化工基础—传热与传质－上海交大

第三章 传热 （Heat Transfer）,吴卫生 博士 上海交通大学化工系（化学楼218室） Tel.:E-mail: ,传热概述,传热的推动力：物体内部、物体之间的温度差 传热操作的应用,传热概述（续）,传热的三种基本方式：热传导（导热） conduction物体各部分之间不发生相对位移 对流 convection质点发生相对位移辐射 radiation可以在真空中进行，无需任何物质为介质,傅立叶（Fourier）定律,温度场,温度在时空分布的总和稳态温度场：（稳态传热）非稳态温度场：（非稳态传热）,导热系数（热导率） （Thermal Conductivity),物质的物性之一，在数值上等于单位温度梯度下的热通量，与物质的组成、结构、密度、压力、温度等有关。,平壁稳态热传导,圆筒壁的稳态热传导,不同流动状态下的温度分布,静止流体：导热 层流：导热为主 湍流：导热 + 对流,流动边界层和热边界层,流动边界层（ Flow Boundary Layer ）速度为零至速度等于主体速度的99%的区域等于流动边界层范围 热边界层（Thermal Boundary Layer）与壁面温度的差值等于流体主体温度与壁面温度差值的99%的区域属于热边界层范围,牛顿（冷却）公式,间壁两侧流体热交换过程,热流体对管壁的对流传热 管壁中的导热 管壁对冷流体的对流传热 传热速率表示法：,总传热系数,以管内为冷流体、管外为热流体为例 热流体：冷流体：管壁：,总传热系数（续）,传热平均温度差,换热器两端冷热流体温度差的对数平均值,热量衡算式,传热效率-传热单元数法 （ -NTU法）,设计型问题 操作型问题 传热效率,传热单元数NTU：冷（或热）流体的温度变化相当于平均温度差的多少倍,传热效率与传热单元数的关系,对流传热系数,不是物性，与下列因素有关:引起流动的原因：自然对流和强制对流流体的流动型态：层流和湍流流体本身的性质传热面的形状、大小和位置有无相变化,对流传热系数的经验（准数）关联,各种对流传热过程的对流传热系数关联式 (P246-247）（表5-8）,各个关联式对应不同的对流传热类型，不可混淆； 适用范围； 定性长度和定性温度的确定； 重点掌握流体在圆形直管内做强制对流时的关联式； 了解各种对流传热类型的基本原理及影响因素 认真看例5-16,辐射传热,几个概念 Stephen-Boltzmans Law 克希霍夫（Kirchhoff）定律 两固体间的相互辐射 对流、辐射联合传热,几个概念,辐射：以电磁波的形式传递热量,绝对白体（镜体）：R=1,绝对黑体（黑体）：A=1,透热体： D=1,灰体：以相等吸收率吸收所有波长辐射能的物体,Stephen-Boltzmans Law,单色发射能力( ),发射能力( ),克希霍夫（Kirchhoff）定律,两固体间的相互辐射,对流、辐射联合传热,换热器的类型,直接接触式 蓄热式 间壁式夹套式蛇管式套管式列管式,列管换热器的选用及设计,流程的选择 流速的选择 换热管在管板上的排列 阻力损失的计算,换热器传热过程的强化,传质过程导论,吴卫生 博士 上海交通大学化工系（化学楼218室） Tel.:E-mail: ,第一节 概述,混合物：非均相混合物(Heterogeneous Mixture)均相混合物(Homogeneous Mixture) 相（Phase）：物系中（物理、化学）性质完全相同的均匀部分 非均相混合物：S-S、S-L、L-L、S-G 非均相混合物的分离：筛分、沉降、过滤（机械分离） 均相混合物的分离：吸收、萃取、蒸馏等,相际传质 (Mass Transfer between Phases),物质从一个相转移到另一个相 过程涉及两个相内的传质以及相界面的传质两个方面 过程的极限是达到相平衡,相组成表示法,质量分率（Mass Fraction）、摩尔分率（Molar Fraction） 质量比（Mass Ratio）、摩尔比（Molar Ratio） 质量浓度（ Mass Concentration）、摩尔浓度（Molar Concentration）,第二节 扩散原理,菲克定律（Ficks Law） 等摩尔（等分子）相互扩散 单向扩散（一组分通过另一停滞组分的扩散） 扩散系数 湍流流体中的扩散,菲克定律（Ficks Law）,分子扩散沿浓度降低的方向进行，推动力是浓度差。,二元气体A、B的相互扩散， A在B中的扩散系数和B在A中的扩散系数相等,等摩尔（等分子）相互扩散,单向扩散（一组分通过另一停滞组分的扩散）,扩散系数,传递性质之一，涉及两种物质，与温度、压力（气体）或浓度（液体）有关。,气体扩散系数的大致范围：,液体扩散系数的大致范围：,扩散系数的经验关联式,湍流流体中的扩散,涡流