化工原理教案04传热VIP免费

第四章传热第一节概述一、传热过程由热力学第二定律可知，凡有温度差存在的地方，就必然有热量的传递。化学工业与传热密切相关，化工生产过程中许多单元操作都需要加热和冷却。化工生产中进行传热操作的目的——1．料液的加热和冷却，为达到反应所需的温度；2．为维持反应温度，需不断输入或输出热量；3．许多单元操作需输入或输出热量；4．化工设备的保温；5．生产过程中热能的综合利用及废热的回收。化工生产对传热过程的要求：1．强化传热——要求传热速率高，降低设备成本；2．削弱传热——可减少热损失。二、传热的基本方式（传热机理）传热原因——传热推动力（温度差）传热方向——在无外功输入时，由热力学第二定律，热流方向由高温处向低温处流动。传热的三种基本方式：1．热传导——物体内部或两个直接接触物体之间的传热方式。金属导体—自由电子运动不良导体，大部分液体—温度高的分子振动，与相邻分子碰撞，造成的动量传递。气体—分子无规则运动热传导是静止物体内的一种传递方式，没有物质的宏观位移。2．对流传热——是指流体由质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，所以与流体的流动方式密切相关。自然对流——质点位移是由于流体内部密度差引起的，使轻者浮，重者沉；强制对流——质点运动是由外力作用所致。对流传热同时伴有热传导，事实上无法将其分开——又称给热。化工中所讨论的给热，都是指流体与固体壁面之间的传热过程——间壁式换热3．热辐射——是一种通过电磁波传递能量的过程任何物体，只要在0K以上都能发射电磁波，而不依靠任何介质，当被另一物体接收后，又重新变为热能。热辐射不仅是能量转移，也伴随着能量形式的转移。T1t2三、间壁式换热1．间壁式换热过程热冷流流—由对流、导热、对流三过程串联而成Q体（1）热流体以对流方式将热量传递到间壁一侧；体T2t1（2）热量以导热方式通过间壁；（3）热量以对流方式传至冷流体。对流传热热传导对流传热12。间壁式换热器——典型的传热设备(1)夹套式换热器（2）套管式换热器t2热流体T1T2t1冷流体（3）蛇管式换热器（盘管式）（4）列管式换热器单管程双管程多管程3传热速率方程式QKAtmQ——传热速率，W或J/sK——总传热系数,W/m2·K2A——传热面积，mΔtm——平均温度差（推动力），K或0C1/(KA)——热阻4．定态传热——指传热系统中，各点温度仅随位臵而变，而不随时间而变。特点：热量在过程中无积累，Q[J/s]为常量非定态传热——指传热系统中，各点温度随时间而变。2第二节热传导一、热传导基本概念1．温度场和温度梯度（1）温度场——某一瞬间，空间（或物体）所有各点温度分布tfx,y,z,定常态温度场：tfx,y,z一维定常态温度场：tfx（2）等温面——同一时刻，温度场中相同温度各点所组成的曲面。温度不同的等温面彼此不能相交。（3）温度梯度——同一等温面上各点的温度相同，故沿着等温面移动，温度无变化，即无热量传递；若沿着与等温面相交的任何方向移动，温度发生变化，并伴有热量传递。而最大的温度改变是在与等温面垂直方向上（法线方向）。与等温面法线方向上温度的变化率。gredtlimtndtdxtn0nt+Δttt-Δt温度梯度方向是朝着温度增加的方向，与热流方向相反。一维温度梯度：gretttntn2.傅立叶定律——热传导基本定律dQdA一维导热QAdtdxQ——导热速率，[W]或[J/s]A——导热面积，与热流方向垂直的表面积，[m2]dtdx——温度梯度，[K/m]，负号表示热流方向总是于温度梯度方向相反；——导热系数，[w/m.k]。二、导热系数，1．物理意义——表征物质的导热能力，物质的热物性参数。2．影响因数——主要有物质种类、组成和温度，并与结构疏松程度有关。3．金属非金属液气4．计算公式：多数物质01at三、平壁的定态热传导1．单层平壁的定态热传导设（1）材质均匀——为常数（2）一维定态导热——温度沿x方向变化（3）Q与A均为常量（4）t1>t2tt1Qt20xdxbx3由傅立叶定律：QA分离变量后积分dtt1tdtdxQAx0dxtt1QAx表示温度线斜率为Qt1t2bbAt传...