4.1-传热概述及热传导.pptx

《化工原理》第4章 传热4.1 传热概述及热传导新课导入热传递3种方式热传导热对流热辐射热量传递可以依靠其中的一种方式或几种方式同时进行，净的热流方向总是从高温处向低温处流动。4.1.1 传热的三种基本方式热传导 若物体各部分之间借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动传递热量的过程为热传导(又称导热)。条件：系统两部分之间存在温度差。特点：静止物体的传热方式，没有物质的宏观位移。 物质的三态（固液气）均可以充当热传导的介质，但热传导的机理因物质种类不同而异。金属棒T1T24.1.1 传热的三种基本方式金属固体：热传导起因于自由电子的扩散运动；T1＞T2不良导体的固体和大部分液体热传导是通过晶格结构的振动，即原子、分子在平衡位置附近的振动来实现的；气体：热传导则是由于分子不规则热运动而引起的。热传导不能在真空中进行。导热：固体中 热传递的主要方式 液体中 并不显著4.1.1 传热的三种基本方式热对流流体质点在传热方向上的相对运动来实现热量传递的过程，简称对流。实质：流体的质点携带着热能在不断的流动中，把热能给出或吸入的过程。分类：根据对流产生的原因分为强制对流、自然对流。强制对流：若相对运动是由外力作用引起的。自然对流：相对运动是由于流体内部各部分温度的不同而产生密度的差异，使流体质点发生相对运动的。?往往伴有热传导4.1.1 传热的三种基本方式说明：热对流仅发生在流体中，即气体和液体；而且必然伴有热传导现象。同一种流体中可能同时发生自然对流和强制对流；化工过程中，流体流过固体表面时的传热是包含了热传导和热对流的联合过程，称对流传热； 对流传热与流体流动状况密切相关。高温物体辐射能低温物体4.1.1 传热的三种基本方式热辐射 因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。热辐射的特点： ①不需要任何介质，可以在真空中传播； ②不仅有能量的传递，而且还有能量形式的转移；③辐射传热是物体间相互辐射和吸收能量的结果。④任何物体只要在热力学温度零度以上，都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高时，热辐射才能成为主要的传热方式。4.1.1 传热的三种基本方式三种传热的比较热传导热对流热辐射传热原因微观粒子的热运动、碰撞、振动流体质点的位移和混合电磁波传递能量，物体本身有一定温度传热对象固液气流体之间固液气宏观表现无物质的宏观位移有物质的宏观位移物体温度很高时，有能量转移实例金属传导不能在真空中进行空气对流红外辐射能在真空中进行壁面冷热传导对流对流4.1.1 传热的三种基本方式联合传热 实际上，三种传热方式，很少单独存在，而是两种或两种以上的传热联合作用。1. 热传导+热对流 → 对流传热例如：化工生产中冷、热流体通过间壁式换热器的热交换 冷热流体的对流传热 通过固体壁面的热传导 本章重点：对流传热的基本原理，应向对流传热的因素及有关计算2. 对流传热+辐射例如：温度很高的他、反应釜的外壁间壁两侧流体传热4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式直接接触式换热蓄热式换热接触方式间壁式换热4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式直接接触式特点：是依靠热流体和冷流体直接接触和混合过程实现的。优点：传热面积大，传热效率高，设备简单典型设备：如凉水塔、喷洒式冷却塔、混合式冷凝器适用范围：无价值的蒸气冷凝，或其冷凝液不要求是纯粹的物料等，允许冷热两流体直接接触混合的场合。 混合式冷凝器4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式蓄热式换热低温流体特点：冷热两流体间的热量是通过壁面周期性的加热和冷却来实现的。传热方式：首先热流体流过蓄热器中固体壁面，用热流体将固体填充物加热，然后停止热流体，使冷流体流过固体表面，用固体填充物所积蓄的热量加热冷流体。蓄热体高温流体适用范围：一般气体介质之间，使用不多。热流体冷流体间壁对流 传导 对流4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式间壁式换热特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开，在换热过程中，两种流体互不接触，热量由热流体通过间壁传给冷流体。优点：传热速度较快，适用范围广，热量的综合利用和回收便利。缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。设备：套管式换热器、列管式换热器适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。热流体T1热流体T1t2t2冷流体t1冷流体t1T2T24.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式套管换热器(最简单的一种)传热面A：内管壁的表面积列管换热器传热面A: 为壳内所有管束壁的表面积 4.1.3 传热过程传热速率和热通量热负荷Q根据工艺要求，同种流体需要温升或温降时，吸收或放出的热量。传热速率Q（热流量）单位时间内通过传热面的热量， 表征换热器的生产能力，W。热流密度（热通量）单位时间单位面积传递的热量，W/m2，热通量是反映传热强度的指标，又称为热流强度