化工原理(传热).doc

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1、.4.1概述传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。无论在能源、宇航、化工、动力、冶金、机械、建筑等工业部门，还是在农业、环境保护等其他部门中都涉及到许多有关传热的问题。应予指出，热力学和传热学两门学科既有区别又有联系。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一种平衡状态变到另一种平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学是热力学的扩展。热力学(能

2、量守恒定律)和传热学(传热速宰方程)两者的结合，才可能解决传热问题：化学工业与传热的关系尤为密切；这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却。例如：①化学反应通常要在一定的温度下进行，为了达到并保持一定的温度，就需要向反应器输入或从它输出热；②在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热：③化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收等都涉及传热的问题。由此可见，传热过程普遍地存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：①一种是强化传热过程，如各种换热设

3、备中的传热；②另一种是削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。为此必须掌握传热的共同规律。本章讨论的重点是传热的基本原理及其在化工中的应用4．1．1传热的基本方式根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：传导、对流和热辐射传热可以靠其中的一种方式或几种方式同时进行。1．热传导(又称导热)若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(又称导热)。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差，此时热量将从高温部分传向低温部分，或从高温物体传向与它接触的低温物体，直至整个物体的各部分温

4、度相等为止。热传导在固体、液体和气体中均可进行，但它的微观机理因物态而异。固体中的热传导属于典型的导热方式。在金属固体中，热传导起因于自由电子的运动；在不良导体的固体中和大部分液体中，热传导是通过晶格结构的振动，即原子、分子在平衡位置附近的振动来实现的；在气体中，热传导则是由于分子不规则运动而引起的。对于纯热传导的过程，它仅是静止物质的一种传热方式，也就是说没有物质的宏观位移。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(简称对流)。热对流仅发生在流体中。在流体中产生对流的原固有二：一是因流体中各处的温度不同

5、而引起密度的差别，使轻者上浮，重者下沉，流体质点产生相对位移，这种对流称为自然对流；二是因泵(风机)或搅拌等外力所致的质点强制运动，这种对流称为强制对流。流动的原因不同，对流传热的规律也不同。应予指出，在同一种流体中，有可能同时发生自然对流和强制对流。在化工传热过程中，常遇到的并非单纯对流方式，而是流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程，即是热由流体传到固体表面(或反之)的过程，通常将它称为对流传热(又称为给热)。对流传热的特点是靠近壁面附近的流体层中依靠热传导方式传热，而在流体主体中则主要依靠对流方式传热。由此可见，对

6、流传热与流体流动状况密切相关。虽然热对流是一种基本的传热方式，但是由于热对流总伴随着热传导，要将两者分开处理是困难的，因此一般并不讨论单纯的热对流，而是着重讨论具有实际意义的对流传热。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(包括固体、液体和气体)都能将热能以电磁波形式发射出去，而不需要任何介质，也就是说它可以在真空中传播。自然界中一切物体都在不停地向外发射辐射能，同时又不断地吸收来自其他物体的辐射能，并将其转变为热能。物体之间相互辐射和吸收能量的总结果称为辐射传热。由于高温物体发射的能量比吸收的多，而低温物

7、体则相反，从而使净热量从高温物体传向低温物体。辐射传热的特点是：不仅有能量的传递，而且还有能量形式的转移，即在放热处，热能转变为辐射能，以电磁波的形式向空间传递；当遇到另一个能吸收辐射能的物体时，即被其部分地或全部地吸收而转变为热能。应予指出，任何物体只要在热力学温度零度以上，都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高时，热辐射才能成为主要的传热方式。实际上，上述的三种基本传热方式，在传热过程中常常不是单独存在的，而是两种或三种传热方式的组合，称为复杂传热。例如，在高温气体与固体壁面之间的换热就要同时考虑对流传热和辐射传热等。4．1．2传热

8、过程中热、冷流体(接触)热交换的方式传热过程中热，冷流体热交换可分为三种方式，各种热交换方式所用换热设备的结构也各不相同，简述如下。1．直接接触式换热和混合式换热器对某些传热过程，例如气体的冷却或水蒸气的冷