环境工程原理热量传递学习教案

1、会计学1环境工程原理环境工程原理(yunl)热量传递热量传递第一页，共56页。第一节第一节 热量热量(rling)(rling)传递的方式传递的方式第二节第二节 换热器换热器 本章(bn zhn)主要内容第四章 热量(rling)传递第1页/共55页第二页，共56页。第一节 热量传递(chund)的方式一、热传导二、对流传(lichun)热三、辐射传热 本节的主要(zhyo)内容第2页/共55页第三页，共56页。传热传热(chun r)是极普遍是极普遍的过程：的过程：凡是(fnsh)有温差存在的地方，就必然有热量传递。第一节 热量传递(chund)的方式大家讨论下，生活中有哪些传热的例子？第3

2、页/共55页第四页，共56页。在环境工程中，很多过程(guchng)涉及加热和冷却：对水或污泥进行加热；对管道及反应器进行保温以减少系统的热量散失；在冷却操作中移出热量。第一节 热量(rling)传递的方式环境工程中涉及(shj)的传热过程主要有两种情况：强化传热过程，如各种热交换设备中的传热；削弱传热过程，如对设备和管道的保温，以减少热量损失。传热速率问题第4页/共55页第五页，共56页。根据传热机理的不同，热的传递主要有三种根据传热机理的不同，热的传递主要有三种(sn zhn)方式：方式：热传导热传导对流传对流传(lichun)热热辐射辐射(fsh)传传热热通过微观粒子的分子、原子和电子的

3、热运动而产生的传热。 由于流体的宏观运动。流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程，仅发生在液体和气体中。通常认为是流体与固体壁面之间的热传递过程。物体由于热的原因而发出辐射能的过程。物体各部分之间无宏观运动。 第一节 热量传递的方式第5页/共55页第六页，共56页。在气态、液态(yti)和固态物质中都可以发生，但传递的方式和机理是不同的。气体热量传递是气体分子(fnz)作不规则热运动时相互碰撞的结果； 固体以两种方式传递热量：晶格(jn )振动和自由电子的迁移；液体的结构介于气体和固体之间，分子可作幅度不大的位移，热量的传递既由于分子的振动，又依靠分子间的相互碰撞。机理：通过物质的分子、原

4、子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程。 条件：物体各部分之间无宏观运动。 热传导热传导第6页/共55页第七页，共56页。yTqdd概念：导热物质在单位面积(min j)、单位温度梯度下的导热速率。表明物质导热性强弱即导热能力(nngl)的大小是物质的物理性质，与物质的种类(zhngli)、温度和压力有关。不同物质的导热系数差异较大热传导导热系数第7页/共55页第八页，共56页。（1）气体的导热系数随温度升高而增高，近似与绝对温度的平方根成正比。 一般情况下，压力对其影响不大，但在高压（高于200MPa）或低压（低于2.7kPa）下，气体的导热系数随压力的升高而增大。 气体的导热系数

5、热传导第8页/共55页第九页，共56页。水甘油(n yu)热传导（2）液体的导热系数随温度升高(shn o)而略减小（水、甘油例外） bTa压力对其影响不大。 经验公式：16TW(m k)-1W(m k)-1第9页/共55页第十页，共56页。 （3）固体的导热(dor)系数影响因素较多 纯金属(jnsh)的导热系数随温度升高而减小；合金却相反，随温度上升而增大。晶体的导热系数随温度的升高而减小，非晶体则相反。 热传导固体的导热固体的导热(dor)系系数数 第10页/共55页第十一页，共56页。金属(jnsh)液体(yt)隔热材料气体(qt)金属50415 W/(mK)，合金12120 W/(m

6、K)0.030.17 W/(mK）0.170.7 W/(mK)0.0070.17 W/(mK) 氢水水是工程上最常用的导热介质换热壁面材料多孔材料作为保温材料保温材料受潮后隔热性能将大幅度下降防潮（二）工程中常用材料的导热系数热传导第11页/共55页第十二页，共56页。（1）在液体(yt)中，水的导热系数最大，20时为0.6W(m K)。因此，水是工程上最常用的导热介质。 （3）非金属中，石墨的导热系数(xsh)最高，可达100200W（mK），高于一般金属；同时，由于其具有耐腐蚀性能，因此石墨是制作耐腐蚀换热器的理想材料。 水比空气的导热(dor)系数大得多，隔热材料受潮后其隔热性能将大幅度

7、下降。因此，露天保温管道必须注意防潮。 （2）气体的导热系数很小，对导热不利，但利于绝热、保温。工业上常用多孔材料作为保温材料，就是利用了空隙中存在的气体，使导热系数变小。热传导第12页/共55页第十三页，共56页。传导距离(jl)越大，传热壁面和导热系数越小，则传热热阻越大传热传热(chun r)速率速率=温差温差(wnch)（传热的推动力）（传热的推动力）热阻（传热阻力）热阻（传热阻力）第二节 热传导rTAQqT温差 为传热的推动力。RTRTTQ)(21传热热阻，K/W单位传热面积的传热热阻，m2K/W温度差传热速率传热速率 W热通量热通量 W/m2第13页/共55页第十四页，共56页。流

8、体中质点发生相对(xingdu)位移而引起的热量传递过程对流传(lichun)热仅发生在流体中对流(duli)与热传导的区别：流体质点的相对位移 （1）流动对传热的贡献 搅拌杯中热水人站在冷风里在高温的夏季里，打开电扇流体流动使对流传热速率加快加快热水冷却与站在背风的地方相比感觉要冷得多人会感到凉快电扇风速越大，感觉愈凉快些对流传热 第14页/共55页第十五页，共56页。对流换热指流体流过与其温度(wnd)不同的固体壁面时流体与壁面之间的热量交换对流换热过程(guchng)是热传导与对流联合作用的结果。 （2）对流(duli)换热过程第三节 对流传热 第15页/共55页第十六页，共56页。列管

9、式换热器工程中常见(chn jin)的对流换热过程 间壁式换热器的换热过程流体(lit)的热交换热交换器（换热器）套管(to un)式换热器 第三节 对流传热 第16页/共55页第十七页，共56页。（3）间壁式换热器热量(rling)传递过程：（1）热量由热流体(lit)传给固体壁面（2）热量(rling)由壁面的热侧传到冷侧（3）热量由壁面的冷侧传到冷流体对流传热对流传热导热对流对流导热第三节 对流传热 第17页/共55页第十八页，共56页。强制(qingzh)对流传热流体在外加(wiji)能量的作用下处于流动状态自然(zrn)对流传热流体由于内部温度差产生密度差而流动套管式换热器 （4）对

10、流传热问题的分类暖气片第三节 对流传热 第18页/共55页第十九页，共56页。（1）物性(w xn)特征（2）几何(j h)特征（3）流动(lidng)特征固体壁面的形状、尺度、方位、粗糙度、是否处于管道进口段以及是弯管还是直管等。pca流体的密度或比热容pc越大，流体与壁面间的传热速率越大导热系数越大，热量传递越迅速；流体的黏度m越大，越不利于流动，会削弱与壁面的传热。 第三节 对流传热 一、影响对流传热的因素第19页/共55页第二十页，共56页。（3）流动(lidng)特征流动起因(qyn)（自然对流、强制对流）流动状态（层流(cn li)、湍流）有无相变化（液体沸腾、蒸汽冷凝）流体对流方

11、式（并流、逆流、错流）对流传热 一、影响对流传热的因素第20页/共55页第二十一页，共56页。(一)热辐射热辐射：由于热的原因(yunyn)而发出辐射能的过程辐射(fsh)：物体通过电磁波来传递能量的方式 热辐射的电磁波是物体(wt)内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的 热力学温度在零度以上的任何物体，总是不断地把热能变为辐射能，向外发出辐射；同时也不断地吸收周围物体投射到它上面的热辐射，并转变为热能。辐射传热热平衡时，热辐射存在，但辐射传热量为0第四节 辐射传热一、辐射传热的基本概念第21页/共55页第二十二页，共56页。 热辐射的能力与温度有关，随着温度的升高(shn o)，热辐射的作

12、用将变得越加重要；高温时，热辐射将起决定作用。 理论(lln)上，物体热辐射的电磁波波长可以包括电磁波的整个波谱范围在工程(gngchng)中有实际意义的热辐射波长在0.38100m，而且大部分能量位于红外线区段，即0.7620m。电磁波谱第四节 辐射传热第22页/共55页第二十三页，共56页。第23页/共55页第二十四页，共56页。一、换热器的分类与结构形式二、管式换热器三、板式换热器四、强化换热器传热(chun r)过程的途径本节的主要(zhyo)内容第二节 换热器 第24页/共55页第二十五页，共56页。第25页/共55页第二十六页，共56页。第二节 换热器 一、换热器的分类与结构(ji

13、gu)形式按用途(yngt)分按交换(jiohun)方式分加热器、预热器、过热器、蒸发器、再沸器、冷却器、冷凝器间壁式直接接触式蓄热式第26页/共55页第二十七页，共56页。第二节 换热器 二、管式换热器蛇管式换热器 列管式换热器套管(to un)式换热器第27页/共55页第二十八页，共56页。蓄热式课本(kbn)P96课本(kbn)P96第28页/共55页第二十九页，共56页。浸没(jn mi)式喷淋式结构简单(jindn)、操作方便第29页/共55页第三十页，共56页。系数小，为提高传热系数可安装搅拌器浸没(jn mi)式喷淋式结构(jigu)简单、操作方便第30页/共55页第三十一页，共

14、56页。冷却效果高；缺点：水的消耗大。浸没(jn mi)式喷淋式结构简单、操作(cozu)方便热流体管内流动，冷流体喷洒在蛇管上，并沿管外表面淋沥而下。第31页/共55页第三十二页，共56页。第32页/共55页第三十三页，共56页。传热(chun r)面为内管壁的表面积 套管(to un)换热器冷流体t1t2热流体T1T2第33页/共55页第三十四页，共56页。使用场合：流量不大、传热面积不大、压力要求高.结构：两种不同结构：两种不同(b tn)(b tn)直径的直径的 直管套在一起，内管直管套在一起，内管 由由U U型肘管顺次连型肘管顺次连 接，外管之间相互连接，外管之间相互连 接，热流体走

15、管内、接，热流体走管内、 冷流体走管外。冷流体走管外。课本(kbn)P127第34页/共55页第三十五页，共56页。第35页/共55页第三十六页，共56页。列管换热器传热面为壳内所有(suyu)管束壁的表面积 热流体T1T2冷流体t1t2第36页/共55页第三十七页，共56页。度。第37页/共55页第三十八页，共56页。第38页/共55页第三十九页，共56页。第39页/共55页第四十页，共56页。第40页/共55页第四十一页，共56页。第41页/共55页第四十二页，共56页。热流体T1T2冷流体t1t2第42页/共55页第四十三页，共56页。冷、热流体(lit)两种流体(lit)在进行换热时，

16、一种流体(lit)通过管内，其行程称为管程；另一种流体(lit)在管外流动，其行程称为壳程。 换热器内通过管内的流体(lit)每通过一次管束称为一个管程；管程数多有利于提高管程流体(lit)的流速和对流传热系数，但能量损失增加，传热温度差小，程数以2、4、6程多见。管外流体(lit)每通过一次壳体成为一个壳程。在管外装有折流板（或挡板）可以提高壳程流体(lit)的流速，以保持较高的传热系数，折流板形式常用的有弓形和盘环形两种。折流板同时起中间支架作用。第43页/共55页第四十四页，共56页。缺点：壳体、管束温度不同，膨胀程度不同，需考虑补偿减少(jinsho)或消除热应力。第44页/共55页第

17、四十五页，共56页。 为防止(fngzh)壳体和管束受热膨胀不同导致的应力变形、管子扭弯或松脱，常采用热补偿的方法，主要有以下几种：浮头浮头(f tu)补偿补偿补偿补偿(bchng)圈补偿圈补偿(bchng)U形管补偿形管补偿换热器第45页/共55页第四十六页，共56页。第46页/共55页第四十七页，共56页。第二节 换热器 三、板式(bnsh)换热器夹套式换热器 平板式换热器 第47页/共55页第四十八页，共56页。第48页/共55页第四十九页，共56页。第49页/共55页第五十页，共56页。第50页/共55页第五十一页，共56页。第51页/共55页第五十二页，共56页。优点：总传热系数高，污垢热阻亦较小；结构紧凑，单位体积设备提供的传热面积大；操作灵活性大，可以根据需要调节板片数目以增减传热面积或以调节流道的办法，适应(shyng)冷、热流体流量和温度变化的要求；加工制造容易、检修清洗方便、热损失小。 缺点：允许(ynx)操作压力较低，最高不超过1961kPa，否则容易渗漏；操作温度不能太高，因受垫片耐热性能的限制；处理量不大，因板间距小，流道截面较小，流速亦不能过大。 第52页/共55页第五十三页，共56页