傳熱及傳熱設(shè)備概論(已修改)
2025-02-23 16:06 本頁(yè)面
【正文】 安全工程專業(yè)專業(yè)基礎(chǔ)課安全工程專業(yè)課件本章重點(diǎn)216。 掌握三種傳熱方式的基本定律和計(jì)算方法。216。 重點(diǎn)掌握對(duì)流傳熱及其計(jì)算。216。 了解換熱器的類型、結(jié)構(gòu)。掌握列管式換熱器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)及選用。216。 了解新型換熱器的結(jié)構(gòu)及原理。掌握強(qiáng)化傳熱的途徑。安全工程專業(yè)課件本章主要內(nèi)容n 第一節(jié) 概述n 第二節(jié) 熱傳導(dǎo)n 第三節(jié) 對(duì)流傳熱n 第四節(jié) 傳熱計(jì)算n 第五章 輻射傳熱n 第六章 換熱器n 小結(jié)、習(xí)題課安全工程專業(yè)課件第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述 化工生產(chǎn)需要大規(guī)模地改變物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，這些性質(zhì)的變化都涉及熱能的傳遞。 化學(xué)反應(yīng)：向反應(yīng)器提供熱量或從反應(yīng)器移走熱量；蒸發(fā)、蒸餾、干燥：按一定的速率向這些設(shè)備輸入熱量；高溫或低溫設(shè)備：隔熱保溫，減少熱損失；熱能的合理利用和廢熱回收?；どa(chǎn)的傳熱問(wèn)題安全工程專業(yè)課件一、熱一、熱 量傳遞的方式量傳遞的方式熱傳導(dǎo)： 依靠物體中微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)，如固體中的傳熱；熱對(duì)流： 流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）發(fā)生宏觀相對(duì)位移而引起的傳熱現(xiàn)象，對(duì)流傳熱只能發(fā)生在流體中，通常把傳熱表面與接觸流體的傳熱也稱為對(duì)流傳熱；熱輻射： 高溫物體以電磁波的形式進(jìn)行的一種傳熱現(xiàn)象熱輻射不需要任何介質(zhì)作媒介。在高溫情況下，輻射傳熱成為主要傳熱方式。 第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述安全工程專業(yè)課件 （一）熱傳導(dǎo) 氣體 分子做不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果； 固體 導(dǎo)電體：自由電子在晶格間的運(yùn)動(dòng)； 非導(dǎo)電體：通過(guò)晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)； 液體 機(jī)理復(fù)雜。 特點(diǎn)：靜止介質(zhì)中的傳熱，沒(méi)有物質(zhì)的宏觀位移。第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述安全工程專業(yè)課件（二）熱對(duì)流n自然對(duì)流：由于流體內(nèi)溫度不同造成的浮升力引起的流動(dòng)。n強(qiáng)制對(duì)流：流體受外力作用而引起的流動(dòng)。n特點(diǎn)：流動(dòng)介質(zhì)中的傳熱，流體作宏觀運(yùn)動(dòng)。（三）熱輻射n物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過(guò)程稱為熱輻射。n能量轉(zhuǎn)移、能量形式的轉(zhuǎn)化。n不需要任何物質(zhì)作媒介 。第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述安全工程專業(yè)課件二、典型的換熱設(shè)備 直接混合式傳熱：冷熱兩種流體直接接觸，在混合過(guò)程中進(jìn)行熱交換。不常用，如涼水塔。 間壁式換熱：參與傳熱的兩種流體被隔開(kāi)在固體間壁的兩側(cè)，冷、熱兩流體在不直接接觸的條件下通過(guò)固體間壁進(jìn)行熱量的交換。套管式換熱器 冷溶液進(jìn) 冷溶液出 熱溶液進(jìn)熱溶液出第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述安全工程專業(yè)課件列管式換熱器 單程列管式換熱器 雙程列管式換熱器 1 2 3 3 6 6 5 445 7二典型的換熱設(shè)備第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述安全工程專業(yè)課件傳熱過(guò)程的基本問(wèn)題⑴ 載熱體用量的確定；⑵ 設(shè)計(jì)新的換熱器；⑶ 核算現(xiàn)有換熱器的傳熱性能；⑷ 強(qiáng)化或削弱傳熱的方法。 解決這些問(wèn)題需要兩個(gè)基本關(guān)系式熱量恒算式熱量恒算式 若忽略過(guò)程熱損失傳熱速率關(guān)系傳熱速率關(guān)系 傳熱速率 (熱流量 ) Q ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所交換的熱量 (W)傳熱通量 (熱流密度 ) q：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位傳熱面積上傳遞的熱量 (W/m2)第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述安全工程專業(yè)課件第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述（一）間壁式換熱器三、流體通過(guò)間壁換熱過(guò)程冷流體 t1t2熱流體 T1T2夾套式換熱器安全工程專業(yè)課件傳熱速率 Q（熱流量）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)換熱器的整個(gè)傳熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位 J/s或 W 。熱流密度 q （熱通量） ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位傳熱面積傳遞的熱量，單位 J/(s. m2)或 W/m 2。（二）傳熱速率與熱流密度第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述安全工程專業(yè)課件（三）穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱 非穩(wěn)態(tài)傳熱 穩(wěn)態(tài)傳熱 第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述安全工程專業(yè)課件（四）兩流體通過(guò)間壁的傳熱過(guò)程t2t1T1T2對(duì)流對(duì)流 傳導(dǎo)冷流體Q熱流體穩(wěn)態(tài)傳熱：第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述安全工程專業(yè)課件式中 ?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/(m 2℃ )或 W/(m 2K)。（五）總傳熱速率方程第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第一節(jié) 概述安全工程專業(yè)課件第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導(dǎo)一、熱傳導(dǎo)基本概念溫度場(chǎng)：某時(shí)刻，物體或空間各點(diǎn)的溫度分布。 （一）溫度場(chǎng)和等溫面非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng) 穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng) 等溫面：在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)中所有溫度相同的點(diǎn) 組成的面。 不同溫度的等溫面不相交。安全工程專業(yè)課件（二）溫度梯度 n?n ?xt+?ttxQ 方向：法線方向，以溫度增加的方向?yàn)檎?。第三? 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導(dǎo)溫度梯度：兩等溫面的溫度差與其間的法線距離之比稱為溫度梯度，即 :安全工程專業(yè)課件式中 dQ ── 熱傳導(dǎo)速率， W 或 J/s； dA ── 導(dǎo)熱面積， m2； ?t/?n ── 溫度梯度， ℃ /m或 K/m； ? ── 導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m ℃ )或 W/(mK) 。 負(fù)號(hào)表示傳熱方向與溫度梯度方向相反第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導(dǎo)單位時(shí)間通過(guò)單位面積的熱流量與其溫度梯度成正比，即 :二、傅里葉定律 Fourier安全工程專業(yè)課件第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導(dǎo)三、熱導(dǎo)率 /熱傳導(dǎo)系數(shù)熱導(dǎo)率： 表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的物理量，稱為熱導(dǎo)率。熱導(dǎo)率的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、壓力和溫度有關(guān)固體的熱導(dǎo)率： 金屬的熱導(dǎo)率較大，且隨溫度升高而略有下降；非金屬的熱導(dǎo)率較小，且一般隨溫升而增。在不是特別精確的計(jì)算時(shí)，我們可認(rèn)為固體的熱導(dǎo)率是常數(shù)。液體的熱導(dǎo)率： 非金屬液體中水的熱導(dǎo)率最大。除水和甘油外，熱導(dǎo)率隨溫升而降。氣體的熱導(dǎo)率： 氣體的熱導(dǎo)率很小，不利于傳熱而有利于保溫。故一般的保溫材料都是多孔的。安全工程專業(yè)課件 ?在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量 ? = f(結(jié)構(gòu) , 組成 , 密度 , 溫度 , 壓力） ?金屬固體 ?非金屬固體 ?液體 ?氣體 ?表征材料導(dǎo)熱性能的 物性 參數(shù)三、熱傳導(dǎo)系數(shù)第三章 傳熱及傳熱設(shè)備第二節(jié) 熱傳導(dǎo)安全工程專業(yè)
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