第4章 热量传递及设备.ppt

热量的传递是一个能量转移的过程，即传热过程。由热力学第二定律，有温度差存在，热量会自发地从高温处传递到低温处。而温度差在自然界及工程技术中是广泛存在的，因此，传热在自然界和化工生产中很普遍，如：① 物料反应的加热、冷却；②造纸生产中原料的蒸煮、纸张的干燥；③材料加工中窖炉的传热等。;为了达到和保持所需温度，反应物进入反应器前后需要加热或冷却。 有些单元操作，如精馏、蒸发、干燥、结晶等都需要到达指定的温度要求。 设备和管道在高温或低温下操作，需要保温或保冷，减少热量损失。 热能的综合利用和回收余热。; 将冷热流体在换热器中直接混合的方式进行热量交换，具有传热效率高，设备简单。缺点：不同流体间产生了混合。;b 蓄热式传热;c 间壁式传热;① 套管式换热器：;套管换热器;② 列管式换热器;;a.热传导（导热） 定义：当物体内存在温差或温度不同的物体间相对静止接触时，热量通过分子、原子、自由电子等微观粒子的热运动从高温处传至低温处，这种传热过程称为热传导，简称导热。 其机理很复杂，至今尚未完全了解。 金属固体：热传导由自由电子的运动引起； 不良导体的固体和大部分液体（除了汞）：由分子或原子在晶格上振动引起，晶格的振动把能量传递给相邻的分子或原子； 气体的导热：分子热运动引起。 遵循定律：傅里叶定律。;b.对流传热 定义：流体内质点或流体间发生宏观相对位移而引起的热传递过程。是流体质点的运动、碰撞、混合的结果。 特点：①流体中才能产生； ②质点的质量大于分子质量，因此，对流传热速率比导热速率大。 ③产生原因两种：自然对流和强制对流。自然对流是由于温度不同，密度不同，轻、重流体质点产生相对位移，强制对流是外力使质点强制运动。 　 遵循定律：牛顿冷却定律。;c．热辐射 定义：热物体通过发射电磁波来传递能量的过程。凡物体温度大于绝对零度时，均能发射电磁波，但热效应显著的电磁波范围是在可见光和红外光波段。它不依赖任何外界条件而进行。机理：电磁波的发射起因于物??中原子内的电子振动。 特点：① 辐射传热还伴随有能量形式的转换； ② g、L、S都能发生热辐射； ③ 任何物体绝对零度以上，都能发射辐射能； ④ 物料温度较高时，热辐射才成为主要的传热方式。遵循定律：斯蒂芬—玻耳兹曼定律。 ;第二节 热传导;1 温度场 温度场：描述任一物体或系统内各点的温度分布与时间的关系 非稳态温度场 稳态温度场 一维稳态温度场; 2 温度梯度 温度沿等温面垂直方向的变化率。是矢量，指向温度增加的方向; 通过等温表面的热传导速率与温度梯度及传热面积成正比。 Q： 热传导速率，其方向与温度梯度的相反，W A： 导热面积，m2 λ ：热传导系数，W/m.oC;1 热传导系数的物理意义及数值范围 在数值上等于单位温度梯度下的热通量 表征物质导热能力的大小，是物质的物性参数 导热系数由实验测定 物质导热系数的数量级;;3 导热系数的来源;;传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧温差为1度（K，℃），1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米·度（W/㎡·K，此处K可用℃代替）。 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,℃），在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度（W/m?K，此处为K可用℃代替）。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。通常把导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在0.05瓦/米?度以下的材料称为高效保温材料。 导热系数一般是针对于热传导而言，单位为W/m·K; 传热系数一般是针对于对流传热而言，单位为W/m2·K ;4 溶液和混合气体的导热系数;;;;1 单层圆筒壁热传导;;;2 多层圆筒壁的热传导;;;;思考题：气温下降，应添加衣服，应把保暖性 好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？;第三节 对流传热;4-3-1 对流传热分析;;2 对流传热速率方程;4-3-2 对流传热系数;流体的种类和相变化的情况 流体的物性 流体的温度 流体的流动状态 流体流动的原因;;;;2 对流传热的类型;4-3-3 对流传热过程量纲分析;4-3-3 对流传热过程量纲分析;二 应用特征关联式时应注意的问题;4-3-4 流体无相变时的对流传热系数; （1）低粘度（2倍常温下水的粘度）;(2) 高粘度液体;（3） 流体