化工原理第四章

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1、第四章传热14.1概述4.1.1传热过程在化工生产中的应用4.1.2传热的三种基本方式4.1.3冷热流体的接触方式4.1.4热载体及其选择4.1.5间壁式换热器的传热过程24.1.1传热过程在化工生产中的应用加热或冷却换热保温强化传热过程削弱传热过程34.1.2传热的三种基本方式一、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，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又称导热。特点：没有物质的宏观位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动。气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果固体

2、导电体：自由电子在晶格间的运动非导电体：原子或分子通过晶格结构的振动来实现的液体机理复杂4二、对流流体内部质点发生相对位移所引起的热传递过程。三、热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。自然对流强制对流能量转移、能量形式的转化不需要任何物质作媒介54.1.3冷热流体的接触方式一、直接接触式板式塔6二、蓄热式优点：结构较简单耐高温缺点：设备体积大有一定程度的混合低温流体高温流体7三、间壁式传热面为内管壁的表面积套管换热器冷流体t1t2热流体T1T28列管换热器传热面为壳内所有管束壁的表面积热流

3、体T1T2冷流体t1t294.1.4热载体及其选择物料在换热器内加热或冷却时，通常需要另一种流体供给或取走热量，这种流体称作载热体。选择载热体时必须考虑以下原则：①载热体的温度易调节控制；②载热体的饱和蒸汽压较低，加热时不易分解；③载热体的毒性小、不易燃、易爆，不易腐蚀设备；④价格便宜，来源容易；10加热剂：热水、饱和水蒸气、矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等若所需的加热温度很高则需采用电加热冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等冷却温度30C水加热温度180C饱和水蒸气11热负荷Q’：工艺要求

4、，同种流体需要温升或温降时，吸收或放出的热量，单位J/s或W。传热速率Q：热流量，单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位J/s或W。热流密度q：热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位J/(s.m2)或W/m2。4.1.5间壁式换热器的传热过程一、基本概念12非稳态传热二、稳态与非稳态传热稳态传热：输入能量等于输出能量的传热过程式中A──总传热面积，m2。13三、冷热流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体14式中K──总传热系数，W/(m2·℃)或W/(

5、m2·K)；Q──传热速率，W或J/s；A──总传热面积，m2；tm──两流体的平均温差，℃或K。总传热速率方程：稳态传热：154.2热传导4.2.1有关热传导的基本概念4.2.2傅立叶定律4.2.3导热系数4.2.4通过平壁的稳定热传导4.2.5通过圆筒壁的稳定热传导164.2.1有关热传导的基本概念式中t──某点的温度，℃；x,y,z──某点的坐标；──时间。温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布总和。(1)温度场和等温面17不稳定温度场稳定温度场等温面：在同一时刻下，温度场中相同温度各点

6、所组成的面积为等温面。等温面上温度处处相等，无热量传递。不同温度的等温面不相交。t1t2t1>t2等温面Q18(2)温度梯度将与t相邻等温面之间的温差t，与两面间的垂直距离x之比值的极限称为温度梯度。t+tt-ttnQdA温度梯度是一个点的概念。温度梯度是一个向量。方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正一维稳定热传导194.2.2傅立叶定律表示通过等温表面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比。即：式中dQ──热传导速率，W或J/s；dA──导热面积，m2；t/x──温度梯度，℃/m

7、或K/m；──导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。20负号表示传热方向与温度梯度方向相反表征材料导热性能的物性参数越大，导热性能越好用热通量来表示对一维稳态热传导21(2)是分子微观运动的宏观表现。4.2.3导热系数(1)在数值上等于单位温度梯度下的热通量。=f(结构,组成,密度,温度,压力）(3)各种物质的导热系数金属固体>非金属固体>液体>气体22在一定温度范围内：式中0,──0℃,t℃时的导热系数，W/(m·K)；a──温度系数。对大多数金属材料a<0，t对

8、大多数非金属材料a>0，t1)固体金属：纯金属>合金非金属：同样温度下，越大，越大。232)液体金属液体较高，非金属液体低，水的最大。t（除水和甘油）3)气体一般来说，纯液体的大于溶液t气体不利用导热，但可用来保温或隔热。244.2.4通过平壁的稳定热传导一、通过单层平壁的稳定热传导假设：(1)A大，b小；(2)材料均匀；(3)温度仅沿x变化，且不随时间变化。t1t2btxdxQxQx+dx25取dx的薄层，作热量衡算：对于稳定温度场傅