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1、第四章 传热过程,1概述一、化工生产中的传热过程传热的应用1、供给或取走反应热：,相变潜热：,2、回收利用余热、废热。变换气的降温，以利用热能3、隔绝热量传递, 避免热量损失：保温瓶, 保温蒸汽管二、要解决的问题1、进行热量衡算，确定热载体的用量2、计算完成一定生产(传热)任务所需的传热面积3、寻找强化传热途径提高传热速率,T1,T2,t1,t2,热流体T1T2,冷流体t1t2,三、传热方式分类,稳定的恒温传热，传热面上的温度不随位置变化Tf (x)稳定的变温传热，传热面上的温度随位置变化Tf (x),1 据冷热流体是否接触分为,混合式：冷热流体混合，煤气洗涤塔间壁式：冷热间壁、冷凝管蓄热式:
2、热流体贮热,冷流体吸热,热风炉炼铁,2.在间壁式传热中,据传热面上的温度分布,分为：,稳定传热：T不随时间变化,对于一定的传热设备，热阻一定，当T不随时间变化, T亦不随时间而变，故传热速率不随时间变化，所以，稳定传热传热速率不随时间变化。,稳定传热非稳定传热,3、据传热机理不同，分为,四、几个基本概念：,(2)传热速度：=Q/ 单位,(3)比热Cp:显热：显=MCpt,(Cp定压比热容-kJ/kg*K) (kJ/mol*K),(4)潜热：,质量和摩尔相变潜热 (单位分别为：kJ/kg；kJ/mol),式中:Hm;Hn分别为,(1)传热量: Q,2传导传热（热传导，导热）一、定义：传导传热发生
3、在固体、静止或滞流流体中，因分子的振动或自由电子的运动而传递热量的方式。,二、导热方程付立叶定律：1、导热方程,如图：若t1t2，热量将自动的以导热方式从内壁向外壁传递。实验证明：通过该壁传递的热量与壁两侧的温差成正比，与传热面积和传热时间成正比，与传导距离成反比，即：,dQ= -,付立叶方程,对于稳定的热传导：dt不随时间d变化，故积分为：,温度梯度速度梯度,比较,2.导热系数 （类似于粘度） 意义：材料导热能力大小的标志，是A1m2， =1m, t=1k时的传热速率。在相同的条件下，材料不同，其传热速率不同，故是材料本身的性质。,大小：a.实验测定或查附表二、三、六、七可得。 b. 随温度
4、的变化,对金属： 0即t,，原子振动加剧，电子运受阻非金属：0, t, 分子振动加剧，传热能力增加 液体：0,t,t,液体膨胀,分子距离加大碰撞 气体：0, t, t , 分子能量 碰撞 。c.金属非金属，固液汽，结构紧密结构松散,单位：,541-11,三、平面壁的稳定热传导速率 平壁,2 多层平面壁,如耐火砖绝热砖建筑砖组成三层复合壁，对各层分别应用单层导热公式有：,恒大于0，,R=/热阻,1 单层平面壁，如P105面图,一层：,二层：,三层：,(1),(2),(3),平面壁：A1=A2=A3=A稳定传热1=2=3=则有： t1-t4=t=,讨论：(1)+得：,(4),(5),+得：,(2)
5、t1/t2 =R1/R2=,即各层的温降与其热阻成正比。,可见:传热速率式中的分母是分子温度区间内的热阻之和。,(4)在不知A时, 可求单位传热面积的传热速率-传热强度q q= /A= t/ (/ ) 例：4-1P107 热阻越大，温度降越大例：4-2P108 垢层的热阻很大，应勤除垢层作业：P142 （3,4,5）,(3),可求夹层间的温度。,四、圆筒壁的稳定热传导速率 如图：,据付立叶定律： 1 多层圆简壁,对数平均半径。当r2 /r1104、Pr =0.7-120 的气体和2水的液体：,实验知：,液体被加热时m=0.4 （411） 液体一冷却时m=0.3 （412）,2、有相变时的值 相
6、变时放出大量的潜热，故值查表(取一中间值),1-10;4-11,311 2-10,541-12,四、传热总速率的方程 从给热方程中消去tw1, tw2，求,1=T,2=t,注意：由于1=2=3= 所以有：,五.总传热系数K,多层圆简壁一般不用=KA(T- t)m的形式,而直接使用下式。,单层,例4-7 ：高温流体为水蒸汽, 放出冷凝潜热, T不变，釜内反应物温度不变(吸热) t=80，t 不随时间和位置变化稳定的恒温传热，釜内径 d1=0.8m外径d2=0.822m，故釜壁可视为平面壁，则有：,热阻主要集中在垢层( 很小)和给热系数较小的一侧，金属管壁的热阻很小，在液一液热交换过程中通常忽略。
7、,流体(原油)流速很大，温度升高较小，视作恒温传热,b. 据,4.总传热系数K的获得途径：,实测。,541-13,例4-10 用160饱和蒸气加热粘性溶液15140，黏性溶液的黏度随温度升高而显著下降，使总传热系数K-t 变化，属不稳定传热，取一时间微元d,在d内传递的热量为 dQ，则对冷流体有：,没有K=f(t)关系，只有K-t数据，只能采用辛普森数据积分(自变量间隔相等) 公式积分：,n为积分区间所分的等分数，这里有6组数据 (K- t)，可求得 6 个y值，即：,分别计算出y0,y1,y2y5 代入公式求得：,=8.57*105 (25/3)(5.75+4(2.78+2.51)+2(2.
8、34+3.37) +6.94)10-5=3230 s=54 min,六：传热温度差 传热过程中温差一般是变化的，需取平均值计算。 1、稳定的恒温传热温差 如图的传热过程：,341-12,2、稳定的变温传热温差,逆流(相向逆流),并流(同向并流),注意：同一流体终-始态的温差用T 或 t表示。 换热器同一端高低温流体的温差用t1 或t2 表示。 即：冷热流体的温差随传热面积而变化。,141-13,3、平均温差公式 以并流为例推导平均温差公式：因为(T-t)-A有关，故须找(T-t)m = t m, 则需找dAd(T-t) 关系,故取一微元面积dA, 在dA 内视(T-t)为常数,在dA内应用传热
9、速率方程式有：,对冷热流体进行热量衡算有：,可找到dAd(T-t) 关系，积分就可得(T-t)m =tm,即：经过dA后换热器换热：,T流体放热：,t流体吸热：,(2)-(3)得：,设法变为：,代入(6)式整理得 ：,对数平均温差,同理逆流换热亦可推导出：,当,算术平均温差,注意：计算时，先作出TA方框图，注明温度,找出t1 和t2 后再计算 tm 。,541-13,七、并流与逆流的比较 并流传热的温差t前大后小，逆流传热温差t始终较大，故一般有tm逆tm并。1、逆流的优点： =KAtm 进出口温度相同时，tm逆tm并，故在 A、K一定时: 逆/并 =tm逆 /tm并 1 即： 逆 并 冷热流体的出口温度互不受影响，冷流体出口温度t1可能高于热流体出口温度T2，换热彻底。在、K相同时所需A小，在A相同时逆流传热的速率大。 312例4-11tm逆 =54.9 tm并=39.1 tm逆 /tm并=54.9/39.1 =1.404在, K相同时：A并/A逆=tm逆/tm并=1.404 A并A逆4-12在A, K相同时：逆/并=tm逆 /tm并=1.404 逆并据=MCpt (在传热速率相同的情况下),可减少热载体的用量,即M逆M并即逆流传热，可使 or A or M .,
