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1、返回第第二二章传热章传热( (Heat Transfer/Heat Transmission) )第一节第一节 概述概述存在温差存在温差热量从高温向低温传递。热量从高温向低温传递。自自然然界界普普遍遍存存在在以以温温度度差差为为推推动动力力的的热热量量传递现象，简称为传热。传递现象，简称为传热。1返回4.1 4.1 概述概述概述概述一、一、一、一、传热过程在工业生产中的应用传热过程在工业生产中的应用传热过程在工业生产中的应用传热过程在工业生产中的应用 传热传热即热的传递（以温度差为推动力的能即热的传递（以温度差为推动力的能量传递现象）根据热力学第二定律，量传递现象）根据热力学第二定律，凡是凡是
2、有温度差的存在就必然有热的传递有温度差的存在就必然有热的传递，因此，因此传热是自然界和工程领域中较为普遍的一传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过程。许多单元操作，如蒸发、精种传递过程。许多单元操作，如蒸发、精馏、干燥、结晶、冷冻、吸收和萃取等，馏、干燥、结晶、冷冻、吸收和萃取等，无不直接或间接与传热有关。无不直接或间接与传热有关。 2返回传热的目的和用途传热的目的和用途传热的目的和用途传热的目的和用途：加热或冷却：加热或冷却：加热或冷却：加热或冷却：为满足生产工艺要求，如保证为满足生产工艺要求，如保证化学反应、单元操作的正常进行，对物料进化学反应、单元操作的正常进行，对物料进行加热或冷
3、却、汽化或冷凝，使物料达到指行加热或冷却、汽化或冷凝，使物料达到指定的温度和相态；定的温度和相态； 换热：换热：换热：换热：回收和利用废热，节省能源回收和利用废热，节省能源保温保温： 为减少热损失，对高温或低温的设备为减少热损失，对高温或低温的设备及管道进行保温隔热。如工业上分离空气的及管道进行保温隔热。如工业上分离空气的精馏塔，塔内温度在精馏塔，塔内温度在-180，如设备不保温，如设备不保温绝热，则冷量损失太大，且操作无法进行。绝热，则冷量损失太大，且操作无法进行。 3返回化工生产对传热要求可分为两种情况：化工生产对传热要求可分为两种情况：强强化化传传热热 ：如如各各种种换换热热设设备备中中
4、的的传传热热，强化传热可降低设备费用。强化传热可降低设备费用。削弱传热削弱传热 ：保温，减少热损失。：保温，减少热损失。 化工生产过程中需要解决的传热问题大致化工生产过程中需要解决的传热问题大致分为两类：分为两类：（1） 传热过程的计算，包括设计型计算传热过程的计算，包括设计型计算和操作型计算；和操作型计算；（2） 传热过程的改进与强化传热过程的改进与强化4返回二、传热学与热力学（物理化学）二、传热学与热力学（物理化学）内容：内容：研究方法不同研究方法不同：热力学研究的是黑箱法热力学研究的是黑箱法 ，只研究体系与环境的能量交换，不考虑机理。它是建立热力学三大定律上的严格数学推导。传热学的研究方
5、法是一种工程方法。传热学的研究方法是一种工程方法。数学数学模型法模型法因次分析法，因次分析法，常常用大量经验式组成、半经验半理论的方法。 5返回三、三、传热的三种基本方式传热的三种基本方式热的传递热的传递是由于物体内或系统内的两部分是由于物体内或系统内的两部分之间的温度差而引起的，净的热流方向总之间的温度差而引起的，净的热流方向总是由高温处向低温处流动。根据传热机理是由高温处向低温处流动。根据传热机理不同，热的传递有三种方式：热不同，热的传递有三种方式：热传导、热传导、热对流和热辐射对流和热辐射6返回热传导热传导： 热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分热传导又称导热。是指热量从物体的高温部
6、分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。个与它直接接触的低温物体传热的过程。导热是静导热是静止物体的一种传热方式，不依靠物质的宏观位移止物体的一种传热方式，不依靠物质的宏观位移。 热传导在气、液、固中均可以进行，但传导的热传导在气、液、固中均可以进行，但传导的机理不同。金属机理不同。金属-自由电子的扩散运动；非金属和自由电子的扩散运动；非金属和大部分液体（除水银等）大部分液体（除水银等）晶格振动和分子碰撞；晶格振动和分子碰撞；气体气体分子不规则热运动。分子不规则热运动。 如：一根铁棒一端放在火炉上烧，热量会通
7、过如：一根铁棒一端放在火炉上烧，热量会通过铁棒传递到另一侧，但无物质的宏观位移。铁棒传递到另一侧，但无物质的宏观位移。7返回 对流传热对流传热：依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。的传递现象。8返回对流传热过程伴随着流体质点间的热传导。对流传热过程伴随着流体质点间的热传导。工程上工程上习惯常将流体与固体壁面之间的传热习惯常将流体与固体壁面之间的传热称为称为对流传热对流传热。实际上包括对流和传导两种实际上包括对流和传导两种形式：靠近壁面附近的流体层（层流内层）形式：靠近壁面附近的流体层（层流内层）中依靠热传导的方式传热，在流体主体（湍中
8、依靠热传导的方式传热，在流体主体（湍流）中则主要依靠对流方式传热。流）中则主要依靠对流方式传热。9返回辐射传热辐射传热：是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，又被全部或部分地吸收而播，当遇到另一物体时，又被全部或部分地吸收而变为热能。变为热能。 特点特点: (1)不需要介质不需要介质 (2) EaT4 三种传热方式一般不单独存在，往往相互伴随，三种传热方式一般不单独存在，往往相互伴随，同时出现。如热量在设备保温层中的传递，以导热同时出现。如
9、热量在设备保温层中的传递，以导热为主，而由保温层向空气散热，则是对流和辐射并为主，而由保温层向空气散热，则是对流和辐射并联传热的结果。联传热的结果。10返回热水瓶是如何来进行保温的热水瓶是如何来进行保温的? ?瓶塞瓶塞减少对流传热和热传导；减少对流传热和热传导；瓶胆抽成真空瓶胆抽成真空防止对流传热的发生；防止对流传热的发生；瓶胆的内侧涂了一层银瓶胆的内侧涂了一层银防止辐射的发生防止辐射的发生11返回热辐射热辐射冬天手摸在金属上感觉到冷冬天手摸在金属上感觉到冷热传导热传导一杯热水，一会儿就凉了一杯热水，一会儿就凉了对流传热对流传热太阳照在身上暖洋洋的太阳照在身上暖洋洋的12返回四、四、传热过程冷
10、热流体接触方式传热过程冷热流体接触方式 直接接触式直接接触式间壁式间壁式蓄热式蓄热式13返回1.1.直接接触式直接接触式直接接触式直接接触式冷热流体在换热冷热流体在换热冷热流体在换热冷热流体在换热设备中直接混合，设备中直接混合，设备中直接混合，设备中直接混合，而达到换热的目而达到换热的目而达到换热的目而达到换热的目的。这种换热方的。这种换热方的。这种换热方的。这种换热方式，传热面积大，式，传热面积大，式，传热面积大，式，传热面积大，设备简单，常常设备简单，常常设备简单，常常设备简单，常常起到其它的作用起到其它的作用起到其它的作用起到其它的作用( (另有目的另有目的另有目的另有目的) ) 14返
11、回CO+H2OCO2+H2+Q15返回2. 2.间壁式间壁式间壁式间壁式16返回传热面为内管的表面积传热面为内管的表面积 套管换热器套管换热器冷流体冷流体t1t2热流体热流体T1T2外管外管内管内管17返回列管换热器列管换热器传热面为壳内所有管束壁的表面积传热面为壳内所有管束壁的表面积 热流体热流体T1T2冷流体冷流体t1t218返回 3. 3. 蓄热式蓄热式优点：点：结构构较简单耐高温耐高温缺点缺点：设备体体积大大冷冷热热流流体体交交替替流流过过壁壁面面，有有一一定定程程度度的的混合混合低温流体低温流体高温流体高温流体19返回五、五、五、五、 几个术语几个术语几个术语几个术语 1. 1.稳态
12、传热和非稳态传热稳态传热和非稳态传热稳态传热和非稳态传热稳态传热和非稳态传热稳态传热：稳态传热：稳态传热：稳态传热：在传热系统中各点的温度分布不随时间而在传热系统中各点的温度分布不随时间而改变的传热过程；稳态传热时各点的热流量不随时间改变的传热过程；稳态传热时各点的热流量不随时间而变，连续生产过程中的传热多为稳态传热。而变，连续生产过程中的传热多为稳态传热。非稳态传热非稳态传热非稳态传热非稳态传热：传热系统中各点的温度既随位置又随时传热系统中各点的温度既随位置又随时间而变的传热过程。间而变的传热过程。20返回2.2.传热速率传热速率Q Q（w w） 和热通量和热通量q(w/m2)q(w/m2)
13、传热速率传热速率Q(rate of heat transfer):热流量热流量(rate of heat transfer )，单位时间内，单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位通过换热器的整个传热面传递的热量，单位 J/s或或W。热流密度热流密度q(density of heat flow rate):热通量热通量(heat flux)，单位时间内通过单位传，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位热面积传递的热量，单位 J/(s. m2)或或W/m2。21返回3.换热器热负荷换热器热负荷: 生产上要求流体温度变化吸收或放出的生产上要求流体温度变化吸收或放出的热量热量 对于间壁式
14、换热器，假设换热器绝热良好，对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失忽略不计，则单位时间内换热器中热热损失忽略不计，则单位时间内换热器中热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。无相变无相变时时 显热显热 Q=qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1)22返回恒压比热恒压比热恒压比热恒压比热Cp:Cp: 恒压条件下，单位质量的物质升高或降低恒压条件下，单位质量的物质升高或降低恒压条件下，单位质量的物质升高或降低恒压条件下，单位质量的物质升高或降低11所需（放所需（放所需（放所需（放出）的热量，出）的热量，出）的热量，出）的热量，KJ/Kg.KJ/
15、Kg.。取平均温度下的数值计算。取平均温度下的数值计算。取平均温度下的数值计算。取平均温度下的数值计算。有相变时（蒸汽冷凝、液体沸腾）有相变时（蒸汽冷凝、液体沸腾）有相变时（蒸汽冷凝、液体沸腾）有相变时（蒸汽冷凝、液体沸腾） 相变热相变热相变热相变热Q=Q=q qmmr r r: r:汽化潜热，汽化潜热，汽化潜热，汽化潜热，KJ/KgKJ/Kg。 如热流体是饱和蒸汽，在换热器中冷凝后，冷凝液温度如热流体是饱和蒸汽，在换热器中冷凝后，冷凝液温度如热流体是饱和蒸汽，在换热器中冷凝后，冷凝液温度如热流体是饱和蒸汽，在换热器中冷凝后，冷凝液温度T T2 2低于饱和温度低于饱和温度低于饱和温度低于饱和温度T T1 1。则则则则 Q=qQ=qm1m1r+Cpr+Cp1 1(T(T1 1-T-T2 2)=q)=qm2m2CpCp2 2(t (t2 2-t -t1 1) ) 23返回六、换热面积六、换热面积（一）（一）间壁式换热器间壁式换热器冷流体冷流体t1t2热流体热流体T1T2外管外管内管内管24返回二、列管换热器二、列管换热器传热面为壳内所有管束壁的表面积传热面为壳内所有管束壁的表面积 热流体热流体T1T2冷流体冷流体t1t225
