化工基础之传热过程及换热器.ppt

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1、第四章传热过程及换热器一、概述二、传导传热三、对流传热四、传热过程的强化五、热交换器概述1、生活中的传热过程2、化工生产中传热过程物料的加热与冷却热量和冷量的回收利用设备与管路的保温3、传热中的一些基本方式：1）传导传热2）对流传热3）辐射传热4、工业上的传热方式热传导可以在存在温差的一个物体内部或两个直接接触的物体之间进行。靠质点在平衡位置附近的振动完成热传导的过程，不发生宏观位移。热传导是固体进行热传递的一种典型方式。但在气体和液体中同样存在热传导。热传导一定要有介质才能进行。对流传热靠传热质点发生宏观位移和混合，完成热量的传递自然对流强制对流有外力作用强制对流

2、的效果较自然对流好。热辐射热量以电磁波的形式传递。不需要任何传热介质，可以在真空中传递任何物体，只要温度在绝对零度以上，就会辐射能量。只有温度较高时，热辐射才能成为主要的热传递方式大多数的热传递过程是两种或三种传热方式同时进行的传导传热1、fourier定律2、化工生产中间壁式换热器的传热面有平面壁和圆筒壁两种结构形式之分平面壁定态传热圆筒壁的传导传热定态传热（稳态传热）物体中各点温度不随时间发生变化的热量传递过程。也就是说在定态传热系统中，不存在热量积累，输入热量＝输出热量，定点温度不随时间变化。即同一热流方向上的传热速率为常量。傅立叶定律——热传导基本方程如图，

3、物体均匀，两侧存在温差，热传递方式：传导实验证明：单位时间物体的导热量与导热面积A和温度梯度成正比。负号的说明傅立叶定律定态传热时，Φ即为传热速率单位时间通过传热面的热量热导率的大小与物质的组成、结构、状态（温度、湿度、压强）等因素有关,主要取决于物质种类(固、液、气)和温度热导率是表征物质导热能力的一个参数，为物质性质之一。热导率越大，物质的导热能力越强比例系数λ是热导率2．间壁式换热器壁面的热传导化工生产中间壁式换热器的传热面有平面壁和圆筒壁两种结构形式之分，同时也有单层和多层之别。1）平面壁的定态热传导单层平壁t1t2多层平壁热传导工程上常常遇到多层不同材料

4、组成的平壁，例如工业用的窑炉，其炉壁通常由耐火砖、保温砖以及普通建筑砖由里向外构成，其中的导热则称为多层平壁导热。下面以三层平壁导热计算为例，介绍多层平壁导热的计算方法。在稳态传热时，通过上述串联平壁的导热速率都是相等的。即b1b2b3Qtt1t2t3t4x根据等比定律则有化简得若由三层平壁导热向n层平壁推广，其导热速率方程式则为：式中下标i为平壁的序号。C2）圆筒壁的定态热传导化工生产中的导热问题大多是圆筒壁中的导热问题。例如，管式换热器、蒸汽及液氨导管壁面中的传热过程等均属于此类。它与平壁导热的不同之处在于：温度随半径而变；此时傅立叶定律应改写为圆筒壁的导热面积

5、随半径而变，A＝2πrL。如图所示，设圆筒壁的内、外半径分别为r1和r2长度为L；内、外表面温度分别为t1和t2，且t1>t2；管材导热系数为λ。则由傅立叶定律有：因稳定过程导热体的导热速率为常数，导热体的导热系数可视为常数或可取平均值，则上式中仅包含温度t和半径r两个变量。将上式分离变量，并根据r=r1，t=t1；r=r2，t=t2的边界条件积分。即：积分得：式中即为圆筒壁的导热热阻。上式即为单层圆筒壁的导热速率方程式，该式也可以改写成类似单层平壁的导热速率计算式的形式。由上式中，为圆筒壁的厚度，m。若令上式中的，称为圆筒壁的对数平均半径；又根据圆筒壁的导热面积计

6、算式，可令，称为圆筒壁的平均导热面积。故上式可改写为：跟传热平均温度差计算相类似地，当r2/r12时，上式中的对数平均半径也可用算术平均值代替。在工程上，多层圆筒壁的导热情况比较常见。例如，在高温或低温管道的外部包上一层乃至多层保温材料，以减少热量（或冷量）损失；在反应器或其他容器内衬以工程塑料或其他材料，以减小腐蚀；在换热器内换热管的内、外表面形成污垢等等。对于多层圆筒壁，其导热速率方程可以表示为：2、多层圆筒壁导热计算对流传热对流传热过程分析对流传热速率影响对流传热速率系数的因素对流传热吸收经验关联式的建立无相变时对流传热有相变时对流传热对流传热湍流主体：温差

7、：很大热阻：很大传热方式：热传导层流底层：温差：较小热阻：较层流底层小很多传热方式：热传导和热对流缓冲层：温差：很小热阻：很小传热方式：热对流膜模型的建立工程计算上常常假设把传热过程的热阻全部叠加到边界层的热阻中。假设靠近壁面处有一流体膜，厚度为δt。膜内为层流，膜外为湍流。将所以热阻全部集中到膜内。膜内传热方式：热传导。δt=δe+δ_总有效膜厚度δtδe湍流区虚拟膜厚度δ层流底层膜厚度对流传热速率方程——牛顿冷却定律仿照平壁热传导速率方程，得到对流传热速率方程：实际上，膜的厚度很难测定，所以引入一个系数h，使该系数中既包括热阻系数，又包含膜的厚度：对流传热速