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1、第七章热量传递概论与能量方程¢传热在化工生产过程中的应用¢热量传递方式¢能量方程1TransportPhenomena,XuJian,20091.传热在化工生产过程中的应用¢传热学，温度差所引起的能量传递问题¢能量的转换和合理利用是现代工业的基础。能量消耗是各工厂企业的重要控制指标。2TransportPhenomena,XuJian,20091.传热在化工生产过程中的应用¢化学反应通常要控制在一定的温度下进行，为了达到和保持所要求的温度，就需要向反应器传入或移走一定的热量，因此，热量传递是维持化学反应温度必不可少的条件。
2、¢在蒸发、蒸馏、吸收和干燥等单元操作中，物料都有一定的温度要求，需要向设备传入或移走一定的热量，热量传递是使以上诸分离操作正常进行的重要条件。¢化工设备和管道的保温，生产中热能的合理利用以及废热的回收都与传热过程密切相关。3TransportPhenomena,XuJian,2009化工生产对传热过程的要求¢研究传热的目的就是为了促进或抑制传热¾如何强化传热过程：即对各种换热设备要求传热速率快，传热效果好，完成相同传热任务所需的传热面积少，传热设备的结构紧凑，设备费用低。¾如何减少或抑制（削弱）传热过程：如设备和管道的保温
3、，要求传热速率慢，以减少热损失。4TransportPhenomena,XuJian,20092.热量传递方式¢传导¢对流¢辐射¢传热可能有几种机理同时存在。5TransportPhenomena,XuJian,2009一、热对流¢对流传热是流体微团的宏观运动所致，是微团尺度上的热量传递过程。¢流动状态决定传热机理。¾了解温度分布需以速度分布为前提，而温度又影响物性，所以速度分布又受温度分布的支配。¾对热传流的研究：结合流动过程，边界层和湍流理论。¢对流传热的分类：¾自然对流传热：由于流体各部分温度不同而引起的密度差异，使
4、流体产生相对运动而产生的热量传递现象。¾强制对流传热：由于泵、风机或其它外力作用引起的流体流动而产生的热量传递现象。6TransportPhenomena,XuJian,2009自然对流和强制对流传热7TransportPhenomena,XuJian,2009对流换热的基本定律：牛顿冷却定律¢单位换热表面的散热速率∝换热表面与周围空气的温度差以及换热面积Q(=qA=−hATT)wf¾Q—对流换热速率【J/s】¾q—对流换热通量【J/m2s】¾A—换热面积【m2】¾T,T—壁面、流体的温度，Kwf¾h—对流传热系数，或称膜
5、系数【J/(m2sK)】¾h与几何结构、流体物性和流动特性有关，需要实验测定。8TransportPhenomena,XuJian,20092、影响对流换热的因素¢影响流体流动的因素均影响换热¾物性特征，密度ρ、粘度μ、导热系数λ、比热C¾几何特征¾流体流动特征9TransportPhenomena,XuJian,2009二、热辐射¢只要物体的温度高于绝对零度，就可以发射能量，这种能量以电磁波的形式向空间传播，当投射到较低温度的物体时，将部分地被吸收而变为热能。¢热辐射无需介质，在真空中也能实现。¢热辐射与热传导、热对流的
6、换热规律有着显著的区别。¾在忽略温度变化对物性影响的情况下，传导与对流换热速率均正比于温度差，而与冷热物体本身的温度高低无关¾而热辐射则不然，即使温差相同，还与两物体的绝对温度的高低有关。¢热辐射只在高温下（高温炉膛）显著；通常情况可忽略。10TransportPhenomena,XuJian,2009三、热传导¢分子热量传递¢傅立叶定律QdTyq==−λyAdy¾λ—导热系数【W/(mK)】，物体的导热能力¢在固体、液体、气体中都能进行热传导；但只有固体内部只发生热传导。11TransportPhenomena,XuJi
7、an,20093.能量方程¢运动流体与壁面间的热量传递¾连续性方程（质量守恒定律）¾运动方程组（动量守恒定律）¾微分能量衡算方程（能量守恒定律）12TransportPhenomena,XuJian,2009能量方程的推导¢采用拉格朗日观点，应用热力学第一定律对某一固定质量的流体微元进行微分能量衡算：Δ=−EQW（）J/kg2E(=+Ug内能）u（动能）+（位能）（zJ/kg）2¢拉格朗日观点：¾流体微元与所经过位置的流体之间无相对速度：只有内能的变化，无动能、位能的变化微元与环境之间的变化只有导热DUDQDW=+J/(k
8、g.s)DtDtDt流体微元的内能增长率＝向流体微元加入的热速率＋外界对流体微元所做的功率13TransportPhenomena,XuJian,2009能量方程的推导DUDQDWρdxdydz=ρdxdydz+ρdxdydzJ/sDtDtDt¢向流体微元加入的热速率¾由环境导入流体微元的热能¾内热源（
