第五章 传热 第十周-2.ppt

1、5.1概要、设置修订时进行合理的优化设置修订，在满足工艺要求的条件下进行投资费用最小化的操作中进行强化传热操作的过程，进行优化操作，对节约传热设备的投资，节约能源有着重要的意义。 用于化学反应、精馏塔、热交换、保温和馀热回收，5.1.1.1冷热两流体的接触方式(1)直接接触式传热(混合式传热)、(2)间壁式(间接接触式)传热，茄克衫热交换设备中的热作为热传导从管壁的一侧传递到另一侧(热传导)热进行对流传热。 (3)根据蓄热式传热、5.1.1传热过程的分类、5.1.1.2传热的基本原理，(1)传热从物体内的温度高的部分向温度低的部分或与其接触的温度低的其他物体传热的过程称为传热，简称为传热。 (

2、2)对流传热流体各部分的质点产生相对位移而产生的传热过程，只在流体中发生。 流体被蒸发制冷时，流体被加热时，(3)热辐射由于热量而产生辐射能的过程称为热辐射。 这些个三种传热方式，往往出现在彼此的云同步。 (1)传热速度的每单位时间经由传热面传递的热量Q(W) (2)热流密度的每单位时间传递的热量q(W/m2) (3)非稳定、稳定传热过程t=f(x，y，z，)温度不仅与空间位置有关，也与时间有关，是非稳定传热的t 5.1.1.2根据传热的基本原理，将5.2.1傅里叶定律(1)温度场物体(或空间)各点温度在时空上的分布称为温度场。 将由t=f(x，y，z，) (52 )温度相同的点构成的面称为等

3、温面。 温度不同的等温面不能相交。 为什么？ (2)温度梯度两等温面温度差t与其间垂直距离n之比n为零的极限，即5.2.1傅立叶法则，(3)傅立叶法则是决定在物体的各点间存在温度差时，因热传导所产生的热流大小的法则。 单位时间内，向单位传热面积传递的热量即热流密度与温度梯度成正比，传热速度不仅与温度梯度成正比，也与传热面积成正比，即，(5-3)，5.2.2热传导率，物理意义：温度梯度为1时，单位时间内通过单位面积的传热(1)固体的热传导率纯金属： t，非金属：或t=0(1 t )式中，0固体成分分别为温度t、273K下的热传导率、W/(m K )； 温度系数对多数金属材料为负值，对多数非金属材

4、料为正值，为1/K。 5.2.2导热系数、(2)液体的导热系数t、一般纯液体(水和甘油除外)的导热系数大于其溶液的导热系数。 (3)瓦斯气体的导热率瓦斯气体小，不利于导热，但有利于保温。 在相当宽的压力范围内，压力对瓦斯气体的导热率没有显着影响。 一般来说，瓦斯气体=f (t )，t。 5.2.2导热率、固体、液体、气体导热率的大致范围：金属固体非金属固体液体金属固体： 101 102 W/(m K )； 建筑材料： 10-110瓦/(米克)； 绝缘材料： 10-2 10-1瓦/(米克)； 液体： 10-1瓦/(毫克)； 气体： 10-2 10-1瓦/(毫克)； 5.2.3热媒及其选择、定义：

5、材料在热交换设备内加热或蒸发制冷时，通常需要用不同的流体供给和取出热量，将此流体称为热媒。 具有加热作用的热媒称为热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯混合物、熔盐、烟道气等加热介质。 温度要求越高，每单位热量的价格就越高。 教材p214的表5-2具有蒸发制冷作用的热媒称为水、空气、盐水、阿摩尼亚蒸汽等蒸发制冷媒体。教材p214表5-3、5.2.4平壁的稳定热传导、(1)单层平壁的稳定热传导高度和宽度都大的平壁、厚度b、两侧表面温度分别为t1和t2，而且t1 t2、t1、t2不随时间变化的情况下，此时的傅立叶定律为积分上式、热流密度、传导因为上式是常数，所以平壁内的温度分布为一直线的热传导率依赖于温度的

6、话，温度分布会变得怎样？ (2)应用多层平壁的稳定导热、合比定律，扩展到n层平壁、(5-6)，由上式可知，通过多层壁的稳态导热，可以将传热推进力与热阻抗相加。 总推进力等于各层推进力之和，总热阻抗等于各层热阻抗之和。 该式表示在多层壁的热传导过程中，哪个层的热阻抗大，哪个层的温度差大，相反，哪个层的温度差大，哪个层的热阻抗大。 将(5-6)上式写成热流密度的形式称为(5-6)、P216例5-2、5.2.5圆筒壁的稳定热传导，将(1)单层圆筒壁的稳定热传导称为内外半径分别为r1、r2的平均面积Am=2lrm、对数平均半径。 如果是r2/r12，则可以改为取算术平均数值，即rm=(r2 r1)/2

7、。 关于热阻抗，(2)多层圆筒壁的稳定导热、在n层圆筒壁的展开、P219例5-3、5.3.1隔壁两侧的流体热交换、用于加热或蒸发制冷材料的流体称为热媒，将其中发挥加热作用的称为加热剂，将发挥蒸发制冷作用的称为蒸发制冷剂。 冷流体温度为t，热流体温度为t，下标1、2分别表示入口和出口的残奥表，qs1、qs2分别表示热流体、冷流体的质量流率。 传热过程在流动的流体中也存在传热边界层，同样，包括湍流主体、过渡区域、层流底层在内的湍流主体中的热传递主要通过对流进行传热，在传热作用小到可以忽略的程度的层流体的基底层中，由于在流体层间没有质点的交换，所以主要通过热传导来传递热量，在热传递阻力大、温度变化大

8、的过渡区域由于流体传热的阻力主要集中在层流底层，因此为了加强传热，主要措施是破坏层流底层，降低层流底层的厚度。 由于隔壁的热传导过程可以用热传导速度方程式记述，所以给出对流传热速度方程式是揭示隔壁两侧流体传热的关键。 (1)对流供热分类；(2)对流供热方程(牛顿蒸发制冷定律)使热流体中的所有传导热阻抗(包括湍流主体中的对流传导热阻抗、过渡区域中的传热和对流传导热阻抗、层流底层中的传导热阻抗)集中在一定厚度t的流体层中，其层包括对流供热系数、Wm-2-1、冷流体侧：以及由于温度根据热交换设备中流体的管长的位置而不同，因此，在两侧的流体的温度差也必须沿着不同的流体的流动方向取微段dl进行分析的微段

9、dl中，如将传热隔壁的内侧传热面积设为dA1、将外侧面传热面积设为dA2的图所示，管内为冷流体，管外为热流体微电池段上的热流体的对流供热温度差为T-TW，冷流体的对流供热温度差为tW - t，隔壁上的热传导温度差为TW - tW。、热流体传递到管壁的热流量：隔壁热传导的导热量：热流体传递到管壁的热流量：隔壁热传导的导热量：管壁传递到冷流体的热流量：隔壁两侧流体的传热稳定时，热流体的对流供热、隔壁热传导、冷流体的对流供热速度相等，即热交换设备的总热阻抗，在工序修正计算中， 在某一定温度下确定物性参数的补正算也看作常数，求出k也看作常数，求出T-t的平均值，分为总传热率方程式(传热基本方程)，q热

10、交换设备的每单位时间的传热量，w； a热交换设备的传热面积，m2； k热交换设备的总传热系数，Wm-2-1或Wm-2K-1； tm冷热流体温差的平均值，或k。 5.3.2传热量q的校正计算(不考虑热损失及化学变化)、(1)热量平衡校正公式热流体：无相变化时、Q=qs1cp1(T1-T2)有相变化时、q=qs1r1cp1() Q=qs2r2 cp2(t2-t1)、根据情况校正传热量例如，冷热两流体都没有相变化时： Q=qs1cp1(T1-T2 )=qs2cp2(t2-t1)。 qs1、qs2是常数。 cp1、cp2是常数。 5.3.4传热量q的补正算(不考虑热损失及化学变化)，(2)补正算a已知

11、，有无并用热交换设备，5.3.5总传热系数(k )，(1)K的补正算，传热面为平壁时相对于圆管，以dA=dA2即内表面积为基准时，(2) 随着污垢热阻抗流体在隔壁的两侧流动，隔壁表面形成污垢，其产生的热阻也应订正为总热阻抗：以外面积为基准，P223例5-4、(3)K k的变化范围宽，与不同类型的流体间传热时的k值相对应，有一位的概念。 (4)已经证明，对于提高k值的路径的讨论，只要减小分母的任意一方，就能够增大k值。 但是，由于各项目所占的比重不同，因此需要想办法减小对k值产生较大影响的项目。P223例5-5、热交换设备定标严重时，必须设法减少污垢的热组，如减慢污垢的发生速度、及时去除污垢等。

12、 如果污热组和管壁热组较小，则可忽略修改时间，提高是主要考虑的方面。 a.1、2的差不大的话，必须设法提高云同步1、2。 b、12、K2、k几乎完全依赖于2的情况。 因此，提高k的值的关键是提高较小的值。 注：在传热隔壁为圆筒壁的情况下，dA1dA2dAm存在基准问题，在热交换设备系列中全部为外面积A1，因此在没有特别明确记载的情况下，全部以外表面积为基准，但是，无论以哪个基准补正，得到的传热量q都相同，下标1在管外，2在管内(qs1 cp1 qs2 cp2是冷流体)，k涉及诸如1、2、d1、d2、Rs1、Rs2之类的残奥仪表，即隔壁结构、流体性质和两侧流体的流动情况。 在应用总传热率方程式的情况下，若以k以外的表面积为基准，则A=A1； 若以k以内表面积为基准，则A=A2； 5.3.6传热面积的补正算、5.3.7平均温度差tm的补正算、5.3.7.1恒温差传热(隔壁两侧都是相变传热)隔壁两侧的流体是相变对流传热，即饱和蒸汽凝结和饱和液体沸腾的话，隔壁两侧的流体的流动形式是各种各样的，但最基本的是逆流、并流这两种、两侧流体都没有相变时的温度变化、单侧流体相变时的温度变化、5.3.7平均温度差tm的计算、5.3.7平均温度差tm的计算、(1)将以逆流为例导出修正平均温度差tm的通式一微观传热面dA的经由dA的传热速度设为dQ=K(T- t