热传、环境工程学知识笔记，思维导图，知识框架图
2023-10-18 08:48:43 0 举报AI智能生成
热传、环境工程学知识笔记的思维导图，知识框架图
作者其他创作
大纲/内容
热量传递的方式
传热的过程
凡是有温差存在的地方,就必然有热量传递。
传热方向:高温→低温
环境工程领域中的传热现象
对水或污泥进行加热
在冷却操作中移出热量
对管道与设备进行保 温以减少系统的热量或者冷量散失
传热的强化与削弱→传热速率问题
根据传热机理，热的传递方式
导热
热对流
热辐射
根据传热介质的特征,热量传递的过程
热传导
发生场合
固体、静止的液体和气体 (物体各部分之间无宏观运动 )
注意：热传导在气态、液态和固态物质中都可以发生,但热 传递的方式和机理不同
气体
气体分子作不规则热运动
固体
晶格振动和自由电子的迁移
液体
介于气体和固体之间
对流传热
发生场合(条件)
流体与流体之间、或流体与固体壁面之间 必须有相对位移(宏观运动)
特点
对流传热总是包含导热和热对流两种热量传递方式
靠近壁面附近的流体层中依靠导热方式传热
在流体主体中主要依靠热对流方式传热
对流传热的传热快慢与流体 流动状况密切相关
辐射传热
自然界中一切物体都在不停地向外发射辐射能,同时又不断地吸收来自其他物体的辐射能,并将其转变为热能;
特点
有能量的传递和能量形式的转换;
辐射传热不需要任何物质作媒介
只有在物体温度较高时,热辐射才能成为主耍的传热方式
冷热流体的接触方式
直接接触式传热
冷、热流体直接接触进行的传热,有传质过程发生
混合式换热器类型
凉水塔、洗涤塔、文氏管、喷射冷凝管等
特点
传热设备简单,传热效率高;
冷热流体不相同时不适用
蓄热式传热
优点
结构较简单
耐高温
缺点
设备体积大
有一定程度的混合
间壁式传热
列管换热器
管程：流体流经的管束
壳程：流体流经的管间环隙
管程流体：流经管程的流体
壳程流体：流经壳程的流体
套管换热器
传热过程
热流体给热于管壁外侧(对流换热)
热量自管壁外侧传导至管壁内侧(导热)
管壁内侧给热于冷流体(对流换热)
传热面为内管壁的表面积 A=πdL
热传导
概念
温度场
任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和。
等温面
在同一时刻,温度场中所有温 度相同的点组成的面
温度梯度
是一个点的概念，是一个向量，方向垂直于该点所在等温面,以温度增的方向为正稳定的一维温度场
傅立叶定律
通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比
特点
傅立叶定律与牛顿粘性定律表达式相类似
导热系数与粘度类似,均是粒子微观运动特性的表现
热量传递和动量传递具有类似性
导热系数
定义式
几何意义
在数值上等于单位温度梯度下的热通量
物理意义
分子微观运动的宏观表现,表征物质导热能力的大小, 是物质的物理性质之一
1、固体的导热系数
金 属: 纯金属> 合金
非金属: 同样温度下,P越大, 入越大。
2、液体的导热系数
一般地： 液态金属的入 > 非金属液体的入
在非金属液体中,水的导热系数最大;
纯液体的导热系数比其溶液的要大
3、气体的导热系数
气体不利于导热,但可用来保温或隔热。
通过平壁的定态热传导
通过圆筒壁的定态热传导
单层圆筒壁的热传导
多层圆筒壁的热传导
对流传热
概念
实际生产中所指的对流传热为固体壁面与流动流体间的热量传递。
对流传热过程分析
实际对流传热的机理
层流流体与固体壁面间的传热
理论
在传热方向上无流体质 点的移动与混合,故不存在热对 流,该方向上的热量传递仅为热 传导。
实际
受到自然对流的影响,使传热加剧
湍流流体与固体壁面间传热
流体层流内层中的传热
在垂直于流体流动方向上不存在热对流，该方向上的热传递仅为 热传导;
由于流体的导热系数较低,故该层的热阻较大,即温度 梯度较大。
流体湍流主体中的传热
流体质点剧烈混合并充满旋涡,热传递以热对流为主导
湍流主体中温度差(温度梯度)极小,各处的温度基本相同.
流体过渡区中的传热
热传导与热对流对热传递均具重要作用,两者均不可忽略.
强化对流传热的途径
对流传热的热阻主要集中在层流内层
减薄层流内层厚度，是强化对流传热的主要途径
对流传热分类
有相变传热
冷凝传热
沸腾传热
无相变传热
自然对流
强制对流
管外对流
管内对流
非圆管道
宽管
圆形直管
湍流
过渡流
滞流
热流量及对流传热系数
牛顿冷却定律
对流传热系数
几何意义
数值上等于单位温度差下、单位传热面积的对流传热速率;
物理意义
反映了对流传热的快慢,非流体的物理性质
一般规律 α(液体)>α(气体), α(强制对流)>α(自然对流), α(有相变)>α(无相变)
影响对流传热系数的因素
(1)引起流动的原因
自然对流
强制对流
(2)流体的物性
(3)流动型态
α湍 > α层
(4) 传热面的形状,大小和位置
形状:如管、板、管束等;
大小:如管径和管长等;
位置:如管子的排列方式(管束有正四方形和三角形排列);管或板是垂直放置还是水平放置.
(5)是否发生相变
α相变 > α无相变
对流传热系数经验关联式的建立
获得α的主要方法
1、理论分析法
建立理论方程式，通过数据分析求出精确解
2、实验方法
因次分析, 再结合实验,建立经验关系式
3、类比方法
把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比到热量传递过程
对流传热系数的因次分析
公式
流体无相变时的对流传热系数
圆形直管内强制湍流
非圆形管强制湍流
当量直径法
误差大,准确性差,但简单、实用
流体在管外强制对流
影响管束传热的因素
Re , Pr 数
管子排列方式, 管间距和 管排数.
准数关联式
流体在错排管束外流过时,平均给热系数
流体在直排管束外流过时,平均给热系数
大空间自然对流
流体有相变时的对流传热系数
蒸汽冷凝
膜状冷凝
滴状冷凝
给热系数
层流(Re<1800)
湍流(Re>1800)
冷凝传热的影响因素
1) 流体物性
2) 温差
3) 不凝气体
4) 蒸汽流速与流向 (u>10m/s )
5) 冷凝面的形状和位置
蒸汽在水平管外冷凝
液体沸腾
沸腾种类
大容积沸腾
管内沸腾（强制对流沸腾）
产生条件
必要条件:液体需要过热,过热度为 t=tW-ts
汽化核心:一般为粗糙加热面的细小凹缝处;
传热过程
汽化核心→生成汽泡→长大→脱离壁面→新汽泡形成→搅动液层
沸腾曲线
1、自然对流
2、核状(泡状)沸腾
3、膜状沸腾
沸腾传热的影响因素
(1) 液体的性质
(2)温差
(3) 操作压强
(4) 加热面
(5)不凝性气体
传热计算
计算类型
设计计算
根据生产要求的热负荷,确定换热器的传热面积
校核计算
计算给定换热器的传热量、流体流量或温度等
能量衡算
单位时间热流体放出的热量=冷流体吸收的热量
无相变时 流体的等压热容不随温度变化或取平均值
有相变时 ,如饱和蒸汽冷凝
总传热速率方程
换热器中任一微元面积dS的间壁两侧流体的传热
热流体
对流传热
固体壁面
热传导
冷流体
对流传热
总传热系数计算式
总热阻
总传热系数
K的确定方法
(1) 选取经验值
(2) 实验测定
(3) 计算确定
平均温度差
恒温传热
变温传热
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