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導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱系數(shù)的比較.ppt

上傳人:tia****nde 文檔編號:14138203 上傳時間:2020-07-06 格式:PPT 頁數(shù):16 大?。?95.74KB
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1、導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱系數(shù),,一、物理意義,1、導(dǎo)熱系數(shù) 指單位溫度梯度(1K/m)時的導(dǎo)熱通量(W/)。即1m厚的材料,兩側(cè)表面的溫差為1K,在1s內(nèi),通過1平方米面積傳遞的熱量,單位為W/(mK)。用表示。,一、物理意義,2、對流傳熱系數(shù) 指在穩(wěn)定傳熱條件下,兩側(cè)空氣溫差為1K,1s內(nèi)通過1平方米面積傳遞的熱量,單位是W/(K)。用表示。 3、聯(lián)系 =/ 為層流膜的厚度,它是一個虛擬的當(dāng)量流體膜,因此也把對流傳熱系數(shù)稱為膜系數(shù)。而實際上并不存在這一層流膜,也不等于層流內(nèi)部的厚度,引入此概念只是為簡化過程。,一、物理意義,4、區(qū)別 對流傳熱系數(shù)不是描述物質(zhì)物性的物理

2、量,它會隨著不同的外界條件而發(fā)生變化,例如溫度,流速,流量等,是一個工程上的概念。 導(dǎo)熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)、密度、含水率、溫度等因素有關(guān),是反映材料熱性能的重要物理量.,二、公式,1、導(dǎo)熱系數(shù) 傅立葉定律 q=dQ/dA=-t/x 在導(dǎo)熱現(xiàn)象中,單位時間內(nèi)通過給定截面的熱量,正比例于垂直于該界面方向上的溫度變化率和截面面積,而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。 它并不是由熱力學(xué)第一定律導(dǎo)出的數(shù)學(xué)表達(dá)式,而是基于實驗結(jié)果的歸納總結(jié),是一個經(jīng)驗公式。 傅立葉定律適用于所有物質(zhì),不管它處于什么狀態(tài)(固體、液體或者氣體)。,二、公式,2、對流傳熱系數(shù) 牛頓冷確定律

3、Q=(tw-t)A 溫度高于周圍環(huán)境的物體向周圍媒質(zhì)傳遞熱量逐漸冷卻時所遵循的規(guī)律。當(dāng)物體表面與周圍存在溫度差時,單位時間從單位面積散失的熱量與溫度差成正比。,三、測定及影響因素,1、導(dǎo)熱系數(shù) 通常,物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)可以通過理論和實驗兩種方式來獲得。 理論上,從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)出發(fā),以量子力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)為基礎(chǔ),通過研究物質(zhì)的導(dǎo)熱機(jī)理,建立導(dǎo)熱的物理模型,經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析和計算可以獲得導(dǎo)熱系數(shù)。但由于理論的適用性受到限制,而且隨著新材料的快速增多,人們迄今仍尚未找到足夠精確且適用于范圍廣泛的理論方程,因此對于導(dǎo)熱系數(shù)實驗測試方法和技術(shù)的探索,仍是物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)的主要來源。,三、測定及影響因素,在所

4、有固體中,金屬是最好的導(dǎo)熱體。純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)一般隨溫度升高而降低。而金屬的純度對導(dǎo)熱系數(shù)影響很大,如含碳為1%的普通碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/m K ,不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)僅為16 W/m K 。 液體分成金屬液體和非金屬液體兩類,前者導(dǎo)熱系數(shù)較高,后者較低。在非金屬液體中,水的導(dǎo)熱系數(shù)最大,除去水和甘油外,絕大多數(shù)液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而略有減小。一般來說,溶液的導(dǎo)熱系數(shù)低于純液體的導(dǎo)熱系數(shù)。,三、測定及影響因素,氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大。在通常的壓力范圍內(nèi),其導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力變化很小,只有在壓力大于196200kN/,或壓力小于2.67 kN/ (20mmHg) 時,導(dǎo)熱系數(shù)才隨壓力的增

5、加而加大。故工程計算中常可忽略壓力對氣體導(dǎo)熱系數(shù)的影響。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小,故對導(dǎo)熱不利,但對保溫有利。 2、對流傳熱系數(shù) 獲得對流傳熱系數(shù)的方法大致有四種: (1)分析法,對描寫某一類對流傳熱問題的偏微分方程及相應(yīng)的定解條件進(jìn)行數(shù)學(xué)求解,從而獲得速度場和溫度場的分析解的方法。,三、測定及影響因素,(2)實驗法,在相似原理指導(dǎo)下進(jìn)行實驗研究,是目前獲得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的主要途徑。 (3)比擬法,通過研究動量傳遞及熱量傳遞的共性或類似特性,以建立起表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與阻力系數(shù)間的相互關(guān)系的方法。 (4)數(shù)值法,在求解導(dǎo)熱系數(shù)的基礎(chǔ)上,增加對流項的離散及動量方程中的壓力梯度項的數(shù)值處理,從而獲得表面?zhèn)鳠嵯?/p>

6、數(shù)的方法。,三、測定及影響因素,影響對流傳熱系數(shù)的因素 (1)層流與湍流 層流:流體在熱流方向上基本沒有混合流動, 湍流:有混合流動,Re層流內(nèi)層厚度, (2)流體的性質(zhì) 對影響較大的物性主要有 cp 、、和 (3)傳熱面的型狀、大小和位置 影響值的有:傳熱管、板、管束等不同,傳熱面的形狀,管子的排列方式,水平或垂直放置;管徑、管長或板的高度等,三、測定及影響因素,的量級 空氣中 水中 油類中,總之:,四、化學(xué)工程中的問題,總傳熱系數(shù)的計算 總傳熱系數(shù)用K來表示。 在化學(xué)工程中遇到的傳熱過程常常是熱傳導(dǎo)、對流換熱和輻射換熱三者的綜合,而在應(yīng)用最多的表面式換熱器(又稱

7、間壁式換熱器)中溫度不太高,輻射換熱的作用不大,所以分析時主要考慮熱傳導(dǎo)和對流換熱的綜合過程。 傳熱過程中熱流體通過對流換熱向高溫側(cè)壁面?zhèn)鳠幔ㄒ妶D)。,四、化學(xué)工程中的問題,這一熱量又通過固體壁導(dǎo)熱傳遞給低溫側(cè)壁面,最后以對流換熱方式由冷流體把熱量從低溫側(cè)壁面帶走。因此,傳熱過程通常都可簡化成串聯(lián)的3個基本環(huán)節(jié):對流換熱導(dǎo)熱對流換熱。 3個串聯(lián)環(huán)節(jié)的分熱阻之和組成傳熱過程的總熱阻。因此,傳熱系數(shù)可表示為,四、化學(xué)工程中的問題,i、0管內(nèi)外的對流傳熱系數(shù)(需要時,其中包括輻射換熱的相應(yīng)折算值);、分別為器壁的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)。分母中的 3個分?jǐn)?shù)代表3個串聯(lián)環(huán)節(jié)的分熱阻。因此,傳熱系數(shù)不僅與器壁的材料性能和厚度有關(guān),還與器壁兩側(cè)的對流換熱(有時還有輻射換熱)過程有關(guān),而且在多數(shù)情況下,導(dǎo)熱分熱阻要比對流換熱分熱阻小得多,因而對流換熱在整個換熱過程中起著主要作用。,,謝謝觀賞,

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