化工原理第四章 传热

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1、第四章传热第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节传热过程计算第五节热辐射第六节换热器一、传热在化学工程中的应用二、传热的基本方式热传导(conduction);热对流(convection);热辐射(radiation)。化工产品加工过程中的温度控制以及各种单元操作（如裂解、重整、聚合等）对温度有一定的要求。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：4.1概述1、热传导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非导电体：通过晶格结构的振动实现液体机理复

2、杂特点：静止介质中的传热，没有物质的宏观位移强制对流：因泵（或风机）或搅拌等外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。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。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。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。任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，但

3、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。冷热流体的接触方式一、直接接触式板式塔二、间壁式传热面为内管壁的表面积套管换热器冷流体t1t2热流体T1T2列管换热器传热面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

4、。传热速率Q：热流量，单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位J/s或W。热流密度q：热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位J/(s.m2)或W/m2。一、基本概念非稳态传热二、稳态与非稳态传热稳态传热式中A──总传热面积，m2。三、冷热流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体式中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：温度场(temperaturefield

5、)：某一瞬间空间中各点的温度分布，称为温度场.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)4.2热传导一、傅立叶定律1温度场和温度梯度不稳定温度场稳定温度场一维温度场：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布表达式为：t=f(x,τ)等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。t1t2t1>t2等温面Q等温面的特点：（1）等温面不能相交；（2）沿等温面无热量传递。注意：沿等温面将无热量传递，而沿和等温面相交的任何方向，因温度发生

6、变化则有热量的传递。温度随距离的变化程度以沿与等温面的垂直方向为最大。对于一维温度场，等温面x及(x+Δx)的温度分别为t(x,τ)及t(x+Δx,τ)，则两等温面之间的平均温度变化率为：温度梯度:温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以温度增加的方向为正。t+tt-ttnQdA傅立叶定律是热传导的基本定律，它指出：单位时间内传导的热量与温度梯度及垂直于热流方向的截面积成正比，即式中Q——单位时间传导的热量，简称传热速率，wA——导热面积，即垂直于热流方向的表面积，m2λ——导热系数(thermalconductivity)

7、，w/m.k。式中的负号指热流方向和温度梯度方向相反。2傅立叶定律热导率在数值上等于单位温度梯度下的热通量=f(结构,组成,密度,温度,压力）金属固体>非金属固体>液体>气体表征材料导热性能的物性参数1.固体热导率金属材料10～102W/(m•K)建筑材料10-1～10W/(m•K)绝热材料10-2～10-1W/(m•K)在一定温度范围内：对大多数金属材料a<0，t对大多数非金属材料a>0，t2.液体热导率金属液体较高，非金属液体低；非金属液体水的最大；水和甘油：t，其它液体：t，0.

8、09～0.6W/(m·K)3.气体热导率t，一般情况下，随p的变化可忽略；气体不利于导热，有利于保温或隔热。0.006～0.4W/(m·K)bt1t2Qtt1t2obx平壁壁厚为b，壁面积为A；壁的材质均匀，导热系数λ不随温度变化，视为常数；平壁的温度只