化工原理 第四章

化工原理第四章1第1页，共26页，2023年，2月20日，星期一第一节概述一、传热在化工生产中的应用

1.提供热量：如蒸发、干燥、蒸馏。2.减小热损：通常需要保温。3.热量的合理利用和废热回收：如换热器组合，热废气、废水的热量回收。第一节概述2第2页，共26页，2023年，2月20日，星期一二、传热的基本方式第一节概述3第3页，共26页，2023年，2月20日，星期一第二节热传导一、傅立叶定律

§2

热传导4第4页，共26页，2023年，2月20日，星期一负号表示q与温度梯度方向相反称为导热系数,单位为W/(mK)

物性之一：与物质种类、热力学状态（T、P）有关物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小，故物质的越大，导热性能越好。

一般地，导电固体>非导电固体，液体>气体T，气体，水，其它液体的

。傅立叶定律：

第二节热传导5第5页，共26页，2023年，2月20日，星期一二、无限大平壁一维稳态导热（无内热源）

1.单层平壁-------可见温度分布为直线若为常数，则：第二节热传导6第6页，共26页，2023年，2月20日，星期一2.多层平壁第二节热传导7第7页，共26页，2023年，2月20日，星期一思考1：若上述平壁的右侧与环境进行对流传热，设环境温

度为t0、对流传热系数为，则传热量表达式如何？第二节热传导8第8页，共26页，2023年，2月20日，星期一三、无限长圆筒壁一维稳态导热（无内热源）1.单层圆筒壁若为常数，则：--------可见温度分布为对数关系第二节热传导9第9页，共26页，2023年，2月20日，星期一第二节热传导10第10页，共26页，2023年，2月20日，星期一Q=常数，但

q常数2.多层圆筒壁第二节热传导11第11页，共26页，2023年，2月20日，星期一思考1：

气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？思考2：保温层越厚，保温效果越好吗？bb12Qbb21Q第二节热传导12第12页，共26页，2023年，2月20日，星期一四、保温层的临界厚度第二节热传导13第13页，共26页，2023年，2月20日，星期一§3对流传热一、对流传热方程与对流传热系数

牛顿冷却定律：()WttAQ-=a

流动的流体与外界的传热静止流体与外界的传热强制对流自然对流对流传热系数，W/m2K

边界层是对流传热的主要热阻所在。ttwQ第三节对流传热14第14页，共26页，2023年，2月20日，星期一影响的因素主要有：

1.引起流动的原因：自然对流和强制对流2.流动型态：层流或湍流

3.流体的性质：、、cp、等4.传热面的形状、大小、位置：如圆管与平板、垂直与水平、管内与管外等5.有相变与无相变：cp或汽化潜热r二、因次分析法

第三节对流传热15第15页，共26页，2023年，2月20日，星期一D=223mrbtglGrr=Remul------格垃斯霍夫准数，表征自然对流对对流传热的影响无因次数群：-----努塞尔准数，表示导热热阻与对流热阻之比-----普兰特准数，反映物性的影响。

一般，气体的Pr<1，液体的Pr>1

------雷诺准数，表征流体的流动状态对对流传热的影响第三节对流传热16第16页，共26页，2023年，2月20日，星期一故第三节对流传热17第17页，共26页，2023年，2月20日，星期一三、对流传热系数经验式（一）

无相变时当Gr>25000，需考虑自然对流对传热的影响，式（4-23）乘上一个大于1的校正系数：1.管内层流时

见教材P127页式（4-22）使用范围为：

Re<2300，Gr<25000（自然对流影响可以忽略），温差（壁温与流体主体温度之差）不大。第三节对流传热18第18页，共26页，2023年，2月20日，星期一2．

管内湍流时

适用范围：

Re>104

0.7<Pr<120

充分发展段，即l/d50或60

低粘度（<2m水）

温差（tw-t）较小

定性温度：2出进tttm+=定性尺寸：管内径

思考2：与u、d有何比例关系？（教材式4-18）思考1：为什么加热时n取0.4，冷却时取0.3？=PrRe023.08.0Nun

第三节对流传热19第19页，共26页，2023年，2月20日，星期一Why？因为：管内未充分发展，层流底层较薄，热阻较小。

若使用条件不满足上述条件时，需修正：

（1）对于短管，L/d<60乘上一个大于1的校正系数：见教材P126（2）对高粘度液体教材式4-20（4）流体流动处于过渡区时，Re=230010000上式仍可使用，但需乘上小于1的校正系数：见教材P127Why？（3）弯管内：乘上一个大于1的校正系数：教材P126第三节对流传热20第20页，共26页，2023年，2月20日，星期一Why？III3.管外的强制对流传热（1）流体横向流过单管传热（2）流体横向流经管束（管簇）的传热：P128式(4-24)4.自然对流

C、n为经验常数。见教材P129表4－4式4-26第三节对流传热21第21页，共26页，2023年，2月20日，星期一竖直壁面：层流：P130式(4-29)湍流：P130式(4-30)水平圆管外：P130式(4-27)1.冷凝传热

第三节对流传热22第22页，共26页，2023年，2月20日，星期一膜状冷凝传热的强化减薄冷凝液液膜厚度；选择正确的蒸汽流动方向；在传热面上垂直方向上刻槽或安装若干条金属丝等。水平管束第一排的与单管相似，第二排的比第一排小，第三排的比第二排小，……影响冷凝传热的因素不凝性气体的存在：将大大下降。蒸汽流速和流向：流动方向相同时将增加，流动方向相反时将减小。蒸汽过热：需先冷却再冷凝，由于冷却过程的Q值很小，与总Q值相比可忽略，影响不大。传热面的形状与布置：对垂直面，液膜厚度逐渐增加，下降，对水平管束，下方管液膜厚度增加，下降第三节对流传热23第23页，共26页，2023年，2月20日，星期一产生沸腾现象的必要条件：

液体过热、

有汽化核心沸腾曲线2.大容积沸腾传热核状沸腾传热系数的主要影响因素有：