【正文】 溫度分布 參見(jiàn)圖 48所示 。 自然對(duì)流 ：流體中各處的溫度不同而引起的密度差別 ， 使輕者上浮 ，重者下沉 ， 流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對(duì)位移 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 19 熱傳導(dǎo)過(guò)程 熱傳導(dǎo)的應(yīng)用 2724W/m55930λδΣΣΔ tq ?????? 解 ： （ 1） 單位面積的熱損失為： （ 2） 溫差及界面溫度： ℃ 1 1 60 . 1 6 0 77 2 4λδqΔ t111 ????℃ 8 1 41 1 69 3 0Δ ttt 12 ?????℃ 5 5 50 . 7 6 77 2 4λδqΔ t222 ????℃ 2 5 95 5 58 1 4Δ ttt 223 ?????2022年 6月 2日星期四 Process System principle 20 對(duì)流傳熱過(guò)程 對(duì)流傳熱過(guò)程的概念 流體各部分 （ 或與固體表面 ） 之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過(guò)程稱為對(duì)流傳熱 。 ℃ ) ， δ 2=125 mm 建筑磚 λ 3= w/(m 某爐壁由下列三種材料組成： （ 見(jiàn)圖 37所示 ） 耐火磚 λ 1= w/(m 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 17 熱傳導(dǎo)過(guò)程 熱傳導(dǎo)的應(yīng)用 ① 推動(dòng)力和阻力的加和性 AλδttAλδttAλδttQ334322321121 ??????總阻力總推動(dòng)力 λ AδΣΣΔ tQ 或： ?? ② 各層的溫差 321332211433221 R:R:RAλδ:Aλδ:Aλδ )tt (:)t(t :)t(t ?????2022年 6月 2日星期四 Process System principle 18 熱傳導(dǎo)過(guò)程 熱傳導(dǎo)的應(yīng)用 結(jié)論：對(duì)多層圓筒壁同樣適合 。 在圓筒壁內(nèi)取同心薄層圓筒并對(duì)其作熱量衡算： Prrr ctrlrlqrrr lq ?????????? ????? )(|)(| 222 對(duì)于定態(tài)熱傳導(dǎo)： 0????t 則： Qlqrrr lqrrr ???? ??|)(| ?? 222022年 6月 2日星期四 Process System principle 14 熱傳導(dǎo)過(guò)程 熱傳導(dǎo)的應(yīng)用 又： drdtλq ??rdr2 π l λQdt ?? 所以： Clnr2 π l λQt ??? 對(duì)上式進(jìn)行積分得： 式中： r 圓筒任一徑向半徑； l 圓筒管長(zhǎng) 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 12 熱傳導(dǎo)過(guò)程 熱傳導(dǎo)的應(yīng)用 通過(guò)平壁的熱傳導(dǎo)過(guò)程： 圖 45 平壁的熱傳導(dǎo) 平壁的熱傳導(dǎo)的溫度分布見(jiàn)圖 45所示 。 ℃ )； λ 0 固體在溫度 0 ℃ 的導(dǎo)熱系數(shù) ， w/(m ℃ ) λ 表征材料導(dǎo)熱性能的一個(gè)參數(shù) ， 其值越大 ， 材料導(dǎo)熱性能越好 。 ℃ ) 建筑材料 101～ 10 w/(m 熱傳導(dǎo)概念 熱傳導(dǎo)規(guī)律 （ 1） 傅立葉 （ Fourier） 定律： ntλq???? 式中： q 熱流密度 ， w/m2 ； 法向溫度梯度 ， ℃ /m； λ 比例系數(shù) ， 稱為導(dǎo)熱系數(shù) ， w/(m 在傳熱系統(tǒng)中 ， 有能量積累的傳熱過(guò)程稱非穩(wěn)態(tài)傳熱 。 間歇操作的換熱設(shè)備 、 連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中的開(kāi)工 、 停工 。 連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中的傳熱多是穩(wěn)態(tài)傳熱 。 單位時(shí)間 、 通過(guò)單位傳熱面積的熱量 W/m2。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 7 熱量傳遞過(guò)程概述 載熱體及其選擇 其它要求： ① 載熱體的溫度應(yīng)易于調(diào)節(jié) ； ② 載熱體的飽和蒸氣壓宜低 ， 加熱時(shí)不會(huì)分解 ； ③ 載熱體毒性要小 ， 使用安全 ， 對(duì)設(shè)備應(yīng)基本上沒(méi)有腐蝕 ； ④ 載熱體應(yīng)價(jià)格低廉而且容易得到 。 冷卻劑 ： 水 、 空氣和各種冷凍劑 。 載熱體 ： 供給冷流體熱量 或?qū)?熱流體 的熱量帶走的流體 。 圖 43 間壁式換熱 （ 3） 蓄熱式傳熱 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 5 （ 1） 直接接觸傳熱 。 （ 3） 輻射傳熱 。 （ 3） 保溫 ， 以減少熱量或冷量的損失 。過(guò) 程 系 統(tǒng) 原 理 第四章 熱量傳遞過(guò)程 主講人：程 明 南京工業(yè)大學(xué)本科系列課程 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 2 教學(xué)內(nèi)容 對(duì)流傳熱過(guò)程 熱傳導(dǎo)過(guò)程 熱量傳遞過(guò)程概述 輻射傳熱過(guò)程 傳熱過(guò)程計(jì)算 傳熱設(shè)備（換熱器） 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 3 熱量傳遞過(guò)程概述 熱量傳遞的目的 圖 41 典型的換熱流程 1換熱器 2反應(yīng)器 （ 1） 加熱或冷卻 ， 使物料達(dá)到指定的溫度 。 （ 2） 換熱 ， 以回收利用熱量或冷量 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 4 熱量傳遞過(guò)程概述 熱量傳遞的方式 （ 2） 對(duì)流傳熱 。 （ 1） 熱傳導(dǎo) 。 圖 42 直接接觸換熱 熱量傳遞過(guò)程概述 冷、熱流體的接觸方式 （ 2） 間壁式傳熱 。 圖 44 蓄熱式換熱 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 6 熱量傳遞過(guò)程概述 載熱體及其選擇 （ 1） 載熱體 ： 起加熱作用的載熱體稱為加熱劑 ； 起冷卻作用的載熱體稱為冷卻劑 。 （ 2） 載熱體 的選擇： 加熱劑 ： 熱水 、 飽和水蒸氣 、 礦物油 、 聯(lián)苯混合物 、 熔鹽 和煙道氣等 。 載熱體 的選擇要求： 加熱 時(shí) ， 溫位越高 ， 價(jià)值越大 ； 冷卻 時(shí) ， 溫位越低 ， 價(jià)值越大 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 8 熱量傳遞過(guò)程概述 傳熱速率 （ 1） 熱流量 Q： 單位時(shí)間內(nèi)熱流體通過(guò)整個(gè)換熱器的傳熱面?zhèn)鬟f給冷流體的熱量 W。 （ 2） 熱流密度 （ 或熱通量 ） q： dAdQq ?2022年 6月 2日星期四 Process System principle 9 熱量傳遞過(guò)程概述 穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱 （ 1） 穩(wěn)態(tài)傳熱： 特點(diǎn)：傳熱系統(tǒng)中 ， 溫度分布不隨時(shí)間而變 ， 且傳熱速率在任何時(shí)間都為常數(shù) 。 （ 2） 非穩(wěn)態(tài)傳熱： 特點(diǎn)：傳熱系統(tǒng)中 ， 溫度分布隨時(shí)間而變 。 在傳熱系統(tǒng)中 ， 不積累能量的傳熱過(guò)程稱穩(wěn)態(tài)傳熱 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 10 熱傳導(dǎo)過(guò)程 熱傳導(dǎo)規(guī)律 熱傳導(dǎo) （ 或?qū)?） ：物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移 ， 僅借分子 、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞 。 ℃ ) nt??2022年 6月 2日星期四 Process System principle 11 熱傳導(dǎo)過(guò)程 熱傳導(dǎo)規(guī)律 （ 2） 導(dǎo)熱系數(shù) λ 例： 金屬 10～ 102 w/(m ℃ ) 絕熱材料 102～ 101 w/(m 實(shí)驗(yàn)測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù) λ 與溫度 t的關(guān)系： )1(0 at?? ?? 式中： λ 固體在溫度 t ℃ 的導(dǎo)熱系數(shù) ， w/(m ℃ )； a 溫度系數(shù) ， 1/℃ ， ； 對(duì)大多數(shù)金屬材料為負(fù)值 ， 對(duì)大多數(shù)非金屬材料為正值 。 c o n s t .dxdtλq ??? 由傅立葉 （ Fourier） 定律可知： 對(duì)上式積分得： 21 ttΔ t , δΔ tλAQq ???? 又可寫(xiě)為： 熱阻推動(dòng)力RΔ t Δ tQ ???A??2022年 6月 2日星期四 Process System principle 13 熱傳導(dǎo)過(guò)程 熱傳導(dǎo)的應(yīng)用 通過(guò)圓筒壁的熱傳導(dǎo)過(guò)程： 圖 46 圓筒壁的熱傳導(dǎo) 圓筒壁的熱傳導(dǎo)的溫度分布見(jiàn)圖 46所示 。 邊界條件： 2211tt , 時(shí) rrtt , 時(shí) rr????2022年 6月 2日星期四 Process System principle 15 熱傳導(dǎo)過(guò)程 熱傳導(dǎo)的應(yīng)用 將邊界條件帶入上式 ， 得： ????????????????????12211221ddln)t2 πλ l(tQ 或 rrln)t2 πλ l(tQ 式子可以改寫(xiě)為： ?????????????1212mm21mAAlnAAA 式中： , λ AδΔ t δtt λ AQ2022年 6月 2日星期四 Process System principle 16 熱傳導(dǎo)過(guò)程 熱傳導(dǎo)的應(yīng)用 若 2AAA 則可取 , 2dd 21m12 ??? 圓筒壁熱阻為： m22λ Aδ2 πλ lddlnR ?????????? 多層平壁的熱傳導(dǎo)過(guò)程： 圖47 多層平壁的熱傳導(dǎo) 圓筒壁的熱傳導(dǎo)的溫度分布見(jiàn)圖 47所示 。 即： λ AδΣΣΔ tQm? 例：界面溫度的求取 。 ℃ ) ， δ 1=225 mm 保溫磚 λ 2= w/(m ℃ ) ， δ 3=225 mm 已測(cè)得內(nèi) 、 外表面溫度分別為 930 ℃ 和 55 ℃ ， 求單位面積的熱損失和各層間接觸面的溫度 。 對(duì)流分為 自然對(duì)流 和 強(qiáng)制對(duì)流 。 強(qiáng)制對(duì)流 ：因泵 （ 風(fēng)機(jī) ） 或攪拌等外力所致的質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng) 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 22 對(duì)流傳熱過(guò)程 對(duì)流傳熱過(guò)程分析 三種情況流體傳給壁面的熱流密度仍由傅立葉定律確定 ， 即： δΔ TλyTλq0y??????? ????? 結(jié)論