化工单元操作传热

1、化工单元操作传热第1页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二第一节 概 述一、传热在生产中的应用 强化传热1、传热的应用 削弱传热 设计传热设备2、传热计算问题的应用 计算传热量 减少热损失第2页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二二、传热的基本方式1、热传导传热机理：通过分子的热振动传递热量；特 点：分子不发生宏观的位移；2、热对流传热机理：通过流体质点的相对位移传递热量；特 点：流体质点互相混合、碰撞； 第3页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二 自然对流：由于温度不同导致密度差异而引方式 起的移动； 强制对流：由于外力引起的移动；对流传

2、热：流体与固体壁面间的热量传递过程。 3、热辐射传热机理：通过发射电磁波的形式向外辐射能量；特 点：传热过程不需要介质；注：实际传热过程中三种方式结合进行。第4页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二三、生产中的换热方式1、混合式：冷热两种流体直接混合； 特点：传热速度快； 适用于：废热回收；2、间壁式：冷热流体通过间壁传递热量； 特点：两种流体不直接混合，保持原状态；3、蓄热式第5页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二第6页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二第7页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二四、间壁式换热器传热过

3、程简述1、过程：（1）热流体 对流 间壁；（2）间壁一侧 传导 间壁另一侧；（3）间壁另一侧 对流 冷流体；2、概念：（1）传热速率（热流量）：Q 单位时间内通过传热面的热量，单位为：W 。第8页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二（2）热通量q 单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位为W/m2。（3）定常传热： 传热系统中各点的温度、传热速率、热通量仅随位置改变，不随时间而变的传热过程。 特点：同一传热方向上，传热速率是一常量。第9页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二 第二节 热传导一、热传导的基本定律1、 傅立叶定律其中：称为热导率，w/(m);2、

4、热导率 w/(m); 是表示物质导热能力大小的指标，是物质的物性。第10页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二（1）固体的导热系数 金属固体非金属固体 金属：T升高，导热系数下降； 非金属： T升高，导热系数增加；（2）液体的导热系数 固液 T升高，液体的导热系数略有减小；（3）气体的导热系数 液 气 T升高，气体的导热系数增加。第11页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二二、通过平壁的定常热传导1、单层平壁 其中： 热阻（与导热系数成反比） 热通量： w/m2; 例题：见P129。 第12页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二2、多层平壁

5、(1)公式推导化简后:(2)温差与热阻成正比,热阻大,则温差也大。 例题：P130页。 第13页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二三、圆筒壁的定常热传导1、单层（1）特点：传热面积随半径而变化。（2）公式推导：分变量积分并整理：第14页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二变形：其中：说明：Q不随半径而变，但热通量q随r的增大而减 小。 第15页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二2、多层以三层圆筒壁为例： 同样的方法可推导出：同样，各层热阻越大，温差就越大。例题：P132页。第16页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二第

6、三节 对流传热一、对流传热基本方程和对流传热系数1、对流传热分析：（1）在流动截面上 存在温度分布；（2）温度差主要集中 在层流底层中。 第17页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二2、对流传热基本方程 牛顿冷却定律对热流体：对冷流体：其中： 反映对流传热程度的大小。 t：代表层流内层的厚度，mm；第18页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二二、影响对流传热系数的因素1、流体的物性：如导热系数、密度、粘度和比热容cp；2、流体的相态变化；3、流动型态；4、自然对流的影响；5、传热面的形状特征与相对位置；第19页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，

7、星期二三、量纲分析法在对流传热中的应用1、无相变化时，对流传热系数的特征关联式2、通过量纲分析的无量纲数为：努塞尔准数 雷诺数 普兰特准数 格拉斯霍夫准数第20页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二四、流体无相变化时的对流传热系数1、圆形直管内强制对流其中：当流体被加热时，n=0.4; 当流体被冷却时，n=0.3;注：经验公式在使用时注意应用范围、应用条件 等问题。第21页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二2、管外强制对流五、流体有相变化时的对流传热系数 膜状冷凝1、蒸汽冷凝 滴状冷凝 自然沸腾2、液体沸腾 核状沸腾 膜状沸腾第22页，共45页，2022年

8、，5月20日，0点27分，星期二第四节 传热计算一、热量衡算1、焓差法热流体：冷流体：2、显热法：热流体：冷流体：第23页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二3、潜热法二、传热速率方程其中：K ：传热系数，w/(m2.) A：传热面积， m2 ； A=ndl 传热面积可以是Ai、Am、A0。例题：P148页。第24页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二三、传热平均温度差流体的流动方向：并流 逆流错流 折流恒温传热：冷热流体在换热过程温度不变。变温传热：冷热流体只要有一种流体的温度发生 变化。 121222112第25页，共45页，2022年，5月20日，0点

9、27分，星期二1、恒温传热2、变温传热：（1）一类： t1=T-t1 t2=T-t2 （2）二类：考虑流动方向 并流： t1=T1-t1 t2=T2-t2TtTtTt1Tt2T1t1T2t2第26页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二逆流 t1=T2-t1 t2=T1-t2 错流、折流：校正系数可根据R、P值查图：T2t1T1t2第27页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二思考题：对于同样的进出口温度，选择什么 样的流型更好？结论：逆流好。原因： 1、传质推动力大； 2、所需传热介质少；第28页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二四、传热系

10、数的计算1、基本公式（1）热流体的对流传热：（2）管壁的热传导：（3）冷流体的对流传热：第29页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二化简、整理后得：又因为：所以：其中：A可以取A0、Am、Ai。第30页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二常取：基于外表面积下的传热系数K0。考虑污垢热阻： 管外壁污垢热阻 管内壁污垢热阻第31页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二2、几点说明（1）当传热面为平壁时：（2）当忽略管壁热阻和污垢热阻时：（3）提高K的方法：设法减小起决定性作用的热阻。（4）K值也可以选取经验数据或进行实验测定。第32页，共45页，

11、2022年，5月20日，0点27分，星期二五、传热计算举例 （P157）1、设计型计算：根据已定的生产要求，确定所需换热面积。2、操作型计算：判断已有换热器的面积能否完成指定的生产任务。3、壁温的估算 壁温接近于热阻较小的一侧流体的温度。第33页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二六、工业热源与冷源1、热源：电热、饱和水蒸汽、热水、烟道气等。2、冷源：冷水、空气、冷却剂（低温盐水、液氨、液氮）第34页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二 第五节 热辐射一、热辐射的基本概念1、热辐射:以电磁场波的形式传递能量的方式。 波长范围：0.7620m。2、辐射能：Q；

12、吸收能：QA；吸收率：反射能：QR；反射率：透过能：QD；透过率：第35页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二 A+R+D=1 注：不同的物体A、R、D的值不同。固体和液体：D0；单原子和由双原子气体：D 1；3、黑体的辐射能力斯蒂芬-波尔兹曼定律(1)黑体：A=1；(2)黑体的辐射能力：E0； W/m2;0-辐射常数， 0=5.6710-8 W/(m2.K4)。第36页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二也可写成：C0：黑体辐射系数，为5.67 W/(m2.K4)。3、实际物体的辐射能力(1)黑度：(2)实际物体的辐射能力： 常用工业材料的黑度值见P164

13、。第37页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二4、灰体的辐射能力和吸收能力-克希荷夫定律(1)灰体：对各种波长具有相同吸收率的理想化物体。 A=(2)辐射能：二、两固体间的热辐射总辐射系数，W/(m2.K4) 角系数 （见P165表4-11）第38页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二三、辐射对流联合传热1、对流传热： 辐射传热： 统一形式： 壁面散失的总热量为：第39页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二2、辐射对流联合传热系数（1）空气自然对流，TW 5m/s时：第40页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二 第六节 换热器 直接接触式换热器 间壁式 蓄热式一、间壁式换热器的类型1、夹套式2、沉浸式蛇管式3、喷淋式蛇管式第41页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二第42页，共45页，2022年，5月20日，0点27分，星期二4、套管式换热器5、列管式换热器（1）结构：筒体、管板、列管、封头、折流挡板。（2）概念： 管程和壳程 折