化工原理-第三章传热

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1、了解热传导（导热）、热对流和热辐射的基本概念；掌握导热、对流换热的基本规律及计算方法；熟悉各种热交换设备的结构和特点；掌握稳定综合传热过程的计算；了解强化传热和热绝缘的措施。本章重点和难点第三章传热一、传热在生物（食品）工程中的应用第一节传热的基本概念传热：是不同温度的两个物体之间或同一物体的两个不同温度部位之间所进行的热的转移。传热在生物（食品）工程中的应用：(1)一般的加热、冷却、冷凝过程；(2)食品的杀菌和保藏；(3)蒸发浓缩、干燥、结晶(通过加热去除水分)；(4)蒸煮、焙烤(通过加热使食品完成一定的生化反应)。食品生产过程对传热的要求：强化传热(加热或冷却物料)削弱传热(设备和管道的保

2、温)二、传热的基本方式热的传递是由于系统内或物体内温度不同而引起的，根据传热机理不同，传热的基本方式有三种：热传导(conduction)；对流(convection)；辐射(radiation)。物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。金属固体：热传导主要依靠自由电子运动。不良导体的固体与液体：主要靠分子、原子的振动。气体：主要靠分子的不规则热运动。1.热传导（又称导热）2.热对流流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中。通常把流体与固体壁面之间的传热称为对流传热强制对流：因泵（或风机）或搅拌等外

3、力所导致的对流称为强制对流。流动的原因不同，对流传热的规律也不同。在同一流体中有可能同时发生自然对流和强制对流。热对流的两种方式：自然对流：由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产生相对位移，这种对流称为自然对流。3、热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何介质。当电磁波遇到物体时，又转变为热。任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互伴随着出现的。三、换热器类型换热器：实现冷、热介质热量交换的设备冷、热流体

4、交换流过热载体时，热流体将热量传递给冷流体。如炼焦炉中煤气燃烧系统就是采用蓄热式换热。①直接混合式——将热流体与冷流体直接混合的一种传热方式。②蓄热式——热量存储在热载体上传递给冷流体。如（图3-3动画）用于输送热量的介质—载热体。加热介质（加热剂）：起加热作用的载热体。水蒸气、热水等。冷却介质（冷却剂）：起冷却作用的载热体。冷水、空气制冷剂。③间壁式——热流体通过间壁将热量传递给冷流体，化工、食品生产中应用极为广泛，主要有：夹套式热交换器；蛇型式热交换器；套管式热交换器；列管式热交换器；板式热交换器。(套管式换热器)(列管式换热器)(带补偿圈)四、传热过程中基本问题与传热机理传热过程

5、中的基本问题可以归结为：　　①载热体用量计算　　②传热面积计算　　③换热器的结构设计　　④提高换热器生产能力的途径。解决这些问题，主要依靠两个基本关系。⑴热量衡算根据能量守恒的概念，若忽略操作过程中的热量损失，则Q热=Q冷，称为热量衡算式。由这个关系式可以算得载热体的用量。⑵传热速率传热速率Q（热流量）：指单位时间内通过传热面的热量称为传热速率，以Q表示，其单位W—(j/s)。热通量q：单位时间内通过单位传热面的热量，W/m2。q=Q/S实践证明，传热速率的数值与热流体和冷流体之间的温度差△tm及传热面积S成正比，即：Q=KS△tm(1-1)S=nπdL(1-2)式中：Q──传热速率，

6、W；S──传热面积，m2；△tm──温度差，℃；K──传热系数，它表明了传热设备性能的好坏，受换热器的结构性能、流体流动情况、流体的物牲等因素的影响，W/m2·℃；n──管数；d──管径，m；L──管长，m。将式（1-1）变换成下列形式：式中：△tm──传热过程的推动力，℃1/K──传热总阻力（热阻），m2·℃/W两点说明：单位传热面积的传热速率(热通量)正比于推动力，反比于热阻。因此，提高换热器的传热速率的途径是提高传热推动力和降低热阻。从式（1-1）可知，如果己知传热量Q，则可在确定K及△tm的基础上算传热面积S，进而确定换热器的各部分尺寸，完成换热器的结构设计。(1-3)温度场(tem

7、peraturefield)：某一瞬间空间中各点的温度分布，称为温度场(temperaturefield)。式中：t——温度；x,y,z——空间坐标；τ——时间。物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即t=f(x，y，z，τ)(2-1)第二节热传导一、傅立叶定律1温度场和温度梯度xdSQt+△ttt-△t∂t/∂x温度场与温度梯度一维温度场：若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