化工原理(第五章传热)好

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1、第五章传热Chapter5HeatTransfer第一节概述(Introduction)化工生产的传热问题化工生产需要大规模地改变物质的化学性质和物理性质，而这些性质的变化都涉及热能的传递。化学反应：向反应器提供热量或从反应器移走热量；蒸发、蒸馏、干燥：按一定的速率向这些设备输入热量；高温或低温设备：隔热保温，减少热损失；热能的合理利用和废热回收。热量传递的方式热传导：依靠物体中微观粒子的热运动，如固体中的传热；热对流：流体质点（微团）发生宏观相对位移而引起的传热现象，对流传热只能发生在流体中，通常把传热表面与接触流体的传热也称为对流传热；热辐射：高温物体以电磁波的形式进行的一种

2、传热现象热辐射不需要任何介质作媒介。在高温情况下，辐射传热成为主要传热方式。典型的换热设备直接混合式传热：冷热两种流体直接接触，在混合过程中进行热交换。不常用，如凉水塔。间壁式换热：参与传热的两种流体被隔开在固体间壁的两侧，冷、热两流体在不直接接触的条件下通过固体间壁进行热量的交换。套管式换热器冷溶液进冷溶液出热溶液进热溶液出典型的换热设备列管式换热器单程列管式换热器双程列管式换热器12336654457传热过程的基本问题⑴载热体用量的确定；⑵设计新的换热器；⑶核算现有换热器的传热性能；⑷强化或削弱传热的方法。解决这些问题需要两个基本关系式热量恒算式若忽略过程热损失传热速率关系传

3、热速率(热流量)Q：单位时间内所交换的热量(W)传热通量(热流密度)q：单位时间单位传热面积上传递的热量(W/m2)传热负荷生产上对物料加热(冷却)时所需提供(移除)的热量，即生产工艺需要的传热速率(传热任务)。设：Q—传热速率，W；W1、W2—热、冷流体的质量流率，kg/s；Cp1、Cp2—热、冷流体的比热，J/(kg·K)；T1、T2—热流体的进、出口温度，℃；t1、t2—冷流体的进、出口温度，℃；r—流体的汽化或冷凝潜热，kJ/kg。无相变：有相变：若忽略热损失，则热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量第二节热传导(HeatConduction)傅里叶定律温度场：物体（或空间

4、）各点温度在时空的分布，称为温度场，即t=f(x,y,z,θ)各点的温度随时间而变的温度场称为不稳定温度场，不随时间而变的温度场称稳定温度场。等温面：温度相同的点所组成的面称等温面。温度梯度：两等温面的温度差与其间的法线距离之比称为温度梯度，即limΔtΔnΔn→0tn=傅里叶定律：单位时间通过单位面积的热流量与其温度梯度成正比，即q=－λtn热导率热导率：表示物质导热能力的物理量，称为热导率。热导率的大小与物质的组成、结构、密度、压力和温度有关固体的热导率：金属的热导率较大，且随温度升高而略有下降；非金属的热导率较小，且一般随温升而增。在不是特别精确的计算时，我们可认为固体的热

5、导率是常数。液体的热导率：非金属液体中水的热导率最大。除水和甘油外，热导率随温升而降。哈哈气体的热导率：气体的热导率很小，不利于传热而有利于保温。故一般的保温材料都是多孔的。=λA△tb单层平壁热传导如图，热量从平壁的一边传向另一边时，只要长、宽与厚相比很大时，可认为传热在整个平壁上是均匀的。根据傅里叶定律有xtQt1t2q=－λtn=－λdtdnb=λ(t1-t2)b因此，传热速率（传热量）方程为Q=Aq=λA(t1-t2)b单层圆筒壁热传导如图，热量从里向外传，只要长度远大于直径时，可认为传热在整个圆筒壁上是均匀的。根据傅里叶定律有Q=－λAtn=－λ2πrldtdrrr1r

6、2drtt1t2tr1r2rrQ∫r1r2=－2πλldtdrr∫t1t2Qln=2πλl(t1－t2)r2r1Q=2πλl(t1－t2)r2r1lnQ=2πλl(r2－r1)(t1－t2)r2r1ln(r2－r1)=2πλlrm(t1－t2)b=λAm△tb多层平壁热传导多层圆筒壁热传导对于传热速率，同样可借用欧姆定律的形式，即传热速率=传热推动力传热阻力Q=△t∑RQ=△t1+△t2+…+△tnb1λ1Ab2λ2AbnλnA+++…Q=△t1+△t2+…+△tnbnλnAmn+++…b1λ1Am1b2λ2Am2=△t∑R=△t∑R∴R=b/λA第三节两流体间的热量传递一、两流

7、体间间壁传热的分析（1）热流体以对流传热方式将热量传给固体壁面；（2）热量以热传导方式由间壁的热侧面传到冷侧面；（3）冷流体以对流传热方式将间壁传来的热量带走。热流体通过间壁与冷流体进行热量交换的传热过程分为三步进行：沿热量传递方向从热流体到冷流体的温度分布情况如图。TtTwtw流体通过间壁的热量交换热流体冷流体二、传热速率和传热系数由图可见，间壁传热可简化为三层热传导传热。于是有K称为传热系数对于平壁，有TtTwtw流体通过间壁的热量交换热流体冷流体δ1δ2q=δ1λ1（T－T