第4章 热量传递及设备.ppt

为了达到和保持所需温度，反应物进入反应器前后需要加热或冷却。 有些单元操作，如精馏、蒸发、干燥、结晶等都需要到达指定的温度要求。 设备和管道在高温或低温下操作，需要保温或保冷，减少热量损失。 热能的综合利用和回收余热。 将冷热流体在换热器中直接混合的方式进行热量交换，具有传热效率高，设备简单。缺点：不同流体间产生了混合。 c 间壁式传热 ① 套管式换热器： ② 列管式换热器 列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。材质可采用普通碳钢、紫铜或不锈钢制作。 管程流体：走管内的流体。 壳程流体：走管外的流体。 管程、壳程，通常设置n个隔板，使得全部管束分为n个部分，目的是： ①提高流速 ②增加湍动 提高传热效果。缺点是增加了流体阻力及换热器结构的复杂性。 第二节 热传导 4-2-1 温度场和温度梯度 4-2-2 导热速率-傅里叶定律 4-2-3 热传导系数 4-2-4 平壁的导热 4-2-5 圆筒壁的稳定导热 4-2-6 球壳的稳定导热 4-2-7 保温层的临界厚度 4-2-8 具有内热源的稳定热传导 1 温度场 温度场：描述任一物体或系统内各点的温度分布与时间的关系 非稳态温度场 稳态温度场 一维稳态温度场 2 温度梯度 温度沿等温面垂直方向的变化率。是矢量，指向温度增加的方向 通过等温表面的热传导速率与温度梯度及传热面积成正比。 Q： 热传导速率，其方向与温度梯度的相反，W A： 导热面积，m2 λ ：热传导系数，W/m.oC 1 热传导系数的物理意义及数值范围 在数值上等于单位温度梯度下的热通量 表征物质导热能力的大小，是物质的物性参数 导热系数由实验测定 物质导热系数的数量级 传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧温差为1度（K，℃），1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米·度（W/㎡·K，此处K可用℃代替）。 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,℃），在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度（W/m?K，此处为K可用℃代替）。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。通常把导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在0.05瓦/米?度以下的材料称为高效保温材料。 导热系数一般是针对于热传导而言，单位为W/m·K; 传热系数一般是针对于对流传热而言，单位为W/m2·K 第三节 对流传热 4-3-1 对流传热分析 4-3-2 对流传热系数 4-3-3 对流传热过程量纲分析 4-3-4 流体无相变时的对流传热系数 4-3-5 蒸气冷凝对流传热系数 4-3-6 沸腾传热对流传热系数 4-3-1 对流传热分析 1 对流传热分析和热边界层 2 对流传热速率方程 牛顿冷却定律（加热）： 2 影响对流传热系数的因素 流体的种类和相变化的情况 流体的物性 流体的温度 流体的流动状态 流体流动的原因 2 对流传热的类型 1 流体强制对流传热 由于外界机械能的输入，流体被迫流过固体壁面。 2 流体自然对流传热 因温度差而产生密度差，引起流体对流流动。 3 蒸汽冷凝传热 蒸汽遇到温度低的冷固体壁面时，放热并冷凝成液体，在重力作用下沿壁面流下。 4 液体沸腾传热 液体从固体壁面取得热量而沸腾，在液体内部产生气泡，气泡上浮时因液体继续气化而长大的传热类型。 4-3-3 对流传热过程量纲分析 4-3-3 对流传热过程量纲分析 两规模不同的流动保持相似所遵循的准则中出现的表征某些物理效应，由多个物理量构成的无量纲组合量。又称相似参数或无量纲参数。 根据相似理论，在保持几何相似的前提下，两个规模不同的流动保持相似的条件是，所有对流动有影响的上述无量纲组合量必须保持对应相等，故它们称为相似准数。 将流动的基本方程无量纲化或根据π定理，都能导出相似准数。实际流动总是受多个物理效应制约，因而可导出多个相似准数。但对某一具体流动，或涉及流动的某一具体方面，通常只有一、二个相似准数起主导作用，如粘性流动中是雷诺数 2 流体在列管式换热器管间流动 圆缺形挡板，壳层流体对流传热系数 应用范围 定型尺寸 当量直径 定性温度 流体进出口温度的平均值， 取壁温 无挡板，按管内强制对流计算，采用当量直径 当量直径的计算 正方形排列