内蒙古大学化工原理ppt 3.ppt

传 热 过 程 3.0 概 述 传热过程在生产中的应用 传热的三种基本方式 冷热流体的接触方式 一、传热过程在生产中的应用 加热或冷却 保 温 强化传热过程 削弱传热过程 换热 二、传热的三种基本方式 1. 热传导 热传导(导热)：热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程。 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 固体 导电体：自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格结构的振动来实现 液体 分子动量传递引起 特点：没有物质的宏观位移 传热学：研究热体与冷体之间热量交换速率的科学。 2. 对流传热 对流传热：不同温度的流体，因搅拌、流动引起的物体内部质点发生相对位移的热量传递过程。 3. 辐射传热 辐射传热(热辐射)：物体因热的原因向冷体发出辐射能的过程。 自然对流 强制对流 具有波、粒二象性 能量转移、能量形式的转化 不需要任何物质作媒介 特点： 对流传热的种类： 特点：宏观质点发生相对位移；伴随热传导。 三、 冷热流体的接触方式 1. 直接接触式 优点： 设备结构较简单 传热效果好 缺点： 对流体有限定 2. 蓄热式 优点： 结构较简单 耐高温 缺点： 设备体积大 有一定程度的混合 3. 间壁式 列管换热器 传热面为壳内所有管束壁的表面积 三、热载体及其选择 （1）加热剂：起加热作用的热载体； 工业中常用的有热水（40～100℃）、饱和水蒸气（100～180℃）、矿物油或联苯或二苯醚混合物等低熔混合物（180～540℃）、烟道气（500～1000℃）、电加热等。 1. 热载体： 为了将冷流体加热或热流体冷却，供给或取走热量的流体。 （2）冷却剂：而起冷却作用的热载体； 工业中常用的有水（20～30℃）、空气、冷冻盐水、液氨（-33.4℃）等等。 水又可分为河水、海水、井水等，水的传热效果好，应用最为普遍。在水资源较缺乏的地区，宜采用空气冷却，但空气传热速度慢。 2. 热载体的选择： 温度易调节控制； 饱和蒸汽压较低； 毒性小，不易燃易爆，腐蚀性小； 价格便宜，来源容易。 3.1 热 传 导 传导的基本概念 傅 立 叶 定 律 导 热 系 数 通过平壁的稳定热传导 通过圆筒壁的稳定热传导 3.1.1 热传导的基本概念 t ── 某点的温度，℃ 或 K； x , y , z ── 某点的坐标；  ── 时间。 (1) 温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。 1. 温度场和等温面 式中: 热传导的必要条件：物体或系统内存在温度差。 一般情况下，其数学表达式为： 不稳定温度场 稳定温度场 (2) 等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。 不同温度的等温面不相交 稳定一维温度场 2. 温度梯度 温度梯度是一个点的概念。 温度梯度是一个向量。 方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正 一维稳定热传导温度梯度是 说 明： 3.1.2 傅立叶定律 式 中： 1. 傅立叶定律的内容 Q ── 热传导速率，W 或 J/s； S ── 导热面积，m2；  t / n ── 温度梯度，℃/m 或 K/m；  ── 导热系数，W/(m·℃) 或 W/(m·K)。 通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比。 表征材料导热性能的物性参数——导热系数 越大，导热性能越好 对一维稳态热传导 说 明： 2. 导热系数  由傅立叶定律： 在数值上等于单位温度梯度下的热通量。 是分子微观运动的宏观表现。  = f(结构,组成,密度,温度,压力） 各种物质的导热系数由试验方法测定 金属固体 非金属固体 液体 气体 说 明： (1) 固体 金属：纯金属 合金 非金属：同样温度下， 越大，  越大。 (2) 液体 t ，  （除水和甘油） 一般来说，纯液体的大于溶液 (3) 气体 t  ，  气体不利用导热，但可用来保温或隔热 金属液体较高，非金属液体低，水的最大。 气体混合物导热系数估算： 有机物水溶液估算： 有机物互混溶液估算： 一、 单层平壁的稳定热传导 假设： S大，b 小； 材料均匀； 温度仅沿x 变化，且不随时间变化。 3.1.3 通过平壁的稳定热传导 对于稳定温度场 由傅立叶定律： 边界条件为： 得： 设不随t而变 讨 论： 2．分析平壁内的温度分布 上限由 1．可表示为 推动力： 热阻： 改为 二、多层平壁的