6 传热 化工原理

1、第6章传热Heat Transfer，8/6/2020，2，2，传热在化工生产中的应用，6.1概说，6.1.1化工生产中的传热过程，蒸发，蒸馏2 .避免传热(保温)，传热方向：从高温到低温，传热优点：方便有效，且设备结构简单，常用于热气体水冷和热水空冷。 缺点：在工艺上，两种流体必须能够相互混合。1直接接触式传热、6.1.2冷热流体的接触方式、8/6/2020、4、2蓄热式传热、冷热两种流体交替通过同一蓄热室时，通过填料将来自热流体的热传递给冷热流体，达到热交换的目的。 优点：结构简单，耐高温，常用于煤气馀热和冷热的利用。 缺点：填料需要蓄热，设备体积大，且两种流体交替时在一定程度上混合是不可

2、避免的。8/6/2020、5、3间壁式传热，由于化工过程中常常不允许冷热流体直接接触，因此直接接触式传热和蓄热式传热在工业上不太多，工业上应用最多的是间壁式传热过程。 这种热交换器的特征是，将冷、热两种流体之间用一个金属壁(或石墨等热传导性好的非金属壁)隔开，使两种流体不混合地进行热传递。 在这种热交换器中，套管式热交换器和列管式热交换器是典型的设备。8/6/2020,6、6、6、6.1.3载热体及其选择、加热剂：水和水蒸气(40-180 )、联苯混合物(道生油) (255-380 )。 选择原则：温度易调节饱和蒸气压无毒，无腐蚀廉价，易得，8/6/2020， 7、7、6.1.4传热中的基本概

3、念、热流密度(热流束) q :每单位面积的传热速度、作为wm-的传热速度也被称为热负荷，显热：根据温度差传递的热，传热速度是指由于在传热面和介质之间存在温度差而使热从高温流向低温的速度， 定压比热cp :压力一定时单位质量的物质温度上升1K所需的热量、Jkg-1K-1、q=q、非定常传热：传热系统中各点的温度，根据位置和时间而变化。 特点：传热速度、热流束都是变量。 通常，连续生产多为稳态传热，间歇操作多为非稳态传热。 由于化工过程中以连续生产为主，本章主要对稳态传热进行探讨。 6.1.5稳态传热和非稳态传热，8/6/2020，9，6.1.5温度场和温度梯度，t某点的温度，x，y，z某点的坐标

4、时间。 温度场：某一时刻物体在空间各点的温度分布。1温度场和等温面、8/6/2020、10、稳态温度场、非稳态温度场、等温面：同时由温度场的所有温度相同点构成的面。 温度不同的等温面不相交。 8/6/2020、11、2温度梯度、温度梯度是向量。 方向与该点所在的等温面垂直，温度增加的方向为正方向。一维稳态传热，8/6/2020，12，6.1.7传热的基本方式(传热机理)发生在物质内部或静止(或层流)流体内，没有物质的宏观位移，发生在流体内，物质宏观位移，依存的加热器(冷冻机)安装在房间的哪里水壶底为什么有槽？传热面积的校正、热交换器的结构、8/6/2020、14、6.2热传导(Heat Con

5、duct )、热传导也称为热传导。 从物体的高温部分向同一物体的低温部分，或者从高温物体向与其直接接触的低温物体传递热量的过程。 热传导不依赖于物质的宏观位移，而是起因于物体内部分子的微观运动的传热方式。8/6/2020、15、6.2.1傅立叶定律(Fouriers Law )、由于传热距离引起的温度变化被称为温度梯度、8/6/2020、16、物性之一。 物理意义：表示单位温度梯度中热流束的大小，即物体两个面(等温面)之间的温度差为1K、厚度为1m时，能够经过每秒1m2的传热面积传导的热量。 因此，物质越大，导热性能越好。 通常，导电性固体的非导电性固体、液体气体t的上升、气体、水的上升、其他

6、液体的下降。导热率、数据源：物质的导热率可以通过实验进行测量，也可以调查资料、修正算法、8/6/2020、17，如果是常数，则在x=0时，t=t1，x=的2 .多层平壁的一维稳态导热，各层的Q=常数，Q=常数2020、20、例6设普通炼瓦的层厚为12 cm，其外表面温度为50，通过炉壁的热损失为1200W/m2，绝热材料的耐热温度为900，求出耐火炼瓦的最小厚度和此时的绝热层的厚度及其外壁温度。 耐火炼瓦，解110.83cm，解t3=201.6，解211.64cm，普通炼瓦，保温炼瓦，8/6/2020，21，1 .单层圆筒壁的稳定热传导，常数的情况2 .多层圆筒壁的稳定热传导，8/6/2020

7、，24，例6-2外径426mm 如果蒸汽管路的外表面温度是177，保温层的外表面温度是38，那么就求出每米管长的热损失以及保温层中的温度分布。 解：保温层外表面的半径r30.2130.426=0.639m，温度t3=38，蒸汽管外表面的半径r20.426/2=0.213m，温度t2=177。8/6/2020、26、8/6/2020、27、例6-3有蒸汽管，外径25mm，管外皮有两层保温材料，各层材料厚度25mm，更换外层保温材料与内层材料热传导率之比为2的两层材料，管外壁和外表面的温度t1 导热率小的材料包括在内层，解：8/6/2020，28，保温层的临界厚度，8/6/2020，29，影响因素

8、：接触材料的种类和硬度，接触面的粗糙度，接触面的按压力；热对流仅发生在流体中。、8/6/2020、31、1对流传热过程分析，(1)层流边界层(层流内层)内：热传导、热阻大。 (2)过渡区：热传导与对流传热配合；(3)湍流区：充满涡流，混合好，对流为主，热阻小。 6.3.1对流传热速度牛顿冷却规律，8/6/2020，32，2对流传热速度牛顿冷却规律，流体加热：q对流传热速度，w； 对流热传递系数、W/(m2) Tw、Tw热、冷流体侧壁温度、t、t热、冷流体的平均温度、a传热面积、m2。 流体被冷却：8/6/2020，33，6.3.2对流传热系数，(1)产生流动的原因自然对流：由于流体内部密度差引起的流体的流动。 强制对流：由外力和压差引起的流动。 强自、(2)流体的物性、cp、1 .影响因素、8/6/2020、34、(5)是否发生相变蒸汽的冷凝、液体沸腾相变是否没有相变、(4)传热面的形状。 大小：管径和管长等位置：例如管的排列方式(管束中有正四边形和三角形的排列)管或板是垂直配置还是水平配置。 (3)流动模式层流湍流带层，8/6/2020，35，2对流传热系数的原因分析，影响对流热的因素是：式中l特性尺寸u特征流速。 根据因素分析，上述8个变量可以用4个无因素次数组表示。 f(u，l，cp，gt )、8/6/2020，36，保留参数，