【办公资料】第五章、传热与传质培训课件

LOGO第 五 章 传热传质 知识 传热跟我们的生活密切相关传热在生活中的应用：1、做饭时，蒸、煮、炒等都是传热过程，饭菜凉了我们也要 “热一热 ”再吃；2、冬天开暖气供暖，屋子里暖和、舒服；3、穿衣服要看天气，根据温度变化选择衣服，冬天穿棉袄，夏天穿单薄的衣服。什么是传热 ?传热 即热量传递，凡是有温度差存在的地方，必然有热的传递，传热是极为普遍的一种能量传递过程，化工生产与传热的关系尤为密切。高温 低温传热过程的推动力： 温度差传热推动力 传热在生产中的应用： 1、物料的加热、冷却或者冷凝、蒸发过程。 加热 ： 熔盐炉、混合气预热、再沸器 聚合釜夹套升温、汽提、干燥等 冷却 ： 采用循环水、 7 水、 -35 盐水等冷却水 转化器、合成炉用热水冷却 冷凝 ： 氯气液化、混合脱水、氯乙烯单体冷凝 蒸发 ： 碱液蒸发、 PVC干燥传热在生产中的应用传热在生产中的应用 2、化工设备和管道的保温（保冷），以减少热量（冷量）损失。 保温：如蒸汽管道、热水管道。 保冷： -35 盐水、 7 水管道 3、生产中热能的合理利用，废热回收。 废热利用：氯化氢合成热用于溴化锂及采暖、转化反应热用于溴化锂机组 研究传热的目的1、 提高 传热速率 强化传热，减小设备尺寸，节省费用2、 降低 传热速率 削弱传热，减少热量损失传热的基本方式热的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同而引起的。当无外功输入时，根据热力学第二定律，热总是自动地从温度较高的部分传给温度较低的部分， 或是温度较高的物体传给温度较低的物体。 根据传热机理的不同，传热的基本方式有 热传导 、 对流 和 辐射 三种。传热的分类 传热的分类分类：按连续性按与时间的关系间歇传热连续传热非稳态传热：传热速率 常数，稳态传热：传热速率 =常数，LOGO一、一、 热热 量量 传递传递 的三种基本方式的三种基本方式根据 传热 的机理不同， 热 量 传递 的基本方式分 为 三种：导 热对 流热辐 射1、 热传导热传导 （又称（又称 导热导热 ）当物体内部或两个直接接触的物体存在着 温差 时 ，由于分子、原子和自由 电 子等微 观 粒子的 热 运 动 而引起 热 量的 传递 。 热 量由高温度部分 传 到低温部分，或从高温物体 传 到与之相接触的低温物体，直到各部分温度相等 为 止， 这 种 热 量 传递过 程称 为 导热 。2、 对对 流流流体各部分之 间发 生相 对 位移所引起的 热传递过 程称 为 对流 传热 （即 对 流） 。 对 流的形式可分 为 ：（ 1）、 自然 对 流： 由于流体中各 处 的温度不同而引起密度的差 别 。 轻 者上浮，重者下沉，流体之 间产 生相 对 位移。（ 2）、 强 制 对 流： 由于 泵 、 风 机或 搅 拌等外力的作用使得流体 质 点 强 制运 动 。在化工 传热过 程中 ,通常是流体流 经 固体壁面 时发 生的 对 流和 热传导联 合作用的 传热过 程 .3、 热辐热辐 射射因物体本身温度的原因激 发产 生的 电 磁波在空 间 的 传递 ，称 为 热辐 射 。 辐 射 传热 的特点是：（ 1）、能量 传递过 程中有能量形式的 转变（ 2）、任何物体只要在 热 力学温度零度以上都能 发 射 辐射能第二节第二节 热传导热传导一、一、 热传导热传导 方程方程1、傅立叶定律、傅立叶定律 TT T+dTT1T2dxx温度梯度，表示热流方向温度变化的强度，温度梯度越大，说明热流方向单位长度上的温差越大。负号 表示热流方向与温度梯度方向相反 ,热量是沿温度 降低的方向传递 . 傅里叶定理是研究传热过程的重要方程， 在工程上 主要解决三个问题： 计算传热量或热量损失； 确定面上的温度； 确定保温层的壁厚。傅立叶定律解决的傅立叶定律解决的 问题问题2、 导热导热 系数系数（ 1）、固体的 导热 系数大多数固体 的 导热 系数 与温度大致呈 线 性关系。=0（ 1+t）-温度系数（ 2）液体的 导热 系数液 态 金属：液 态 金属 导热 系数比一般液体高液 态 金属 导热 系数随温度升高而降低。其他液体：水的 导热 系数最大，除水和甘油等几种液体外，大多数液体 随温度升高略有减少， 纯 液体 比混合液体一般 要大一些。（ 3）气体的 导热 系数气体的 导热 系数随温度升高而增大，随 压 强 增大而增加 。二、二、 传导传热传导传热 的的 计计 算算1、 单层单层 平面平面 热传导热传导TT1T2x称为导热热阻称为导热的推动力2、多、多 层层 平壁的平壁的 热传导热传导TT2T3T1T41x32三三 层层 平壁的平壁的 热传导热传导 速率方程速率方程 :n层层 平壁的平壁的 热传导热传导 速率方程速率方程 :各 层 平壁的温差降与 该层 的 热 阻成正比。3、 单层圆单层圆 筒壁的筒壁的 热传导热传导单层圆单层圆 筒壁的筒壁的 热传导热传导 速率方速率方程程热 阻 为 :上式也可以写成与平壁 热传导 速率方程 类 似形式 :其中 对 数平均面 积为:对 数平均半径为 :当 r2/r12时 , T1Lr1r2T2dr4、多、多 层圆层圆 筒壁的筒壁的 热传导热传导三三 层圆层圆 筒壁的筒壁的 热传导热传导 速率方速率方程程n层圆层圆 筒壁的筒壁的 热传导热传导 速率方程速率方程r1r2r4r3T1T3T4T2T=T1 Tn+15、保温、保温 层层 的的 临临 界半径界半径r1r2t1tft1-保温 层 内表面温度； tf-环 境温度r1、 r2-分 别为 保温 层 内外壁半径；-为 保温材料的 导热 系数-为对 流 传热 系数； L-为 管 长称 为临 界半径 rcBrc r2t2对对 流流 传热过传热过 程是从流体到固体程是从流体到固体壁或从固体壁到流体的壁或从固体壁到流体的 传热过传热过程程 ,是一个是一个 层层 流内流内 层为层为 主的主的 导热导热和和 层层 流内流内 层层 以外以外 对对 流流 传热传热 的的 综综合合 过过 程程 .1 2第三节第三节 对流传热对流传热自然 对 流强 制 对 流无相 变化有相 变化蒸汽冷凝液体沸 腾膜状冷凝滴状冷凝对流传热分类对 流 传热 分 类一、对流传热分析一、对流传热分析1、 层层 流底流底 层层 ， 由于流体粘性的存在，靠近壁面的一薄 层 流体作 层 流流 动 ，称 为层 流底 层 ， 热 量 传递 主要是靠分子 扩 散运 动 以 导热 方式 进 行， 热 阻主要集中在 层 流底 层 中，造成 较 大的温度降。2、 过过 渡区渡区 ，在 层 流底 层 与湍流主体之 间 存在着一个 过 渡区， 该 区的流体由于漩 涡 运 动 ，而造成流体 质 点 产 生相 对 运 动 ， 热 量 传递 除了以 传导 方式外， 还 有 对 流方式存在，故温度梯度逐 渐变 小。3、湍流主体、湍流主体 ，流体 质 点的 剧 烈碰撞与混合， 热 量 传递 以 对 流方式 为 主，可以 认为 无 热 阻，温度梯度 为 零，各处 的温度相等。1 2层 流内层过 渡区湍流主体区湍流主体区二、对流传热速率方程二、对流传热速率方程热 流体 侧 冷流体 侧对流传热速率方程对流传热速率方程 (又称牛顿冷却定律又称牛顿冷却定律 )三、传热膜系数的影响因素三、传热膜系数的影响因素1、流体的流 动 状 态2、流体的 对 流状况3、流体的物理性 质影响 较 大的物性有流体的比 热 、 导热 系数、密度和粘度。4、 传热 表面的形状，大小和位置5、流体相 变 的影响1 2对 流 传热 膜系数 的物理意 义 : 当壁面和流体主体温度差 为 1K时 ,单 位面 积 的固体壁面上 单 位 时间 内以 对 流传热 方式 传递 的 热 量 。对 流 传热 方程式以很 简单 的形式表达了复 杂 的 对 流传热过 程的 传热 速率，其中的膜系数包括了所有影响对 流 传热过 程的复 杂 因素。由于 对 流 传热 系数 受很多因素的影响，不可能提出一个确定 的普遍公式。可 查询 相关 资 料取 经验值 。四、提高 传热 膜系数的途径（一）无相 变 的 对 流 传热 ：提高流体流速是 强 化 传热 的有效措施，但流体流速增大后能量 损 失增加。（二）冷凝 传热 ：（ 1） 不凝气体 蒸汽内含有不凝气体，形成气膜，使 传热 阻力增大，对 流 传热 系数降低。（ 2） 蒸汽流速和流向 蒸汽与液膜流向一致，加速液膜流 动 ， 对 流 传热 系数增大；蒸汽流速增大 对 流 传热 膜系数增大（ 3） 蒸汽 过热 情况 按 饱 和蒸汽冷凝 处 理（ 4） 冷凝面的高度及布置方式 冷凝液膜增厚会降低 传热 系数。*液体沸 腾 大容 积 沸 腾 管内沸 腾 沸 腾 曲 线 当 温度差 较 小 时 ，液体内部 产 生 自然 对 流 ， 较 小，且随温度升高 较 慢。当 t逐 渐 升高 ，在加 热 表面的局部位置 产 生气泡， 该 局部位置称 为 气化核心 。气泡 产 生的速度 t随上升而增加， 急 剧 增大。 称 为 泡核沸 腾 或核状沸 腾。 （三）、沸 腾传热（ 1）