化工原理--传热

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1、第四章传热传热过程在化工中的应用传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过程，通常来说有温度差的存在就有热的传递，也就是说温差的存在是实现传热的前提条件或者说是推动力，在化工中很多过程都直接或间接的与传热有关。但是进行传热的目的不外乎是以下三种：1.加热或冷却2.换热3.保温可见，传热过程是普遍存在的。第一节：概述传热的三种基本方式一个物系或一个设备只要存在温度差就会发生热量传递，当没有外功加入时，热量就总是会自动地从高温物体传递到低温物体。根据传热的机理不同，热传递有三种基本方式：热传导，热对流和热辐射。化工生产中碰到的各种传热现象都属于这

2、三种基本方式。（一）热传导（导热）一个物体的两部分连续存在温差，热就要从高温部分向低温部分传递，直到个部分的温度相等为止，这种传热方式就称为热传导。物质的三态均可以充当热传导介质，但导热　的机理因物质种类不同而异，具体为：固体金属：自由电子运动在晶格之间；液体和非金属固体：个别分子的动量传递；气体：分子的不规则运动。（二）对流传热热对流是指物体中质点发生相对的位移而引起的热量交换，热对流是流体所特有的一种传热的方式，即存在气体或液体中，在固体中不存在这种传热方式。其中只有流体的质点能发生的相对位移。据引起对流的原因不同可分为：自然对流和强制对流

3、。热对流与流体运动状况有关，热对流还伴随有流体质点间的热传导，工程上通常将流体与固体之间的热交换称为对流传热，即包含了热传导和热对流。（三）热辐射热辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。一切物体都能以这种方式传递能量，而不借助任何传递介质。通常在高温下热辐射才是主要方式。三种类型换热器(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。很多人看过电影“洗澡”吧，老式澡堂中水池的水，是将水蒸汽直接通人冷水中，使冷水加热，此即直接混合式。如图所示。北方许多工厂的澡堂，仍然采用这种办法。(2)蓄热式——先将热流体的热量储存在热载体上，然后由热载

4、体将热量传递给冷流体、此即蓄热式换热器。如图所示。炼焦炉中煤气燃烧系统就是采用蓄热式换热。(3)间壁式——热流体通过间壁将热量传递给冷流体，化工中应用极为广泛。有夹套式热交换器；蛇形式热交换器；套管式热交换器；列管式热交换器；板式热交换器。如图所示。夹套式换热器热流体T1T2t2t1冷流体套管式换热器（1—内管2—外管）单程列管式换热器1—外壳　2—管束　3、4—接管　5—封头6—管板　7—挡板双程列管式换热器1—壳体2—管束3—挡板4—隔板稳定传热和不稳定传热稳定传热：在传热体系中各点的温度只随换热器的位置的变化而变，不随时间而变．特点：通过

5、传热表面的传热速率为常量，热通量不一定为常数。不稳定传热：若传热体系中各点的温度，既随位置的变化，又随时间变化。特点：传热速率、热通量均为变量。通常连续生产多为稳定传热，间歇操作多为不稳定传热。化工过程中连续生产是主要的，因而我们主要讨论稳定传热。传热速率有两种表示方法:1.热流量(传热速率Q):单位时间内在整个传热面积上由热流体传给冷流体的热量。2.热通量(热流密度q):单位传热面积上通过的热流量。传热速率方程传热速率方程式：换热器的传热速率Q与传热面积A和冷热两种流体的平均温差⊿tm成正比;Ｑ：传热速率,△tm：两流体的平均温度差,Ｋ：比例

6、系数，总传热系数。上式为传热速率方程或传热基本方程，是换热器传热计算的重要依据。传热平衡方程以某换热器为衡算对象，列出稳定传热时的热量衡算方程。第二节　热传导温度场（1）温度场——某一瞬间，空间（或物体）所有各点温度分布定常态温度场：一维定常态温度场：（2）等温面——同一时刻，温度场中相同温度各点所组成的曲面。温度不同的等温面彼此不能相交。温度梯度同一等温面上各点的温度相同，故沿着等温面移动，温度无变化，即无热量传递；若沿着与等温面相交的任何方向移动，温度发生变化，并伴有热量传递。而最大的温度改变是在与等温面垂直方向上（法线方向）。温度梯度方向

7、是朝着温度增加的方向，与热流方向相反。一维温度梯度：grett+Δttt-Δt热传导与傅立叶定律热传导遵循傅立叶定律。它是一个经验性定律。实践证明，单位时间内的传热量Q与垂直于热流方向的导热截面面积A和温度梯度成正比。即Q——传热速率，；A——导热面积，；λ——导热系数；——温度梯度。导热系数λ1．物理意义——表征物质的导热能力，物质的热物性参数。2．影响因数——主要有物质种类、组成和温度，并与结构疏松程度有关。3．4．计算公式：多数物质a：温度系数tt1t2Qx0xdxb单层平壁的稳态热传导设(1)材质均匀——为常数(2)一维定态导热——温度

8、沿x方向变化(3)Q与A均为常量(4)t1>t2由傅立叶定律：分离变量后积分:多层平壁的稳态热传导设（1）材质均匀，λ1λ2λ3λ4为常数（2）一维定