化工单元操作传热

化工单元操作传热第1页，课件共45页，创作于2023年2月第一节概述一、传热在生产中的应用强化传热1、传热的应用削弱传热设计传热设备2、传热计算问题的应用计算传热量减少热损失第2页，课件共45页，创作于2023年2月二、传热的基本方式1、热传导传热机理：通过分子的热振动传递热量；特点：分子不发生宏观的位移；2、热对流传热机理：通过流体质点的相对位移传递热量；特点：流体质点互相混合、碰撞；

第3页，课件共45页，创作于2023年2月自然对流：由于温度不同导致密度差异而引

方式起的移动；

强制对流：由于外力引起的移动；

对流传热：流体与固体壁面间的热量传递过程。

3、热辐射传热机理：通过发射电磁波的形式向外辐射能量；特点：传热过程不需要介质；注：实际传热过程中三种方式结合进行。第4页，课件共45页，创作于2023年2月三、生产中的换热方式1、混合式：冷热两种流体直接混合；特点：传热速度快；适用于：废热回收；2、间壁式：冷热流体通过间壁传递热量；特点：两种流体不直接混合，保持原状态；3、蓄热式第5页，课件共45页，创作于2023年2月第6页，课件共45页，创作于2023年2月第7页，课件共45页，创作于2023年2月四、间壁式换热器传热过程简述1、过程：（1）热流体对流间壁；（2）间壁一侧传导间壁另一侧；（3）间壁另一侧对流冷流体；2、概念：（1）传热速率（热流量）：Q

单位时间内通过传热面的热量，单位为：W。第8页，课件共45页，创作于2023年2月（2）热通量q单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位为W/m2。（3）定常传热：传热系统中各点的温度、传热速率、热通量仅随位置改变，不随时间而变的传热过程。特点：同一传热方向上，传热速率是一常量。第9页，课件共45页，创作于2023年2月第二节热传导一、热传导的基本定律1、傅立叶定律其中：λ称为热导率，w/(m．℃);2、热导率w/(m．℃);是表示物质导热能力大小的指标，是物质的物性。第10页，课件共45页，创作于2023年2月（1）固体的导热系数

λ金属固体>λ非金属固体

金属：T升高，导热系数下降；非金属：T升高，导热系数增加；（2）液体的导热系数

λ固>λ液T升高，液体的导热系数略有减小；（3）气体的导热系数

λ液>λ气T升高，气体的导热系数增加。第11页，课件共45页，创作于2023年2月二、通过平壁的定常热传导1、单层平壁其中：热阻（与导热系数成反比）热通量：

w/m2;

例题：见P129。

第12页，课件共45页，创作于2023年2月2、多层平壁(1)公式推导化简后:(2)温差与热阻成正比,热阻大,则温差也大。例题：P130页。

第13页，课件共45页，创作于2023年2月三、圆筒壁的定常热传导1、单层（1）特点：传热面积随半径而变化。（2）公式推导：分变量积分并整理：第14页，课件共45页，创作于2023年2月变形：其中：说明：Q不随半径而变，但热通量q随r的增大而减小。

第15页，课件共45页，创作于2023年2月2、多层以三层圆筒壁为例：同样的方法可推导出：同样，各层热阻越大，温差就越大。例题：P132页。第16页，课件共45页，创作于2023年2月第三节对流传热一、对流传热基本方程和对流传热系数1、对流传热分析：（1）在流动截面上存在温度分布；（2）温度差主要集中在层流底层中。

第17页，课件共45页，创作于2023年2月2、对流传热基本方程牛顿冷却定律对热流体：对冷流体：其中：反映对流传热程度的大小。

δt：代表层流内层的厚度，mm；第18页，课件共45页，创作于2023年2月二、影响对流传热系数的因素1、流体的物性：如导热系数λ、密度ρ、粘度μ和比热容cp；2、流体的相态变化；3、流动型态；4、自然对流的影响；5、传热面的形状特征与相对位置；第19页，课件共45页，创作于2023年2月三、量纲分析法在对流传热中的应用1、无相变化时，对流传热系数的特征关联式2、通过量纲分析的无量纲数为：努塞尔准数雷诺数普兰特准数格拉斯霍夫准数第20页，课件共45页，创作于2023年2月四、流体无相变化时的对流传热系数

1、圆形直管内强制对流其中：当流体被加热时，n=0.4;

当流体被冷却时，n=0.3;注：经验公式在使用时注意应用范围、应用条件等问题。第21页，课件共45页，创作于2023年2月2、管外强制对流五、流体有相变化时的对流传热系数

膜状冷凝1、蒸汽冷凝滴状冷凝自然沸腾2、液体沸腾核状沸腾膜状沸腾第22页，课件共45页，创作于2023年2月第四节传热计算一、热量衡算1、焓差法热流体：冷流体：2、显热法：热流体：冷流体：第23页，课件共45页，创作于2023年2月3、潜热法二、传热速率方程其中：K：传热系数，w/(m2.℃)A：传热面积，m2；A=nπdl传热面积可以是Ai、Am、A0。例题：P148页。第24页，课件共45页，创作于2023年2月三、传热平均温度差流体的流动方向：并流逆流错流折流恒温传热：冷热流体在换热过程温度不变。变温传热：冷热流体只要有一种流体的温度发生变化。121222112第25页，课件共45页，创作于2023年2月1、恒温传热

2、变温传热：（1）一类：

Δt1=T-t1

Δt2=T-t2

（2）二类：考虑流动方向并流：

Δt1=T1-t1

Δt2=T2-t2TtTtTt1Tt2T1t1T2t2第26页，课件共45页，创作于2023年2月逆流

Δt1=T2-t1

Δt2=T1-t2

错流、折流：校正系数可根据R、P值查图：T2t1T1t2第27页，课件共45页，创作于2023年2月思考题：对于同样的进出口温度，选择什么

样的流型更好？结论：逆流好。原因：

1、传质推动力大；

2、所需传热介质少；第28页，课件共45页，创作于2023年2月四、传热系数的计算1、基本公式（1）热流体的对流传热：（2）管壁的热传导：（3）冷流体的对流传热：第29页，课件共45页，创作于2023年2月化简、整理后得：又因为：所以：其中：A可以取A0、Am、Ai。第30页，课件共45页，创作于2023年2月常取：基于外表面积下的传热系数K0。考虑污垢热阻：管外壁污垢热阻管内壁污垢热阻第31页，课件共45页，创作于2023年2月2、几点说明（1）当传热面为平壁时：（2）当忽略管壁热阻和污垢热阻时：（3）提高K的方法：设法减小起决定性作用的热阻。（4）K值也可以选取经验数据或进行实验测定。第32页，课件共45页，创作于2023年2月五、传热计算举例（P157）1、设计型计算：根据已定的生产要求，确定所需换热面积。2、操作型计算：判断已有换热器的面积能否完成指定的生产任务。3、壁温的估算壁温接近于热阻较小的一侧流体的温度。第33页，课件共45页，创作于2023年2月六、工业热源与冷源

1、热源：电热、饱和水蒸汽、热水、烟道气等。2、冷源：冷水、空气、冷却剂（低温盐水、液氨、液氮）第34页，课件共45页，创作于2023年2月第五节热辐射一、热辐射的基本概念1、热辐射:以电磁场波的形式传递能量的方式。波长范围：0.76~20μm。2、辐射能：Q；吸收能：QA；吸收率：反射能：QR；反射率：透过能：QD；透过率：第35页，课件共45页，创作于2023年2月

A+R+D=1注：不同的物体A、R、D的值不同。

固体和液体：D≈0；单原子和由双原子气体：D≈1；3、黑体的辐射能力—斯蒂芬-波尔兹曼定律(1)黑体：A=1；(2)黑体的辐射能力：E0；W/m2;σ0-辐射常数，σ0=5.67×10-8W/(m2.K4)。第36页，课件共45页，创作于2023年2月也可写成：C0：黑体辐射系数，为5.67W/(m2.K4)。3、实际物体的辐射能力(1)黑度：ε(2)实际物体的辐射能力：常用工业材料的黑度值见P164。第37页，课件共45页，创作于2023年2月4、灰体的辐射能力和吸收能力---克希荷夫定律(1)灰体：对各种波长具有相同吸收率的理想化物体。A=ε(2)辐射能：二、两固体间的热辐射总辐射系数，W/(m2.K4)角系数（见P165表4-11）第38页，课件共45页，创作于2023年2月三、辐射对流联合传热1、对流传热：辐射传热：

统一形式：壁面散失的总热量为：第39页，课件共45页，创作于2023年2月2、辐射对流联合传热系数（1）空气自然对流，TW<423K，在平壁保温层外：在管道及圆筒壁外：（2）空气沿粗糙表面强制对流空气速度≤5m/s时：空气速度>5m/s时：第40页，课件共45页，创作于2023年2月第六节换热器

直接接触式换热器间壁式蓄热式一、间壁式换热器的类型1、夹套式2、沉浸式蛇管式3、喷淋式蛇管式第41页，课件共45页，创作于2023年2月第42页，课件共45页，创作于2023年2月4、套管式换热器5、列管式换热器（1）结构：