(化学)化工原理课件

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1、第四章传热(Heattransfer)本章内容:第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节两流体间传热过程的计算第五节热辐射第六节换热器第一节概述1.1传热过程在化工生产中的应用1.2传热的三种基本方式1.3间壁式换热器的传热过程一、定义：由温度差引起的能量转移过程称为热量传递过程或传热过程，简称传热。1.1传热过程在化工生产中的应用三、传热原理的应用：十分广泛。尤其在能源动力、化工冶金部门。化学过程----化学反应过程单元操作----蒸馏、蒸发、干燥和结晶等设备管道----保温（或隔热）废热利用----回收废热及节省能源二、传热现象：几乎无时不有，无处不在。因为温差几乎无时不有，无处不

2、在。四、问题类型提高（强化）传热速率－换热降低（削弱）传热速率－高温设备及管道的保温，低温设备及管道的隔热遵循相同的传热原理本章主要讨论：热量从高温向低温稳定地自发进行传递的过程。学习传热的目的：1).分析影响传热速率的因素。2).掌握控制传热速率的一般规律。3).根据生产要求选择适宜的换热器1.2传热的三种基本方式一、热传导热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又称导热。气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果固体导电体：自由电子在晶格间的运动—金属非导电体：通过晶格结构的振动来实现的—非金属液体机理复杂特点：没有物质的宏观位移微观

3、上:流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。自然对流－若流体的运动是由于流体内部冷、热部分的密度不同而引起的.强制对流－若流体的运动是由于受到外力的作用(如风机、水泵或其它外界压力等)所引起.往往伴有热传导二、对流三、热辐射能量转移、能量形式的转化不需要任何物质作媒介物体因热的原因发出辐射能(电磁波)的过程。任何物体，只要其绝对温度大于零度，都会以电磁波的形式向外界辐射能量。热辐射的电磁波波长范围在0.38～100μm范围内，属于可见光和红外线范围。特点:如:化工生产中广泛应用的间壁式换热器，热量从热流体经间壁(如管壁)传向冷流体的过程，是以导热和对流两种方式进行。实际上,上述三种传热

4、方式很少单独存在，而往往是同时出现的。一、间壁式换热器传热面A:为内管壁的表面积套管换热器(最简单的一种)冷流体t1t2热流体T1T21.3间壁式换热器的传热过程列管换热器传热面A:为壳内所有管束壁的表面积热流体T1T2冷流体t1t2热载体及其选择加热剂：热水、饱和水蒸气矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等用电加热冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等冷却温度30C水加热温度180C饱和水蒸气1热负荷Q：工艺要求，同种流体需要温升或温降时，吸收或放出的热量，单位J/s或W。二、传热速率与热流密度3热流密度(热通量)：单位时间内通过单位传热面积的热流，q，单位J/(s.m2)或W/m2

5、。2传热速率(热流量)：单位时间内的传热量，Q，单位J/s或W。q=Q/A稳态(定常)传热:各点温度不随时间而变化的传热二、稳态与非稳态传热非稳态(非定常)传热：否则两种传热状态:t2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体1.4间壁式换热器的传热过程式中K──总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)；Q──传热速率，W或J/s；A──总传热面积，m2；tm──两流体的平均温差，℃或K。总传热速率方程：稳态传热：返回第二节热传导2.1傅立叶定律2.2热导率2.3平壁的稳态导热2.4圆筒壁的稳态导热温度场：在某一瞬间,空间或物体内所有各点温度分布的总和。通常，物体的温度分布是空间坐标

6、和时间的函数：t－温度；x，y，z－空间坐标；τ－时间。一维温度场:温度场中温度只沿着一个坐标方向变化.一维温度场的温度分布表达式为：t=f(x，τ)2.1傅立叶定律一、温度场和温度梯度即t=f(x，y，z，τ)不稳定温度场:温度场内如果各点温度随时间而改变稳定温度场:温度不随时间而改变等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组成的面。因为空间同一点不能同时具有两个不同的温度，所以不同的等温面彼此不能相交。t1t2t1>t2等温面Qt+tt-ttnQdA温度梯度是一个点的概念。温度梯度是一个向量。方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正温度梯度：温度场中，某一点等温面法线方向

7、上的温度变化率。于一维温度场，当温度沿x方向变化，则某时刻的温度分布所示。若等温面x及(x+dx)的温度分别为t(x，τ)及t(x+dx，τ)，则两等温面之间的平均温度变化率为：自等温面上某点出发，沿不同方向的温度变化率不相同，以温度梯度最大。dt/dx最大温度变化率－温度梯度λ---导热率/导热系数，W/（m·K）或W/（m·℃）,越大，导热性能越好；A---导热面积，m2；dt/dx---负值(温度降低的方向)，K/m或℃/