化工基础第二章传热过程

传 热 过 程,从保温说起,第二章 传热过程,第一节 传热基本规律 第二节 传热过程计算 第三节 热交换设备,第二章 传热过程,第一节 传热基本规律,一、传导传热 二、对流传热 三、辐射传热,第一节 传热基本规律,传热速率 Q (W) 为单位时间通过某一截面传递的热量 一、传导传热 傅立叶(Fourier)定律,热通量(密度) 温度梯度 (W/m) (K/m) ：导热系数(W/mK),第一节 传热基本规律,一、传导传热 平面壁定态热传导 例1 求平面壁定态热传导速率的表达式。,定义：热阻 则有,第一节 传热基本规律,一、传导传热 平面壁定态热传导 圆筒壁定态热传导,定义：对数平均半径 则有,第一节 传热基本规律,一、传导传热 平面壁定态热传导 圆筒壁定态热传导 多层壁定态热传导,传热规律小结,平面壁热传导公式是最基本的公式，与傅立叶定律很相似； 圆筒壁热传导可套用上述公式，传热面用对数平均传热面积替代； 一定条件下对数平均值可用算术平均值代替； 多层传热的总热阻等于各层热阻之和；各段温差与其热阻成正比。,第一节 传热基本规律,二、对流传热 对流给热的机理膜模型 湍流核心区域热阻忽略，温度趋于一致； 忽略过渡层，把所有的温度梯度都归于层流底层； 层流膜内符合热传导规律。,第一节 传热基本规律,二、对流传热 牛顿冷却定律,：称为传热(膜)系数或给热系数(W/m2K) 与流动状况、流体性质、流道几何特征、相变与否、及强制对流或自然对流等有关。 对流给热的热阻,第一节 传热基本规律,二、对流传热 强制对流传热系数 定义: Nusselt数 prandtl数,准数关联式 圆管湍流，无相变时强制对流给热 Re10000；Pr =0.7120；L/d50 流体被冷却时：n0.3；流体被加热时：n0.4,给反应器(物料)加热/冷却,给反应器(物料)加热/冷却,蓄热室,第二节 传热过程计算,第二节 传热过程计算,一、总传热速率 二、平均温度差 三、传热计算的题型,第二节 传热过程计算,一、总传热速率 令： K:称为(基于外壁面的)总传热系数,总传热系数的讨论,对于平面壁或薄壁： 一般薄壁热阻可忽略，当 时： 当壁面有污垢时应考虑污垢热阻项b/。,第二节 传热过程计算,二、平均温度差,：称为平均温度差，与两流体的相对流向有关。 当K不是常数时应分段(如:冷却段和冷凝段)计算。,第二节 传热过程计算,二、平均温度差 流体的流向 逆流 并流 错流 折流,第二节 传热过程计算,二、平均温度差 逆流和并流,并流 逆流,并流时，传热面两侧的流体以相同方向流动，其明显特点是出口处冷流体的极限温度必然要低于或至多接近于热流体的出口温度。 逆流时 ， 传热面两侧的流体以相对的方向流动，其明显特点是冷流体出口温度低于或接近于热流体进口温度（但可能高于热流体的出口温度），而热流体的出口温度高于或接近于冷流体的进口温度（可能低于冷流体的出口温度）。 注意！ t1：1端冷热流体的温度差； t2：2端冷热流体的温度差； 可用 T表示热流体换热前后的温降；t表示冷流体换热前后的温升。,第二节 传热过程计算,二、平均温度差 错流和折流,：按逆流计算的平均温度差。,第二节 传热过程计算,三、传热计算的题型,1. 设计型 2. 校核型 例：拟用41.5m3/h的水在换热器中将348K的饱和蒸气全部冷凝。现有成品换热器，已知：K=550W/m2K , A=19m2, 若每小时处理蒸气2815kg，气化热为540kJ/kg，求进出口水温。,认识换热器,换热器分类 按用途：加热器、冷却器、换热器、冷凝器 按方式：间壁式、直接混合式、蓄热式 载热介质 常用：加热：水蒸气；冷却：水 高温：高压蒸气,油,烟道气,熔盐; 空气(冷却) 低温：盐水，液氨,第三节 换热器,第三节 换热器,一、夹套式换热器,二、蛇管式换热器,第三节 换热器,二、蛇管式换热器,第三节 换热器,三、套管式换热器,第三节 换热器,四、列管式换热器,第三节 换热器,四、列管式换热器,第三节 换热器,五、平板式换热器,第三节 换热器,五、平板式换热器,第三节 换热器,六、螺旋板换热器,第三节 换热器,六、螺旋板换热器,第三节 换热器,传热过程的强化,1. 尽量采用逆流操作以增大传热的平均温度差； 2. 提高流速，增加流体的扰动以增大给热差的流体的给热系数；尽可能利用有相变的或给热系数高的载热体；定期清洗换热器，减小管壁的污垢热阻； 3. 采用新型高效换热器尽量增大单位体积的总传热面积；增大给热系数小的一侧的传热面积；若有可能，采用直接接触传热。,七、翅片式换热管/板,第三节 换热器,