第七章 传热与蒸发传热 ppt

第七章传热与蒸发传热ppt第一页，共六十一页，编辑于2023年，星期四

传热第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节热辐射第五节传热计算

第二页，共六十一页，编辑于2023年，星期四这堂课讨论的重点是传热的基本原理及其在化工中的应用。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，并且按照生产需要来选择和优化传热设备。学习目的与要求第三页，共六十一页，编辑于2023年，星期四其它设备60%传热设备40%在设计时进行合理的优化设计使其在满足工艺要求的条件下投资费用最小；在操作中进行强化传热操作过程，进行最优化操作，对节省传热设备投资，节省能源有着重要的意义。第一节概述第四页，共六十一页，编辑于2023年，星期四制药生产中对传热过程的要求

1.强化传热过程，如各种换热设备中的传热；

2.减缓传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。第一节概述第五页，共六十一页，编辑于2023年，星期四第一节概述传热过程中热交换的方式

1.直接接触式传热；

2.蓄热式传热；

3.间壁式传热。第六页，共六十一页，编辑于2023年，星期四1.直接接触式传热热冷流体的直接混合进行热交换。传热效果好，设备简单。允许两种流体相互接触的工艺中应用第七页，共六十一页，编辑于2023年，星期四2.蓄热式传热两种流体交替地流过蓄热器。设备结构简单，可耐高温。不能完全避免两种流体间的接触。第八页，共六十一页，编辑于2023年，星期四3.间壁式传热利用固体壁面将进行热交换的两种流体隔开。传热通过壁面进行，换热过程中两种流体不互相接触。第九页，共六十一页，编辑于2023年，星期四传热的基本概念一，传热的基本方式

（1）热传导热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分或传递的与之接触的温度较低的另一物体的过程称为热传导。。第十页，共六十一页，编辑于2023年，星期四传热的基本概念一，传热的基本方式

（2）对流传热

流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程，只能发生在流体中。第十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期四传热的基本概念一，传热的基本方式

（3）热辐射因热的原因而发出辐射能的过程称为热辐射。。第十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期四传热的基本概念二，热流量和热流密度

1.热流量是指在单位时间内通过传热面的热量，用表示，单位为W。

2.热流密度是指单位传热面积的所传递的热量，用q表示，单位为W/m2。第十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期四传热的基本概念三，定态温度场和非定态温度场

1.定态温度场温度场内各点的温度仅与位置有关，而与时间无关。

2.非定态温度场温度场内各点的温度既与位置有关又与时间无关。连续生产过程中的传热多为稳态传热。第十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期四第二节热传导

温度随距离的变化程度以沿与等温面的垂直方向为最大。通常，将温度为(t+Δt)与t两相邻等温面之间的温度差Δt，与两面间的垂直距离Δn之比值的极限称为温度梯度。温度梯度的数学定义式为对稳态的一维温度场，温度梯度可表示为一、温度场和温度梯度nq

温度梯度与热流方向的关系

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傅立叶定律（Flourier’slaw）描述热传导现象的物理定律。温度梯度导热系数热流量使传热速率为正值传热面积对于一维稳态热传导，其表达式为第十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期四平壁的稳定热传导（1）单层平壁稳定热传导微分式

分离变量后积分：积分式

第十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期四为了更为形象地表达传热速率Q:第十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期四平壁的稳定热传导（2）多层平壁稳定热传导

通过各层平壁截面的热流量相等应用合比定律第十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期四推广到n层平壁的定态传热:单层平壁的定态传热:三层平壁的定态传热:平壁传热小结第二十页，共六十一页，编辑于2023年，星期四圆筒壁的稳定热传导（1）单层圆筒壁稳定热传导

微分式

第二十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期四分离变量积分：积分式

第二十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期四为了更为形象地表达传热速率Q:第二十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期四5.3.4圆筒壁的稳定热传导（2）多层圆筒壁稳定热传导

1

2

3

Q第二十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期四通过各层圆筒壁截面的热流量相等第二十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期四圆筒壁传热小结推广到n层圆筒壁的定态传热:单层圆筒壁的定态传热:三层圆筒壁的定态传热:第二十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期四思考题：假如地球是稳定热传导，地壳的热流量如何计算？t1t2λ第二十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期四第三节对流传热流体的对流传热实质上是耦合了层流内层的热传导和流体主体的热对流两个过程，其传热的主要阻力存在于近壁处的层流内层，该层的传热机理属于热传导。第二十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期四对流传热是一复杂的传热过程，影响对流传热速率的因素很多，而且不同的对流传热情况又有差别，因此对流传热的理论计算是很困难的，目前工程上仍按下述的半经验方法处理。对流热流量=对流传热推动力/对流传热阻力=系数×推动力对流传热速率方程第三节对流传热第二十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期四对流传热速率可由牛顿冷却定律描述温度差局部对流传热系数微分对流传热通量对流传热速率方程第三节对流传热第三十页，共六十一页，编辑于2023年，星期四换热器的传热面积有不同的表示方法，可以是管内侧或管外侧表面积。例如，若热流体在换热器的管内流动，冷流体在管间(环隙)流动，则对流传热速率方程式可分别表示为第三节对流传热第三十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期四二、对流传热系数牛顿冷却定律也是对流传热系数的定义式，即对流传热系数在数值上等于单位温度差下、单位传热面积的对流传热速率，其单位为W/(m2·℃)。它反映了对流传热的快慢，α愈大表示对流传热愈快。表7-1列出了几种对流传热情况下α的数值范围。第三节对流传热第三十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期四第四节辐射传热第三十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期四第五节传热计算通过换热器中任一微元面积dS的间壁两侧流体的传热速率方程，可以仿照对流传热速率方程写出，即总热流量微分方程局部总传热系数第三十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期四第五节传热计算或总传热系数第三十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期四第五节传热计算或总传热系数第三十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期四移项后相加，得上式两边均除以，并利用，得总传热系数第三十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期四总传热系数第三十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期四总传热系数设计中应考虑污垢热阻的影响，即管壁外表面污垢热阻管壁内表面污垢热阻总传热系数计算式某些常见流体的污垢热阻的经验值可查附录。污垢热阻(又称污垢系数)第三十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期四总传热系数1.若传热面为平壁或薄管壁，则2.若传热面为圆筒壁，则第四十页，共六十一页，编辑于2023年，星期四一、管式换热器（一）蛇管式换热器1、沉浸式蛇管换热器2、喷淋式换热器（二）套管式换热器（三）列管式换热器1、固定板式热交换器2、U型管换热器3、浮头式换热器4、翅片式换热器第六节换热器第四十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期四1.沉浸式蛇管换热器◎

结构：这种换热器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。◎优点：结构简单，便于制造和检修,可用防腐材料制造，能承受高压。◎缺点：管外液体湍动程度低,因此对流传热系数较小。一、管式换热器第四十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期四一、管式换热器第四十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期四2.喷淋式蛇管换热器◎结构：多用于冷却管内的热流体。将蛇管成排地固定于钢架上，被冷却的流体在管内流动，冷却水由管上方的喷淋装置中均匀淋下，故又称喷淋式冷却器。◎优点：传热推动力大，传热效果好，便于检修和清洗。◎缺点：喷淋不易均匀，占地面积大。一、管式换热器第四十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期四（二）套管式换热器◎结构：将两种直径大小不同的直管装成同心套管，并可用U形肘管把管段串联起来，每一段直管称作一程,每程长度一般约为4~6米。◎优点：流速高，表面传热系数大，结构简单，能承受高压，拆卸和清洗方便。

◎缺点：管间接头多,容易发生泄漏,金属消耗量大。一、管式换热器第四十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期四（三）列管式换热器一、管式换热器第四十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期四一、管式换热器第四十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期四一、管式换热器第四十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期四一、管式换热器第四十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期四◎结构：两端的管板与壳体连结成一体。◎优点：结构简单、造价低廉、应用较广。◎缺点：清晰和检修困难。◎适用于壳程流体为较洁净的且不易结垢的或腐蚀性小的物料。一、管式换热器1.固定管板式换热器第五十页，共六十一页，编辑于2023年，星期四2.U型管换热器一、管式换热器第五十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期四◎结构：是将每根管子弯成U形，进口分别安装在同一管板的两侧，封头用隔板分成两室◎优点：结构简单、重量轻◎缺点：管程内清洁较为困难，由于管子弯成U形，管板的利用率较差。◎适用于流体洁净，且不结垢及高温、高压的场合2.U型管换热器第五十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期四3.浮头式换热器第五十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期四◎结构：一端管板不与外壳固定连接，该段称为浮头。当管子受热（或冷）时，管束连同浮头可以沿轴自由移动，而不受外壳热膨胀的影响。◎优点：不仅可以补偿热膨胀，且由于固定端的管板通过法兰与壳体连接，使整个管束可以从壳体中抽出，方便清洗和维修。◎缺点：结构复杂，金属耗量大，造价高。◎适用于流体洁净，且不结垢及高温、高压的场合3.浮头式换热器第五十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期四4.翅片式换热器结构：普通金属管的外表面装有径向或轴向翅片。优点：可以增大传热面积，而且传热效果较好第五十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期四二、板式热交换器1、夹套式换热器2、板式换热器3、螺旋板式换热器4、板翅式换热器第六节换热器第五十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期四◎结构：夹套式换热器主要用于反应过程的加热或冷却，是在容器外壁安装夹套制成。◎优点：结构简单。◎缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。也可在釜内安装蛇管。1.夹套式换热器第五十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期四2.板式换热器优点：检修拆洗方便；热损失小；应用广泛。缺点：处理量小；耐温性差；操作压力低；密封周边长；不适用于极易结垢、堵塞的物料。垫片损坏后，易发生泄漏。适用于需精密控制温度或热敏性或高粘度的物料第五十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期四优点：传热系数高；不易堵塞；能利用低温热源；结构紧凑；成本较低。缺点：检修困难；操作压力和温度不宜太高；不易清洗。适用于处理混悬液及粘度较高的流体。3.螺旋板式换热器第五十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期四优