化工基础chapter3传热过程

热量传递在化工生产中是必不可要保证适宜的反应温度。吸热反应——由外界供物料的相变就要吸收或放出热量：精馏、蒸发、烟道气、废热蒸汽、废水、废渣所含热量的充分传热中冷、热流体的接触方将热流体与冷流体直接混合的一种传热方式应用最广先将热流体的热量在热载体上，然后由热载体应用最广热流体通过间壁将热量传递给冷流体(1)热流体给热于管壁一(2)热量自管壁一侧传导至另一侧(3)热量自管壁另一侧给热于冷流体l盛 、l载热起冷却作用的载热体：冷却加热热矿物熔烟道冷却冷液乙乙---载热体载热体的温度易于调饱和蒸气压宜低，加热不分毒性、安全性、腐蚀价廉黑色衣服热量传递的基本方热传（导热

热对热辐

有分子和质点的宏观运动，发生在流体靠电磁波传递能量真空中

电热炉烧§§1热传99傅立叶(Fourier(一）温度场和温度梯0温度场：物系内各点温度分布的总和。任意点的温度是空间位置和时间的函数Tf(x,y,zt)0等温面:温度场中温度相同的0温度梯度:温度随距离的变Tlimn0Tlimn0一维定常态

温度梯度和热流方（二）傅立叶（Fourier）经验性定律。实验证明，对于一维定常态热传qqAq热流密度或热通量，即单位时间通过单位横截面积的热流量，【Wm-2】 导热系数Wm-1K-1 导热系物理意义：单位时间内，温度梯度为1Km-1时，通过单位面积所传递的热量。【Wm-1K-1】说明导热系数是物质的属性之一，可由试验测定影响因素物质的种类和组成金属>非金如：纯铜 mK，含极微量砷时，降到 m>液体>如：冰2.24Wm温度

水

水蒸

压强气体只有在高压（>2000atm）或低压0）1－3单层及多层平面壁的稳态 输入热量输出热量速 速 Q常数qAAdt QQQQt dtt

(为常数 A

δQQqAt1 可见温度 Q

t2t2t3t3t1

2

3

t

tnnQQ t总推动ni总热i1i多层平壁的热传后,测得炉壁的内表面温度为700℃，外表面温表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两加保温层单位面积炉壁的热损q1此为双层平壁:

t1 700130 11

m

加保温层单位面积炉壁的热损失q2:2此为三层平壁: 2

t1

740

1

0.10.1 m

q1

100%2240707100%1－4单层和多层圆筒壁的稳态 与平壁的区别：传热面积不是常 在圆筒壁上取一距轴线的距离为r, 度为dr的薄层，圆筒的长度为 QAq2rLdt r2

t2

r2 t2lnr22L(tt1 1

Q2L(t1t2 1ln

rbQQ2L(t1t21lnQ(tt) 12(tt121(r21 2L(r2r1)2L(r2rmlnm

ln

ln当r2/r1小于2时

rrQ2Am2L( 2rQ22（误差小于 （二）多层圆筒壁 态导Q=常数，但qtQqA推动热

t1 t2 t3 t13 ii总推动力

0 】50锈 6温2保别0.07W/(mK)0.3W/(mK)：每米管长热损失玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度玻玻璃纤t1dtt3t2δ2＝δ2＝解：(1)每米管长热损

r2

27.9mmrr

252或rm12

12

18mr m

3

25Q t1

t2

t1 t1dt

t3

Q 300 0.072 0.32δ2＝δ2＝石

(2)Q t1

t222

300L 0.072t2t1dtt3t2δ2＝δ2＝思考气温下降添加衣服时，应把保暖性好的衣服在里面好，还是穿在外面好Q

1

Q (t1t3 2rm

Q (t1t3 Qt1Qt1Qt1Q tni1iiQ单ii1ni§§2对热给对流传热：流体各部分之间存在宏观运动而引起强制对 Q tQ

自然对电热炉烧水

外界的传对流传热的机固体壁面温度为tw，流体湍流主体的温度为t热传导与对流过渡层：共存，温差变化逐以对流传热为牛顿冷却定tQTwtQTwtQaA(QaA(TwT牛顿冷却定传热膜系数α的计理论分析建立理论方程式，用数学分析的方法求出的精确解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简单的几个实实验方法用因次分析法、再结合实验，建立经验关系式类比方法 动量传递的研究成果类比到热量传影响传热系数的主要因素流体的状态：有无相变流体的物性：如

、cp、、 Re、、 流体的流动型态：层流引起流动的原因：自然对流和强制对传热面的形状、大小、位置如圆管与平板、垂直与水平、gT上浮f(,cp,,gT上浮具体推导过程略llk(

)a(cpp

)f

gTl3h h

流动类型物性影 自然对影响特NufNufNufNuf 流体无相变时对流给热系数的经验关流体(低黏度流体)在圆形直管内做强制对流传热特征尺寸d为圆管内径流体被加热时n=0.4；流体被冷却时

a湍0.023a湍0.023(du)0.8(cpd

思考：与u、d有何比例关高黏度的液体在圆形直管内做强制对流传湍 湍

)0.8(cpp

)0.33(

温度下的粘w说明特征尺寸d为圆管内径

壁流体被加热时

()0.14流体被冷却时

(

)0.14 对于Re=2000～10000之间的过渡流，湍流不充 f

6湍 湍 p93例3-选 前应先计算Re值一般情况下，值存在大致的量级的量空气

自然对流：5~20Wm2强制对流：20~100Wm2自然对水 强制对流蒸汽冷

200~1000W/m2~15000/m2~15000/m2油类

水沸腾：2500~25000Wm2强制对50~1500Wm2蒸汽冷500~2000Wm2l g有相变无相§§3热辐辐射传热的几个基本物体将热能变为辐射能以电磁波的形式在空中，热能热能→辐射能→热能吸收率、反射率、透过qqAqRqA

qD 吸吸反透率率率((qA (qA)A(qAqq黑黑体：A=1，如黑丝镜体或白体：R=1，如磨光金属表灰体：能部分吸收所有波长范围辐射能？颜色与黑度是否有直接关？许多浅色物体的吸收率也0.95-石棉白漆0.8-3－2辐射能的计算(斯蒂芬-玻尔曼定律热辐射的发生：理论0K，但很微弱实际物体>400℃时，才比较明显 C C00T)4C0黑体的辐射系数，其值5.67Wm-2K-4实际物体EE 0cT 5.67 440T§§4热交换计的温差系数 总传热系整个热交换过程分三步1

A1(T

)Tw 1A

)tw1tw w

A t)

2定常态热交换过程123(Ttw1)(tw1tw2)(tw2t11

12T(Ttw1)(tw1tw2)(tw2t)T1112RR1R11( R m 外垢层热阻内垢层总传热系 对于平面壁A1AmA2总传热系 (

A(Tt)KA(Tt)K11 11K11 1112

T

iK10K101 0

1

i

K0P96表3-4－2传热平均温对于整个换热器，可分为恒温传热：冷热流体在换热过程中温度始终不变时间变时间变化工厂通常为定常态变温？？

流体流动

（counter-current ③错 ④折工业上最常见的为①、②两种变温传热时温度差变逆逆流并流T22T22SS 以逆流为例推导计算平均温度差的通式态传

②c

c dW dW dW 由换热器的热量衡算 由①②得如将φ对T或t作图，则φ~T和φ~t都是直线Tm TtT(mm)(kTtT1tTTTtT1tTT120 T dKTdS代入d(T)T2 由假设③知K ，积分上 T 1

1lnT2T2T1 KST2lnTmT2ln1由该式知：对数平均温度差等两端处温度差的对数平均值逆流与并流△Tm形式是相同的，对逆流△T1可能小于，此时取大的为△T2，小的为△T1，不管出 错流或折流的△TmT 冷流体T(逆5030

T(并)＝7010 ln50

ln70只在加热热敏性物料的场合才用

P102例3-【例】在套管式油冷却器里，热油在252.5mm的质量流量皆为216kg/h，油的进、出口温度分别为150℃和80℃，水的进口温度为20℃。油侧对流传热系1.5kW/m2K216kg/hT1=150℃

水t2 2=3.5kW/m2Kcp=4.187kJ/kgK216kg/h

T2=80℃cp=2.0kJ/kgK，1=1.5kW/m2K

【解

水 cp=4.187kJ/kgK

Q

cp=2.0

1=1.5

(以外表面为基准 外 外

K0.894 m2 1 2

t2 t2t1T1t2

t1m，

lnt

T1t T2QKd外L逆tm L逆Q、t2、K与逆流时相

t1=20cp=4.187kJ/kgK

Q8.4kJt2

cp=2.0 1=1.5K0.894 m2 (以外表面为基准tm

t2ln

TtT lnT1T2 m m§§5 夹套式换热 蛇管式换热 套管式换热 列管式换热 板式换热 0翅片管式换热 板翅式换热 热管换热优点：结构简单合,传热系数较低，严格逆流利于传热缺点：接头多，易泄，单位长度的传热面积小封头、便于。 将单元体进行排列并焊接固定而成洗、要求流动介换热器选型小