传热第一部分幻灯片.ppt

第6章 传热 6.1 概述 6.1.1 概述 6.1.2 传热过程 6.1.1 概述 （1）传热过程在化工生产中的应用 传热过程即热量的传递，是自然界和工程技术领域中极其普遍的一种传递过程。由热力学第二定律可知： 凡是温差存在的地方，就必然有热量的传递，且热量总是由高温处向低温处传递。 几乎所有的化学反应过程都需要控制在一定温度下进行。也就是说化工生产过程都伴有传热过程。 6.1.1 概述 （2）传热的目的 1）加热或冷却，使物料达到指定的温度； 2）换热，以回收利用热量或冷量； 3）保温，以减少热量或冷量的损失。 （3）化工对传热过程有两方面的要求 1）强化传热过程 2）削弱传热过程 一般来说，传热设备在化工厂设备投资中有些可占达40%左右，传热是化工中重要的单元操作之一。 6.1.1 概述 （4）传热过程中冷热流体的接触方式 1）直接接触式传热 在这类传热中，冷、热流体在传热设备中通过直接混合的方式进行热量交换，又称为混合式传热。 优点：方便和有效，而且设备结构较简单，常用于热气体的水冷或热水的空气冷却。 缺点：在工艺上必须允许两种流体能够相互混合。 典型设备：板式塔和填料塔 6.1.1 概述 2）蓄热式传热 这种传热方式是冷、热两种流体交替通过同一蓄热室时，即可通过填料将从热流体来的热量，传递给冷流体，达到换热的目的。 优点：结构较简单，可耐高温，常用于气体的余热或冷量的利用。 6.1.1 概述 3）间壁式传热 在多数情况下，化工工艺上不允许冷热流体直接接触，故直接接触式传热和蓄热式传热在工业上并不很多，工业上应用最多的是间壁式传热过程。 典型设备：套管式换热器和列管式换热器。 6.1.1 概述 （5）载热体及其选择 载热体：为了将冷流体加热或热流体冷却，必须用另一种流体供给或取走热量，此流体称为载热体。 1）加热剂 起加热作用的载热体称为加热剂。 2）冷却剂 而起冷却作用的载热体称为冷却剂。 6.1.1 概述 6.1.1 概述 在选用载热体时为提高传热过程的经济性，必须根据具体情况选择适当温位的载热体，同时还应考虑： ① 载热体的温度应易于调节； ② 载热体的饱和蒸气压宜低，加热时不会分解； ③ 载热体毒性要小，使用安全，对设备应基本上没有腐蚀； ④ 载热体应价格低廉而且容易得到。 6.1.2 传热过程 （1）传热速率 ① 热流量Q：即单位时间内热流体通过整个换热器的传热面传递给冷流体的热量，国际单位 J/s或W。 工程单位：(kcal/h) ② 热流密度（热通量）q：单位时间通过单位传热面积所传递的热量，单位 J/(s·m2)或W/m2。 工程单位：(kcal/ m 2 · h) 6.1.2 传热过程 ③定态传热与非定态传热 定态传热：传热系统中传热速率、热通量及温度等有关物理量分布规律不随时间而变，仅为位置的函数。连续生产过程的传热多为定态传热。 非定态传热：传热系统中传热速率、热通量及温度有关物理量分布规律不仅要随位置而变，也是时间的函数。 6.1.2 传热过程 （2）换热器的热流量（Q） 设换热器的传热面积为A，则 6.1.2 传热过程 （3）非定态传热过程 对非定态传热问题通常关心的是一段时间内所传递的累积总热量QT。设夹套传热面积为A，则 6.1.2 传热过程 （4）传热机理 1）热传导——导热 当固体物体内部或两个直接接触的物体之间存在着温差时，物体中温度较高的分子因振动与相邻的分子碰撞而传递热量的现象称为导热，在热传导过程中，没有物质的宏观位移，即没有物质的形态变化。 2）对流，又称热对流，对流传热 由于流体质点的位移和混合，将热能由一处传至另一处的传递热量的方式称为对流传热。 3）辐射——是一种通过电磁波传递能量的过程 6.1.2 传热过程 几点说明： 任何热量的传递只能通过传导、对流、辐射三种方式进行。 固体内部的热量传递只能以传导的方式进行。流体与换热器壁面之间的给热过程往往同时包含对流与传导，对高温流体还有热辐射。 热传导、对流传热需要介质，能量形式不变；而辐射传热无须介质，但能量形式发生变化（热→波→热）。 工程上的传热过程一般都是三种形式同时存在的。 6.2 热传导 6.2.1 傅里叶定律和导热系数 6.2.2 通过平壁的定态导热过程 6.2.3 通过圆筒壁的定态导热过程 6.2.4 通过多层壁的定态导热过程 6.2.1 傅里叶定律和导热系数 1）温度场：某一瞬时固体物体各点的温度情况。通常物体的温度分布是空间和时间的函数。 对定态场：t =f(x ,y,z) 对非定态场： t =f( x, y,z,τ) 6.2.1 傅里叶定律和导热系数 3）傅里叶定律 6.2.1 傅里叶定律和导热系数 物理意义：温度梯度为1时，单位时间内通过单位传热面积的热流量；导热系数在数值上等于单位温