环境工程原理4. 传热与介质.pptx

;4.1 传热学概述; 传热过程总是与其他单元操作结合在一起，或者作为另一单元操作的一部分，也可以作为进一步加工的预处理。例如在环境工程中的常见作用有： ① 污泥中温与高温消化过程都需要外界向消化体系输送热量，以维持消化细菌正常新陈代谢所需的温度； ② 污水的中和反应过程要在一定温度下进行，为了达到并保持一定的温度，就需要向反应器输入或从它输出热；又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热； ③ 生产设备的保温，污水处理厂废水处理过程中热能的合理利用以及皮热的回收，循环水冷却等都涉及传热的问题。 对传热过程的要求经常有以下两种情况：一种是强化传热过程，在传热设备中加热或冷却物料，控制热量并以所期望的方式传递，使其达到指定温度，如各种换热设备中的传热；另一种是削弱传热过程，如对设备或管道进行保温，减少热损失。;;若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（又称导热）。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差，此时热量将从高温部分传向低温部分，或从高温物体传向与它接触的低温物体、直至整个物体的各部分温度相等为止。热传导在固体、液体和气体中均可进行，但它的微观机理因物态而异。固体中的热传导属于典型的导热方式。在金属固体中，热传导起因于自由电子的运动；在不良导体的固体中和大部分液体中，热传导是通过晶格结构的振动，即是原子、分子在其平衡位置附近的振动来实现的；在气体中，热传导则是由于分子不规则运动而引起的。对于纯热传导的过程，它仅是静止物质内的一种传热方式，也就是说没有物质的宏观位移。;流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中。; 因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。所有物体（包括固体、液体和气体）都能将热能以电磁波形式发射出去，而不需要任何介质，也就是说它可以在真空中传播。 物体之间相互辐射和吸收能量的总结果称为辐射传热。由于高温物体发射的能量比吸收的多，而低温物体则相反，从而使净热量从高温物体传向低温物体。 辐射传热的特点是：不仅有能量的传递，而且还有能量形式的转换，即在放热处，热能转变为辐射能，以电磁波的形式向空间传送；当遇到另一个能吸收辐射能的物体时，即被其部分地或全部地吸收而转变为热能。应予指出，只有在物体温度较高时，热辐射才能成为主要的传热方式。 实际上，上述的三种基本传热方式，在传热过程中常常不是单独存在的，而是两种或三种传热方式的组合，称为复杂传热。; 在化工生产中，物料在换热器内被冷却或加热时，通常需要用某种流体取走或供给热量，此种流体称为载热体，其中起冷却或冷凝作用的载热体称为冷却剂（或冷却介质）；起加热作用的载热体称为加热剂（或加热介质）。 对一定的传热过程，待冷却或待加热物料的初始与终了温度常由工艺条件决定，因此需要取出或提供的热量是一定的。 选择载热体时应考虑以下原则: ① 载热体的温度易调节控制； ② 载热体的饱和蒸气压较低，加热时不易分解； ③ 载热体的毒性小，不易燃、易爆．不易腐蚀设备； ④ 价格便宜，来源容易。 工业上常用的冷却剂有水、空气和各种冷冻剂。水和空气可将物料最低冷却至环境温度，其值随地区和季节而异，一般不低于20℃~ 30℃。在水资源紧缺地区，常采用空气冷却。一些常用冷却剂及其适用温度范围见表4-l。工业上常用的加热剂有热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯混合物、熔盐及烟道气等。它们适用的温度范围见表4-2。若所需的加热温度很高，则需采用电加热。;冷却剂;4.1.4.1 间壁换热器 进行换热的设备称为换热器。工业生产中冷、热两种流体的热交换，一般情况下不允许两种流体直接接触，要求用固体壁面隔开，这种换热器称为间壁式换热器。套管式换热器是其中的一种。它是由两根同心的管子套在一起组成的。如图所示，两种流体分别在内管及两根管的环隙中流动，进行热量交换。热流体的温度由th1降至th2；冷流体的温度由tc1升至tc2。;;两流体通过间壁的传热过程由对流、导热、对流三个过程串联组成。如图。 （1）热流体以对流方式将热量传递到间壁的左侧Q1； （2）热量从间壁的左侧以热传导的方式传递到间壁的右侧Q2； （3）最后以对流方式将热量从问壁的右侧传递给冷流体Q3。;;;4.2 热传导;;;;;4.2.3.1 固体的导热系数 固体材料的导热系数与温度有关，对于大多数均质固体，其λ值与温度大致成线性关系：;液态金属的导热系数比一般液体高，而且大多数液态金属的导热系数随温度的升高而减小。在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，绝