化工原理传热PPT_精品文档.ppt
《化工原理传热PPT_精品文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理传热PPT_精品文档.ppt（172页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第四章第四章传传热热4.1概述概述传热在化工生产中的传热在化工生产中的应用应用1.传热的三类应用实例传热的三类应用实例
（1）强化传热过程：
流体的升温或冷却，产品的分离）强化传热过程：
流体的升温或冷却，产品的分离（蒸蒸发，发，蒸馏和干燥等蒸馏和干燥等）。
（2）削弱传热过程：
管道，设备的保温或保冷。
）削弱传热过程：
管道，设备的保温或保冷。
（3）热能回收利用：
废热回收）热能回收利用：
废热回收2.伴随传热的流体作用伴随传热的流体作用过程过程：
（1）化学过程：
吸放热反应；化学过程：
吸放热反应；
（2）物理过程：
耗能，干燥，蒸发等物理过程：
耗能，干燥，蒸发等3.传热在化工生产中的传热在化工生产中的重要性重要性：
石化产业：
传热设备重量占总设备规模的石化产业：
传热设备重量占总设备规模的30-40%；传热设备投传热设备投资占总设备投资的资占总设备投资的10-20%4.1.14.1.1传热的基本方式传热的基本方式1.热力学第二定律热力学第二定律：
当无外加功时，系统中热量总是自发地从温度较高的物当无外加功时，系统中热量总是自发地从温度较高的物体（部分）传递到温度较低的物体（部分）体（部分）传递到温度较低的物体（部分）可见：
热传递产生的原因是由于物体内部或物体之间温度差的存在可见：
热传递产生的原因是由于物体内部或物体之间温度差的存在注：
有外加功时，可以相反，如制冷机工作原理，注：
有外加功时，可以相反，如制冷机工作原理，本章主要讨论的自发过程本章主要讨论的自发过程。
2.传热的基本方式传热的基本方式
（1）传导传导（导热）：
物体内部分子通过碰撞或振动将热量以（导热）：
物体内部分子通过碰撞或振动将热量以分子动能分子动能形形式传递给相邻分子，但分子本身不产生宏观位移的一种式传递给相邻分子，但分子本身不产生宏观位移的一种传热方式。
传热方式。
固体的传热固体的传热穿过流体层流内层的传热（热边界层）穿过流体层流内层的传热（热边界层）现象现象气体，流体：
分子布朗运动时碰撞传热气体，流体：
分子布朗运动时碰撞传热导电固体：
自由电子在晶格中运动传热导电固体：
自由电子在晶格中运动传热非导电固体（流体）：
晶格中原子，分子在其平衡位置的非导电固体（流体）：
晶格中原子，分子在其平衡位置的振动传热振动传热机理机理
（2）对流对流：
流体中质点（微团）产生：
流体中质点（微团）产生相对位移相对位移引起的热传递。
引起的热传递。
对流传热只发生在流体中对流传热只发生在流体中对流传热的强弱与流体流动状况密切相关对流传热的强弱与流体流动状况密切相关特点特点自然对流：
流体中各点温度不同引起流体密度差异，自然对流：
流体中各点温度不同引起流体密度差异，使轻者上浮，使轻者上浮，重者下沉。
重者下沉。
强制对流：
流体因机械搅拌等外加功加入引起的对流强制对流：
流体因机械搅拌等外加功加入引起的对流对流传热的对流传热的形式形式注意点注意点自然对流与强制对流常在流体中同时发生自然对流与强制对流常在流体中同时发生化工生产中，强制对流的应用比自然对流更普遍和重要化工生产中，强制对流的应用比自然对流更普遍和重要关于对流传热的计算：
关于对流传热的计算：
牛顿冷却定律牛顿冷却定律：
Q=A（T高高-t低低）对流传热膜系数（对流传热膜系数（w/oCm2）（3）辐射辐射：
热能转变为电磁波在空间的传递：
热能转变为电磁波在空间的传递热辐射不需任何介质热辐射不需任何介质热辐射是热能与电磁能的互相转化和转移热辐射是热能与电磁能的互相转化和转移理论上，只要物体温度理论上，只要物体温度T0K，均可产生辐射均可产生辐射实际上，只有当物体之间温差较大时，辐射传热现象才实际上，只有当物体之间温差较大时，辐射传热现象才较突出，一般来说，当物体的温度超过较突出，一般来说，当物体的温度超过500K时，辐射时，辐射热能才予以考虑。
热能才予以考虑。
特点特点1、直接接触式换热和混合式换热器、直接接触式换热和混合式换热器4.1.24.1.2传热中冷、热流体热交换的方式传热中冷、热流体热交换的方式2、蓄热式换热器和蓄热器、蓄热式换热器和蓄热器3、间壁式换热和间壁式换热器、间壁式换热和间壁式换热器4.1.34.1.3典型间壁式换热器典型间壁式换热器冷流体冷流体t1t2热流体热流体T1T2
（一）间壁式换热器
（一）间壁式换热器夹套式换热器夹套式换热器图4-5单程管壳式换热器1-外壳2-管束3、4-接管5-封头6-管板7-挡板8-泄水池图4-6双程管壳式换热器1壳体2管束3挡板4隔板传热速率传热速率Q（热流量）热流量）：
单位时间内通过换热器的整单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位个传热面传递的热量，单位J/s或或W。
热流密度热流密度q（热通量）热通量）：
单位时间内通过单位传热面单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位积传递的热量，单位J/（s.m2）或或W/m2。
4.1.44.1.4传热速率与热通量传热速率与热通量非稳态传热非稳态传热4.1.54.1.5稳态与非稳态传热稳态与非稳态传热稳态传热稳态传热在在化化工工生生产产中中，物物料料在在换换热热器器内内被被加加热热或或冷冷却却时时，通通常常需需要要用用另另一一种种流流体体供供给给或或取取走走热热量量，此此种种流流体体称称为为载载热热体体，其其中中起起加加热热作作用用的的载载热热体体称称为为加加热热剂剂（或或加加热热介介质质）;）;起起冷冷却却（或或冷冷凝凝）作作用用的的载载热热体体称称为为冷冷却却剂剂（或或冷冷却却介介质质）。
4.1.64.1.6载热体载热体载热体的温度易调节控制；载热体的温度易调节控制；载热体的饱和蒸气压较低，加热时不易分解；载热体的饱和蒸气压较低，加热时不易分解；载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备；载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备；价格便宜，来源容易。
价格便宜，来源容易。
工工业业上上常常用用的的加加热热剂剂有有热热水水、饱饱和和蒸蒸汽汽、矿矿物物油油、联联苯混合物、熔盐及烟道气等。
苯混合物、熔盐及烟道气等。
选择载热体的原则选择载热体的原则4.2.14.2.1基本概念和傅立叶定律基本概念和傅立叶定律温度场温度场：
某时刻，物体或空间各点的温度分布。
：
某时刻，物体或空间各点的温度分布。
1.温度场和等温面温度场和等温面非非稳稳态温度场态温度场稳态温度场稳态温度场等温面等温面：
在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。
：
在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。
4.24.2热传导热传导不同温度的等温面不相交不同温度的等温面不相交。
2.温度梯度温度梯度方向：
法线方向，以温度增加的方向为正。
方向：
法线方向，以温度增加的方向为正。
nnxt+ttxQ33傅立叶定律傅立叶定律式中式中dQ热传导速率，热传导速率，W或或J/s；dS导热面积，导热面积，m2；t/n温度梯度，温度梯度，/m或或K/m；导热系数，导热系数，W/（m）或或W/（mK）。
负号表示传热方向与温度梯度方向相反负号表示传热方向与温度梯度方向相反4.2.24.2.2导热系数导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量在数值上等于单位温度梯度下的热通量=f（结构结构,组成组成,密度密度,温度温度,压力）压力）金属固体金属固体非金属固体非金属固体液体液体气体气体表征材料导热性能的表征材料导热性能的物性物性参数参数1.固体导热系数固体导热系数金属材料金属材料10102W/（mK）建筑材料建筑材料10-110W/（mK）绝热材料绝热材料10-210-1W/（mK）在一定温度范围内：
在一定温度范围内：
对大多数金属材料对大多数金属材料a0，t2.液体热导率液体热导率金属液体金属液体较高，非金属液体较高，非金属液体低；低；非金属液体水的非金属液体水的最大；最大；水和甘油：
水和甘油：
t，其它液体：
其它液体：
t，0.090.6W/（mK）式中：
式中：
Xwii组分质量分率组分质量分率0.9有机液体的水溶液混合物有机液体的水溶液混合物1.0纯有机流体混合物纯有机流体混合物混合流体导热系数可按下式计算：
混合流体导热系数可按下式计算：
3.气体热导率气体热导率t，一般情况下，一般情况下，随随p的变化可忽略；的变化可忽略；气体不利于导热，有利于保温或隔热。
气体不利于导热，有利于保温或隔热。
温度越高，压强越大，气体导热系数越大温度越高，压强越大，气体导热系数越大分子动能增大分子动能增大密度增大，分子碰撞频率增加密度增大，分子碰撞频率增加混合气体导热系数计算：
混合气体导热系数计算：
yi气体组分摩尔（体积）分率气体组分摩尔（体积）分率Mii组分气体分子量组分气体分子量各种情况及各种物质的导热系数均可查阅手册而得各种情况及各种物质的导热系数均可查阅手册而得t1t2btxdxQ4.2.3平壁的稳态热传导平壁的稳态热传导1单层平壁热传导单层平壁热传导假设：
假设：
材料均匀，材料均匀，为常数；为常数；一维温度场，一维温度场，t沿沿x变化；变化；S/b很大，忽略端损失。
很大，忽略端损失。
积分：
积分：
2多层平壁热传导多层平壁热传导假设：
假设：
各层接触良好，接触面两侧温度相同。
各层接触良好，接触面两侧温度相同。
t1t2b1txb2b3t2t4t3结论：
结论：
多层平壁热传导，总推动力为各层推动力之和，总热阻为各层热阻多层平壁热传导，总推动力为各层推动力之和，总热阻为各层热阻之和；之和；各层温差与热阻成正比。
各层温差与热阻成正比。
推广至推广至n层：
层：
各层的温差各层的温差接触热阻由由于于表表面面粗粗糙糙不不平平，不不同同材材料料构构成成的的界界面面之之间间可可能能出出现明显的温度降低而产生接触热阻。
现明显的温度降低而产生接触热阻。
因因两两个个接接触触面面间间有有空空穴穴，而而空空穴穴内内又又充充满满空空气气，因因此此，传传热热过过程程包包括括通通过过实实际际接接触触面面的的热热传传导导和和通通过过空空穴穴的的热热传传导导（高高温温时时还还有有辐辐射射传传热热）。
一一般般来来说说，因因气气体体的的导导热热系数很小，接触热阻主要由空穴造成。
系数很小，接触热阻主要由空穴造成。
接接触触热热阻阻与与接接触触面面材材料料、表表面面粗粗糙糙度度及及接接触触面面上上压压强强等因素有关，主要依靠实验测定。
等因素有关，主要依靠实验测定。
某燃烧炉的平壁是由一层耐火砖（其某燃烧炉的平壁是由一层耐火砖（其11=1.047=1.047W/（W/（mkmk））与一层普通砖（其）与一层普通砖（其22=0.814W/（=0.814W/（mkmk））砌）砌成，两层厚度均为成，两层厚度均为100mm100mm，操作达到稳定后，测得炉壁的，操作达到稳定后，测得炉壁的内表面温度是内表面温度是700700，外表面温度为，外表面温度为130130。
为了减少热。
为了减少热量损失，在普通砖外表面上增加一层厚度为量损失，在普通砖外表面上增加一层厚度为40mm40mm的保温的保温材料（含材料（含8585的氧化镁，的氧化镁，33=1.047W/（=1.047W/（mkmk））。
待操）。
待操作达到稳定后，又测得壁的内表面温度为作达到稳定后，又测得壁的内表面温度为740740，外表面，外表面（即保温层表面）温度为（即保温层表面）温度为9090。
试计算加保温层前后，。
试计算加保温层前后，每小时每平方米的壁面各损失热量多少？
每小时每平方米的壁面各损失热量多少？
多层平壁传热：
多层平壁传热：
1=1.047W/（mk），b1=100mm；2=0.814W/（mk），b2=100mm；3=0.07W/（mk），b3=40mm加保温层前：
加保温层前：
t1=700，t3=130所以所以加保温层后：
加保温层后：
t1=740，t4=90所以所以4.2.4圆筒壁的稳态热传导圆筒壁的稳态热传导1单层圆筒壁单层圆筒壁的热传导的热传导假定：
假定：
（11）圆筒很长）圆筒很长（22）稳定）稳定（33）各向同
升级会员 