化工原理_15传热过程概述

1、1第五章 传 热 通过本章学习，掌握传热的基本原理和规律，并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程的有关问题。学习目的与要求25.1 传热过程概述第五章 传 热3传热热量从高温度区向低温度区移动的过程称为热量传递，简称传热。 一是强化传热过程，如各种换热设备中的传热。二是削弱传热过程，如对设备或管道的保温，以减少热损失。化工生产中对传热过程的要求概述45.1 传热过程概述5.1.1热传导及导热系数第五章 传 热5一、热传导(导热)热传导(导热) 不依靠物体内部各部分质点的宏观混合运动而借助于物体分子、原子、离子、自由电子等微观粒子的热运动产生的热量传递称为热传导，简称导热。 6dQtdSn 描

2、述热传导现象的物理定律为傅立叶定律（Fouriers Law），其表达式为傅立叶定律（Fouriers Law）温度梯度导热系数微分导热通量热通量与温度梯度方向相反一、热传导(导热)7二、导热系数导热系数dQ dStn 导热系数表征了物质热传导能力的大小，是物质的基本物理性质之一，其值与物质的形态、组成、密度、温度等有关。 8导热系数W/(m.oC)0.0060.060.10.70.23.0154200.0030.06气体液体非导电固体金属绝热材料二、导热系数91.固体的导热系数纯金属的导热系数与电导率的关系可用魏德曼（Wiedeman）-弗兰兹（Franz）方程描述 eLT良好的电导体必然是

3、良好的导热体，反之亦然。 二、导热系数10对大多数均质固体，导热系数与温度近似呈线性关系 01t对大多数金属材料，为负值；而对大多数非金属材料，为正值；对理想气体，=1/T ，1/K。 二、导热系数112.液体的导热系数除水和甘油外，大多数非金属液体的导热系数亦随温度的升高而降低。 金属液体的导热系数比一般的液体要高 纯液体的导热系数比其溶液的要大 二、导热系数123.气体的导热系数气体导热系数随温度升高而增大。在相当大的压力范围内，气体的导热系数随压力的变化很小，可以忽略不计。 二、导热系数135.1 传热过程概述5.1.1 热传导及导热系数第五章 传 热5.1.2 对流14 对流是由流体内

4、部各部分质点发生宏观运动和混合而引起的热量传递过程 对流对流传热 在化工生产中特指流体与固体壁面之间的热量传递过程。 对流15对流传热速率可由牛顿冷却定律描述 dQtdS温度差对流传热系数微分对流传热通量对流165.1 传热过程概述5.1.1 热传导及导热系数5.1.2 对流第五章 传 热5.1.3 热辐射17热辐射 因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。 热辐射1.可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。 2.不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式的转换。 3.任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐射能，但仅当物体的温度较高、物体间的温度差较大时，辐射传热才能成为主要的传热方式。

5、 185.1 传热过程概述5.1.1 热传导及导热系数5.1.2 对流5.1.3 热辐射第五章 传 热5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器19一、直接接触式换热和混合式换热器 二、蓄热式换热和蓄热器三、间壁式换热和间壁式换热器冷热流体（接触）热交换方式及换热器20图5-1 套管式换热器1-内管 2-外管冷热流体（接触）热交换方式及换热器动画2221图5-2 单程管壳式换热器1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封头,6-管板,7-挡板,8-泄水池 冷热流体（接触）热交换方式及换热器动画2122间壁式换热器内冷、热流体间的传热过程包括以下三个步骤：（1）热流体以对流方式将热量传递给管壁

6、；（2）热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另一侧；（3）传递至另一侧的热量又以对流方式传递给冷流体。冷热流体（接触）热交换方式及换热器235.1 传热过程概述5.1.1 热传导及导热系数5.1.2 对流5.1.3 热辐射5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器第五章 传 热5.1.5 载热体及其选择24载热体及其选择 在化工生产中，物料在换热器内被加热或冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热量，此种流体称为载热体，其中起加热作用的称为加热介质（或加热剂）；起冷却（冷凝）作用的称为冷却介质（或冷却剂）。载热体25选择载热体原则（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

7、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。载热体及其选择26第五章 传 热5.2 热传导5.2.1 平壁一维稳态热传导27一、单层平壁一维稳态热传导假设：1.导热系数不随温度变化，或可取平均值；2.一维稳态3.忽略热损失。 图5-3 单层平壁热传导28对平壁一维稳态热传导 dtQSdx 积分并整理得12()SQttb微分式 积分式 一、单层平壁一维稳态热传导2912tttQbRS12ttQtqbSR热传导推动力热传导速率热传导热阻导热热阻一、单层平壁一维稳态热传导30二、多层平壁的一维稳态热传导图5-4 三层平壁热传导假设：1.导热系数不随温度变

8、化，或可取平均值；2.一维稳态3.忽略热损失4.没有接触热阻 31通过各层平壁截面的传热速率必相等 1234QQQQQ233412123123ttttttQSSSbbb233412123123ttttttQbbbSSS或二、多层平壁的一维稳态热传导32三层平壁稳态热传导速率方程 14312123ttQbbbSSS对n层平壁，其传热速率方程可表示为11niittQbS二、多层平壁的一维稳态热传导33接触热阻 因两个接触表面粗糙不平而产生的附加热阻。 接触热阻包括通过实际接触面的导热热阻和通过空穴的导热热阻（高温时还有辐射传热）。 接触热阻与接触面材料、表面粗糙度及接触面上压力等因素有关，可通过实验测定。 二、多层平壁的一维稳态热传导34图图5-5 5-5 接触热阻的影响接触热