化工基础 传热.ppt

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1、第四章传热过程第一节概述第二节传导传热第三节对流传热第四节热交换的计算第五节热交换器2021/7/23第四章传热过程2第一节概述一、化工生产中的传热过程1、化工生产中的化学反应要控制适宜的温度范围：（1）放热反应的热量要通过换热移除。（2）吸热反应需提供足够的热量。（3）反应原料要预热，产物要冷却。2、很多化工单元操作是在换热条件下进行的：蒸发、结晶、干燥、精馏等。3、节约能源，合理使用能源：（1）热流体保温、低温条件的保持。（2）生产中余热、废热的有效利用。2021/7/23第四章传热过程3二、传热

2、的基本方式1、传导传热：物体温度较高的分子因热而振动，并与相邻分子碰撞，而将能量传递给相邻分子，顺序地将热量从高温向低温部分传递。特点：没有分子的宏观相对位移。2、对流传热：由于流体质点变动位置并相互碰撞，能量较大的质点与能量较低的质点相互混合，使热量从高温向低温传递。自然对流：温度差，密度差，自然移动。强制对流：外力(搅拌等)使流体质点相对位移。2021/7/23第四章传热过程43、辐射传热：热物体以波的形式向四周散发辐射能，辐射遇到另外的物体时，被全部或部分地吸收并重新转变成热能的传热方式。温度越

3、高，辐射出去的热能越大。不用任何介质作媒介。实际生产中的传热，并非单独以某种方式进行，往往是多种方式同时进行。2021/7/23第四章传热过程5三、传热中的一些基本物理量和单位1、热量Q：单位：kg·m2·s-2，Nm，J，cal，kcal1cal=4.186J2、传热速率Φ(热流量：单位时间内传递的热量。单位：W，kcal·h-11kcal·h-1=1.163W3、传热强度q：单位：W·m-2，kg·s-3单位时间单位面积传递的热量。也叫热流密度。2021/7/23第四章传热过程66、潜热：单位量（

4、质量或物质的量）物质在发生相变时伴随的热量变化。单位：J·kg-1，J·moj-1汽化热、冷凝热、升华热、溶解热、结晶热等计算：Q=ΔH·m或Q=ΔHm·n4、恒压比热容cp、cpm：单位量物质恒压下升温1K所需热量。单位：cpJ·kg-1·K-1cpmJ·mol-1·K-15、显热：单位量（质量或物质的量）物质在等压时变温伴随的热量变化。单位：J计算：Q=m·cp·Δt或Q=n·cpm·Δt潜热和显热的区别：相变，温变2021/7/23第四章传热过程7四、定态传热和非定态传热1、定态传热：传热面上各

5、点的温度不随时间改变的传热。只考虑传热面上某一点的情况，各点温度可不同。定态传热时，单位时间的传热量Φ不变。连续稳定的操作时大多是定态传热。2、非定态传热：传热面上各点的温度随时间而改变的传热。非定态传热时，不同的单位时间的传热量不同。间歇操作时大多是非定态传热。2021/7/23第四章传热过程8第二节传导传热一、热传导基本方程式----傅立叶定律1、傅立叶定律：对于微元：引入比例系数：负号是因为热量传递方向与温度升高方向相反。比例系数λ为导热系数，单位：W·m-1·k-1,J·m-1·k-1·s-1

6、dt/dδ：温度梯度，K/m；2021/7/23第四章传热过程9导热系数:是物质导热性能的标志，是物理性质之一。一般来说：λ金属>λ非金属固体>λ液体>λ气体.导热系数λ的值越大，表示其导热性能越好λ的物理意义为：当温度梯度为1K/m时，每秒钟通过1m2的导热面积而传导的热量，其单位为W/m·K或W/m·℃。金属2.3～420w/m·K建筑材料0.25～3w/m·K液体0.09～0.6w/m·K气体0.006～0.4w/m·K2、导热系数：λ数值的大小与物质的组成、结构、密度等有关。λ数值的大小也与外

7、界条件温度、压力等有关。2021/7/23第四章传热过程10质地均匀的固体:λ=λ0(1+at)λ0为00C时固体的导热系数,a为温度系数.液体混和物:λ=k(λ1w1+λ2w2+……)w1,w2,----各组分的质量分数λ1,λ2,----各组分的导热系数K--常数,对一般混和物或溶液为1.0,对有机物的水溶液为0.9气体混和物:x1,x2…各组分的摩尔分数M1,M2…各组分的相对分子量2021/7/23第四章传热过程11二、平面壁的定态热传导1、单层平面壁的热传导:在定态的条件下,传热量不变，且两

8、壁面的温度不随时间而变.移项：积分：Δt：温差，传热推动力，KR=δ/(Aλ)：传热阻力，热阻，K/W2021/7/23第四章传热过程12δ2δ1δ3AΦ厚度δ△t3△t2△t1t3t1t2t42、多层平面壁的热传导:对于定态传热，各层传热速率相等，各层传热面积相等。第一层：第二层：第三层：2021/7/23第四章传热过程13对定态传热：A1=A2=A3=A，Φ1=Φ2=Φ3=Φ上面三式相加：◆多层平面壁的传热速率Φ等于总推动力Δt除总热阻R。◆多层平面