立葉定律平壁穩(wěn)定導熱方程式可表示為：

平壁的穩(wěn)態(tài)導熱⑴單層平壁的導熱

基本傳熱的過程速率計算1導熱速率的計算右面以三層平壁為例，各層的壁厚分別為b1、b2、b3，導熱系數分別為λ1、λ2、λ3

，層與層間接觸良好，接觸的兩表面的溫度相同，各表面的溫度為tW1、tW2、tW3、tW4⑵多層平壁的熱傳導b1b2b3tW1tW2tW3tW4λ1λ2λ3溫差與導熱系數的關系？

基本傳熱的過程速率計算1導熱速率的計算⑵多層平壁的熱傳導在定態(tài)(穩(wěn)態(tài)）導熱時，通過各層的導熱速率必相等即Q1=Q2=Q3由上式分析得知：

基本傳熱的過程速率計算1導熱速率的計算將上面三式相加，并整理得：對n層平壁其導熱速率為：

基本傳熱的過程速率計算1導熱速率的計算

圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導圓筒壁與平壁的區(qū)別是傳熱面積發(fā)生變化，即平壁是傳熱面積不變，而圓筒壁的傳熱面積隨半徑而變。故計算要稍為復雜。其中Sm=2πrmL，且:⑴單層圓筒壁QQr1r2

基本傳熱的過程速率計算1導熱速率的計算⑴單層圓筒壁說明：當r2/r1≤2時，可采用算術平均值代替對數平均值。即：

基本傳熱的過程速率計算1導熱速率的計算對于接觸良好的多層圓筒壁類似于多層平壁，區(qū)別在傳熱面積及傳熱壁厚的計算上，傳熱面積同單層圓筒壁的計算相似，壁厚=rn-rn-1⑵多層圓筒壁說明：Sm2的計算方法與Sm1相似

基本傳熱的過程速率計算1導熱速率的計算對流傳熱時是流體流過固體表面時的傳熱過程。在此過程中的傳熱機理非常復雜，其傳熱速率與很多因素有關，依據在傳熱過程中流體的狀態(tài)，將對流傳熱分為兩類：⑴流體無相變時的對流傳熱①強制對流傳熱②自然對流傳熱⑵流體有相變時的對流傳熱①蒸氣冷凝②液體沸騰

基本傳熱的過程速率計算1導熱速率的計算2對流傳熱速率計算對流給熱過程分析

如圖所示，熱量是從熱流體主體一側通過間壁傳遞到冷流體主體一側熱量對流熱流體主體間壁導熱熱量對流冷流體主體不存在溫差存在溫差不存在溫差提示：沒有溫差（推動力），是因為沒有阻力

基本傳熱的過程速率計算流體主體內為湍流，熱量傳遞非常充分，沒有溫差。流動的流體與間壁間存在層流內層，在層流內層內，熱量傳遞方向與流體流動方向垂直，故熱量通過導熱方式傳遞到間壁的在層流內層，因液體的導熱系數小，傳熱熱阻大，即溫差大。且層流內層厚度越厚，熱阻越大，故為降低熱阻，必須減小層流內層的厚度其操作方法是增大流體的流速

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算在湍流主體內，由于流體質點湍動劇烈，各處的溫度基本相同；在過渡層內，流體的溫度發(fā)生緩慢變化，傳導和對流同時起作用；在層流內層中，流體僅沿壁面平行流動，在傳熱方向上沒有質點位移，所以熱量傳遞主要依靠熱傳導進行，因此在該層內流體溫度差較大由以上分析可知，在對流傳熱（或稱給熱）時，熱阻主要集中在層流內層，因此，減薄層流內層的厚度或破壞層流內層是強化對流傳熱的重要途徑

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算對流給熱基本方程牛頓冷卻定律：α-平均對流傳熱系數W/m2·℃；

S-中傳熱面積m2；Δt-流體主體與壁面間的溫度差的平均值/℃

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算對流給熱系數

概述：對流傳熱系數α表示在單位傳熱面積上，流體與壁面的溫度差為1K時，單位時間以對流傳熱方式傳遞的熱量。它反映了對流傳熱的強度。對流傳熱系數α越大，說明對流強度越大，對流傳熱熱阻越小對流傳熱系數α不同于導熱系數λ，它不是物性，而是受諸多因素影響的一個參數。氣體的α值最小，載熱體發(fā)生相變時的α值最大。同時管子的結構對α也有較大的影響

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算

影響對流傳熱系數的因素及一般關聯式⑴影響對流傳熱系數的因素①流動產生的原因α強〉α自。②流體的流動狀況湍流流動時，隨著雷諾準數的增加，層流內層厚度減薄，傳熱系數α增大。層流流動時，流體在徑向上基本沒有混雜，所以α就小

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算③流體有無相變發(fā)生α相變＞α無相變。④流體的物理性質

流體的物理性質Cp、λ、μ、ρ、體積膨脹系數及汽化潛熱等對α的影響。⑤傳熱面的形狀、位置和大小傳熱表面的形狀，流體與壁面的相對位置都會影響α。另傳熱面的幾何形狀不一樣.α也不同⑴影響對流傳熱系數的因素

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算⑵對流傳熱系數的一般關聯式α=f(Cp,λ,μ,ρ,l,Δt…)l是傳熱面的特性尺寸，可以是管子內徑獲外徑或平板高度.流體無相變時的對流傳熱系數αNu=f(Re,Pr,Gr)自然對流Nu=f(Pr,Gr)；強制對流Nu=f(Re,Pr)無相變時Nu=CRemPrnGric,m,n,i由實驗測定，求出α

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算⑶流體無相變時的對流傳熱系數流體在圓形直管內作強制湍流低粘度流體（μ<2μ水）時，Nu=0.023Re0.8Prn流體被加熱時，n=0.4；流體被冷卻時，n=0.3定性溫度：流體進出口主體溫度的算術平均值.由上式看出，α除跟物性有關外，還與di,u有關

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算流體在圓形直管內作強制湍流結論：流體在圓形管內作強制對流時，其α與流速的0.8次方成正比，與管徑的0.2次方成反比。若管徑不變，僅流速增加一倍，u2=2u1，α2=α1*20.8=1.741α1μ---液體主體平均溫度下的粘度；

μω---液體在壁溫下的粘度。

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算流體在圓形直管內作強制湍流應用范圍：Re>10000，l/di>50，Pr=0.5～16700定性溫度：液體進出口主體溫度的算術平均值，除μw外使用以上兩個公式時的注意事項

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算流體在圓形直管內作強制湍流B、特征尺寸必須按照規(guī)定方式選取，如Nu、Re中的L，對于管內流體與壁面間的對流傳熱，L指的是di

A、注意使用范圍，主要指Re、Pr，必須是指定范圍，否則誤差較大

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算C、注意定性溫度必須按規(guī)定方式選取，這里除μw外，都指流體進出口溫度的算術平均值⑷流體有相變時的對流傳熱系數說明：蒸氣冷凝和液體沸騰是伴有相變化的對流傳熱過程，有相變過程的對流傳熱的特點是：相變液體要放出或吸收大量的潛熱，而流體的溫度不變，因此在壁面附近流體層中溫度梯度較大，從而使對流傳熱系數較無相變時大①蒸氣冷凝蒸氣冷凝的方式滴狀冷凝、膜狀冷凝。且α滴>α膜

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算蒸汽冷凝過程中的注意事項A、不凝氣的影響。B、蒸汽流速和流向的影響。流速增加，α增大.流向和冷凝液流向相同，傳熱效率高。C、蒸汽過熱的影響。使α增加。D、傳熱面形狀的影響。①蒸氣冷凝在實際操作中，如何避免不利的影響，強化有利的影響？

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算②液體沸騰注意：管內沸騰、大容器沸騰的不同液體沸騰曲線液體沸騰方式：管內沸騰大容器沸騰

基本傳熱的過程速率計算2對流傳熱速率計算3輻射傳熱速率計算

基本概念和基本定律物體由于本身溫度或受熱而引起內部原子的復雜振動并以電磁波的形式向外發(fā)射能量的過程稱為熱輻射在熱輻射過程中，物體的熱能轉變?yōu)檩椛淠?，只要物體溫度不變，發(fā)射的能量就不變

基本傳熱的過程速率計算QQAQDQR式中：Q-輻射總能量；QA-被物體吸收的能量；QD-穿透物體的能量；QR-被反射的能量基本概念和基本定律

基本傳熱的過程速率計算3輻射傳熱速率計算

基本傳熱的過程速率計算3輻射傳熱速率計算若表示落在物體表面的輻射能全部被吸收，此物體為絕對黑體（簡稱黑體）若表示落在物體表面的輻射能全部被反射出去，此物體為鏡體（簡稱白體）若表示落在物體表面的輻射能全部穿透物體，此物體為絕對透熱體（簡稱透熱體）灰體——指能以相同的吸收率吸收所有波長范圍輻射能的物體

基本傳熱的過程速率計算3輻射傳熱速率計算

基本概念和基本定律斯蒂芬-波爾斯曼定律

基本傳熱的過程速率計算3輻射傳熱速率計算

基本概念和基本定律克?；舴蚨扇魏挝矬w的輻射能力和吸收率的比值等于同溫度下黑體的輻射能力，且只和溫度有關比較與灰體的吸收率在數值上等于同溫下該黑體的黑度

基本傳熱的過程速率計算3輻射傳熱速率計算兩物體間的輻射傳熱工業(yè)上兩物體間多次部分吸收和反射，最終熱流方向由高溫物體傳向低溫物體，其凈傳熱量與兩物體的溫度、形狀、相對位置及物體本身的性質有關。其計算式為：

基本傳熱的過程速率計算3輻射傳熱速率計算設備熱損失的計算化工生產中，許多設備外壁溫度高于環(huán)境溫度，熱量以對流和輻射方式向環(huán)境散熱，造成熱量損失。為減少熱損失或改善工作條件等，將設備或管道外壁采用保溫材料包裹進行保溫。保溫材料多為導