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、热量传递的三种基本方式一、热量传递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（又称导热）、热传导（又称导热）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、对流、对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、热辐射、热辐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、热传导方程一、热传导方程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。傅立叶定律解决的问题傅立叶定律解决的问题2、导热系数、导热系数（ 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、传导传热的计算二、传导传热的计算1、单层平面热传导、单层平面热传导TT1T2x称为导热热阻称为导热的推动力2、多层平壁的热传导、多层平壁的热传导TT2T3T1T41x32三层平壁的热传导速率方程三层平壁的热传导速率方程 :n层平壁的热传导速率方程层平壁的热传导速率方程 :各层平壁的温差降与该层的热阻成正比。3、单层圆筒壁的热传导、单层圆筒壁的热传导单层圆筒壁的热传导速率方程单层圆筒壁的热传导速率方程热阻为 :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、多层圆筒壁的热传导、多层圆筒壁的热传导三层圆筒壁的热传导速率方程三层圆筒壁的热传导速率方程n层圆筒壁的热传导速率方程层圆筒壁的热传导速率方程r1r2r4r3T1T3T4T2T=T1 Tn+15、保温层的临界半径、保温层的临界半径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对流传热过程是从流体到固体壁对流传热过程是从流体到固体壁或从固体壁到流体的传热过程或从固体壁到流体的传热过程 ,是一个层流内层为主的导热和层是一个层流内层为主的导热和层流内层以外对流传热的综合过程流内层以外对流传热的综合过程.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、层流底层、层流底层 ， 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、过渡区、过渡区 ，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） 温度差 温度差是控制沸 腾传热