化工原理 传热 课件.ppt

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1、传热第一节概述一、传热过程在化工生产中的应用加热或冷却换热/能量回用保温强化传热过程削弱传热过程能量回收：节能减排、资源回用！同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。例如：钢铁行业烟气余热回收对比余热没有回收热交换器进行余热回收二、传热的三种基本方式1、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。特点：没有物质的宏观位移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

2、晶格结构的振动来实现的液体机理复杂2、对流流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。3、热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。自然对流强制对流能量转移、能量形式的转化不需要任何物质作媒介Ea∝T4三种传热方式一般不单独存在，往往相互伴随，同时出现。三、两流体通过间壁换热与传热速率方程式1、间壁式换热器外传热面积：内传热面积：平均传热面积：2、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、烟道气等用电加热直接热源间接热源加热剂烟道气电加热温度高、经济、温度不易控制、加热不均匀、带有明火及灰尘温度高、加热均

3、匀、易控制、清洁卫生、成本高高温载热体熔盐混合物水蒸汽最广的热源、加热均匀、温度高时压力过大、不安全冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等空气、水盐水溶液常用冷却剂冷却温度≥5oCNaCl、CaCl2等；冷却温度0～-45oC有机物乙醇、乙二醇、丙醇等；冷却温度要求更低3、传热速率与热流密度传热速率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式中，A──总传热面积，m2。4、稳态传热与非稳态传热非稳态传热稳态传热5、两流

4、体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体间壁稳态传热：流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程称为对流传热。6、传热速率方程式传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算时使用平均温度差，以表示。经验指出，在稳态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体的温度差成正比。即得传热速率方程式为：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

5、平均温差，℃或K。第二节热传导1、有关热传导的基本概念式中t─某点的温度，℃；x,y,z─某点的坐标；─时间。温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。(1)温度场和等温面不稳定温度场稳定温度场等温面：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等温面互不相交等温面上没有热量传递(2)温度梯度t+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一维稳定热传导2、傅立叶定律式中Q─热传导速率，W或J/s；A─导热面积，垂直于热流方向的截面积

6、，m2；dt/dx─为沿x方向的温度梯度，℃/m或K/m；─热导率或导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。3、热导率(2)是分子微观运动的宏观表现(1)为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)物质的越大，导热性能越好=f(结构,组成,密度,温度,压力）(3)各种物质的导热系数金属固体>非金属固体>液体>气体在热传导过程中，因物质各处温度不同，也就不同，所以在计算时应取最高温度t1下的1与最低温度t2下的2的算术平均值，或由平均温度t=(t1+t2)/2求出值。1、固体热导率金属材料10～102W/(

7、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0.09～0.6W/(m·K)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，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)4、平壁的稳态热传导(1)单层平壁的稳态热传导t1t2btxdxQxQx+dxA假设：材料均匀，为常数；

8、一维温度场，t沿x变化；A/b很大，忽略端损失。边界条件：x=0时，t=t1;x=b时，t=t2由假设可知：为稳态一维热传导，根据傅里叶定律分离变量后积分得导热速率方程式或例:平壁A=20m2，b=0.37m，t1=1650oC，t2=300oC，材料导热系数