师范类《化工基础》PPT课件 CH4 传热过程.ppt

第四章 传热过程 第四章 传热过程 第一节 概述 第二节 传导传热 第三节 对流传热 第四节 热交换的计算 第五节 热交换器 （4）封头，用法兰连接； （5）折流板，园缺形； （3）花板，布管方式； （2）自然对流传热(蛇管或器壁) Gr·Pr＜500(滞流) Gr·Pr ＞2×107(湍流) 500＜Gr·Pr＜2×107(过渡流) 计算时，定性温度取壁面与流体温度的平均值。 （3）带搅拌的反应釜 D为反应釜的内径。 d：搅拌桨的直径， n：搅拌转数。 例 列管式冷凝器中，用水冷凝有机物蒸汽，水以0.5m·s-1 的速率在φ25×2mm的管内流动，进水温度为20℃,出水 温度为40℃。试求水对管壁的传热膜系数。 解：用进出口的平均温度30℃作为定性温度： c =4183 J·K-1·kg-1，ρ=996 kg/m3 μ=8.01×10-4 Pa·s，λ=0.618 W·m-1·K-1 题设：υ=0.5 m·s-1， d=0.021 m 4、沸腾和冷凝时的传热膜系数： （1）沸腾传热 由传热面与液体间的温差不同分为： 泡核沸腾 强烈的泡核沸腾 膜状沸腾 前面讨论的是无相变时的α,沸腾和冷凝是相变过程。 ◆ 沸腾传热时，α值总是较大。 ◆ 对汽泡产生有影响的因素都 对α有影响。 ◆ 对α值的影响因素很多，难以计算，一般都有采用 实验值、经验值。 ◆ 水沸腾传热的α值：1000~30000 W·m-2·K-1 （2）冷凝传热： 滴状冷凝：冷凝液不润湿壁面，而是在壁面上形成 杂乱无章的珠滴，并在重力作用下沿壁 面落下，这种过程称为滴状冷凝。 膜状冷凝：冷凝液润湿壁面而形成平滑的液膜，液 膜在重力作用下聚厚而流下，这种冷凝 称为膜状冷凝。 冷凝传热的传热膜系数比沸腾传热还要大。 发生相变时的α值很大，热阻很小，往往可以忽略。 蒸汽冷凝时，不凝性气体的存在会使α值减小。 膜状冷凝α值：5~15 kW·m-2·K-1 滴状冷凝α值：40~120 kW·m-2·K-1 三、常用的传热膜系数: α值由大到小的顺序 水蒸汽 冷凝 水 沸腾 ＞ 水加热 或冷却 ＞ 油加热 或冷却 ＞ 气体加热 或冷却 ＞ 第四节 热交换的计算 一、总传热方程： 化工生产中最常用到的传热操作是热流体经管壁向冷流体传热的过程。管壁是传导传热，两侧是对流传热。 在定态条件下，Φ1=Φ’=Φ2=Φ,上面三式相加可得： 热流体一侧： 1、总传热方程： 间壁： 冷流体一侧： 对于平面壁，A1= A2 = A 2、平面壁的总传热方程： 其中： W·m-2·K-1 对复合传热壁： 例 夹套反应釜的内径为80cm，釜壁钢板(λ=50W·m-1·k-1)板厚8 mm，衬搪瓷厚3 mm(λ=1.0W·m-1·k-1)夹套通饱和水蒸汽(α=10000 W·m-1·k-1 )加热，水蒸汽温度为120℃，釜内为有机物(α=250 W·m-1·k-1 )，温度为80℃。试求该条件下单位面积传热速率和各热阻占总热阻的百分数。 解：反应釜内径0.8m≈外径0.822m，可近似地按平面壁公 式进行计算： 由题设条件知： δ1=0.008m，λ1= 50W·m-1·k-1 α1=10000W·m-1·k-1，α2= 250W·m-1·k-1 δ2=0.003m, λ2= 1.0W·m-1·k-1 t1=120℃，t2=80℃ 各层热阻所占比例 蒸汽冷凝：1.38% 釜壁：2.20% 搪瓷层：41.32% 有机物侧：55.10% 由计算可见： 蒸汽冷凝的传热膜系数很大，热阻很小。 金属壁的导热系数很大，热阻很小。 热阻主要在搪瓷层和有机物侧。 3、园筒壁的总传热方程： 若传热间壁为园筒壁，则： 热流体 间壁： 冷流体 三式相加得： ◆ 其中 ◆ 若α1α2相差较大，可选α较小的一侧r作rm。 ◆ 若园筒壁是复合壁，则 为 或 ◆ 一般的传热壁都较薄，此时r1≈r2≈rm,则 这也就是平面壁的计算公式。 二、传热系数的大致范围 相对大小： 气气、气液＜液液＜一侧相变＜两侧相变 例 用134℃的饱和水蒸气（304kPa）通入夹套，使沸腾的甲苯气化成甲苯蒸气送往反应器，甲苯沸点为110.6℃ (气化热363.5kJ.kg-1),加热面为1m2，每小时气化200kg甲苯。试求传热系数Ｋ。若保温后尚有10%热损失，试求水蒸气每小时消耗量． 解：热流量根据需要的热量确定： 水蒸汽的凝结热为2.16×103kJ/kg, 水蒸汽消耗量为： 三、传热温差 1、定态恒温传热和定态变温传热： （1）定态的恒温传热 传热壁上的温度不随时间变化，也不随位置变化