化工单元操作传热PPT讲稿.ppt

化工单元操作传热第1页，共45页，编辑于2022年，星期五第一节 概 述一、传热在生产中的应用 强化传热1、传热的应用 削弱传热 设计传热设备2、传热计算问题的应用 计算传热量 减少热损失第2页，共45页，编辑于2022年，星期五二、传热的基本方式1、热传导传热机理：通过分子的热振动传递热量；特 点：分子不发生宏观的位移；2、热对流传热机理：通过流体质点的相对位移传递热量；特 点：流体质点互相混合、碰撞；第3页，共45页，编辑于2022年，星期五 自然对流：由于温度不同导致密度差异而引方式 起的移动；强制对流：由于外力引起的移动；对流传热：流体与固体壁面间的热量传递过程。3、热辐射传热机理：通过发射电磁波的形式向外辐射能量；特 点：传热过程不需要介质；注：实际传热过程中三种方式结合进行。第4页，共45页，编辑于2022年，星期五三、生产中的换热方式1、混合式：冷热两种流体直接混合；特点：传热速度快；适用于：废热回收；2、间壁式：冷热流体通过间壁传递热量；特点：两种流体不直接混合，保持原状态；3、蓄热式第5页，共45页，编辑于2022年，星期五第6页，共45页，编辑于2022年，星期五第7页，共45页，编辑于2022年，星期五四、间壁式换热器传热过程简述1、过程：（1）热流体 对流 间壁；（2）间壁一侧 传导 间壁另一侧；（3）间壁另一侧 对流 冷流体；2、概念：（1）传热速率（热流量）：Q 单位时间内通过传热面的热量，单位为：W。第8页，共45页，编辑于2022年，星期五（2）热通量q 单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位为W/m2。（3）定常传热：传热系统中各点的温度、传热速率、热通量仅随位置改变，不随时间而变的传热过程。特点：同一传热方向上，传热速率是一常量。第9页，共45页，编辑于2022年，星期五 第二节 热传导一、热传导的基本定律1、傅立叶定律其中：称为热导率，w/(m);2、热导率 w/(m);是表示物质导热能力大小的指标，是物质的物性。第10页，共45页，编辑于2022年，星期五（1）固体的导热系数 金属固体非金属固体 金属：T升高，导热系数下降；非金属：T升高，导热系数增加；（2）液体的导热系数 固液 T升高，液体的导热系数略有减小；（3）气体的导热系数 液 气 T升高，气体的导热系数增加。第11页，共45页，编辑于2022年，星期五二、通过平壁的定常热传导1、单层平壁 其中：热阻（与导热系数成反比）热通量：w/m2;例题：见P129。第12页，共45页，编辑于2022年，星期五2、多层平壁(1)公式推导化简后:(2)温差与热阻成正比,热阻大,则温差也大。例题：P130页。第13页，共45页，编辑于2022年，星期五三、圆筒壁的定常热传导1、单层（1）特点：传热面积随半径而变化。（2）公式推导：分变量积分并整理：第14页，共45页，编辑于2022年，星期五变形：其中：说明：Q不随半径而变，但热通量q随r的增大而减 小。第15页，共45页，编辑于2022年，星期五2、多层以三层圆筒壁为例：同样的方法可推导出：同样，各层热阻越大，温差就越大。例题：P132页。第16页，共45页，编辑于2022年，星期五第三节 对流传热一、对流传热基本方程和对流传热系数1、对流传热分析：（1）在流动截面上 存在温度分布；（2）温度差主要集中 在层流底层中。第17页，共45页，编辑于2022年，星期五2、对流传热基本方程 牛顿冷却定律对热流体：对冷流体：其中：反映对流传热程度的大小。t：代表层流内层的厚度，mm；第18页，共45页，编辑于2022年，星期五二、影响对流传热系数的因素1、流体的物性：如导热系数、密度、粘度和比热容cp；2、流体的相态变化；3、流动型态；4、自然对流的影响；5、传热面的形状特征与相对位置；第19页，共45页，编辑于2022年，星期五三、量纲分析法在对流传热中的应用1、无相变化时，对流传热系数的特征关联式2、通过量纲分析的无量纲数为：努塞尔准数 雷诺数 普兰特准数 格拉斯霍夫准数第20页，共45页，编辑于2022年，星期五四、流体无相变化时的对流传热系数1、圆形直管内强制对流其中：当流体被加热时，n=0.4;当流体被冷却时，n=0.3;注：经验公式在使用时注意应用范围、应用条件 等问题。第21页，共45页，编辑于2022年，星期五2、管外强制对流五、流体有相变化时的对流传热系数 膜状冷凝1、蒸汽冷凝 滴状冷凝 自然沸腾2、液体沸腾 核状沸腾 膜状沸腾第22页，共45页，编辑于2022年，星期五第四节 传热计算一、热量衡算1、焓差法热流体：冷流体：2、显热法：热流体：冷流体：第23页，共45页，编辑于2022年，星期五3、潜热法二、传热速率方程其中：K：传热系数，w/(m2.)A：传热面积，m2；A=ndl 传热面积可以是Ai、Am、A0。例题：P148页。第24页，共45页，编辑于2022年，星期五三、传热平均温度差流体的流动方向：并流 逆流错流 折流恒温传热：冷热流体在换热过程温度不变。变温传热：冷热流体只要有一种流体的温度发生 变化。121222112第25页，共45页，编辑于2022年，星期五1、恒温传热2、变温传热：（1）一类：t1=T-t1 t2=T-t2（2）二类：考虑流动方向 并流：t1=T1-t1 t2=T2-t2TtTtTt1Tt2T1t1T2t2第26页，共45页，编辑于2022年，星期五逆流 t1=T2-t1 t2=T1-t2 错流、折流：校正系数可根据R、P值查图：T2t1T1t2第27页，共45页，编辑于2022年，星期五思考题：对于同样的进出口温度，选择什么 样的流型更好？结论：逆流好。原因：1、传质推动力大；2、所需传热介质少；第28页，共45页，编辑于2022年，星期五四、传热系数的计算1、基本公式（1）热流体的对流传热：（2）管壁的热传导：（3）冷流体的对流传热：第29页，共45页，编辑于2022年，星期五化简、整理后得：又因为：所以：其中：A可以取A0、Am、Ai。第30页，共45页，编辑于2022年，星期五常取：基于外表面积下的传热系数K0。考虑污垢热阻：管外壁污垢热阻 管内壁污垢热阻第31页，共45页，编辑于2022年，星期五2、几点说明（1）当传热面为平壁时：（2）当忽略管壁热阻和污垢热阻时：（3）提高K的方法：设法减小起决定性作用的热阻。（4）K值也可以选取经验数据或进行实验测定。第32页，共45页，编辑于2022年，星期五五、传热计算举例 （P157）1、设计型计算：根据已定的生产要求，确定所需换热面积。2、操作型计算：判断已有换热器的面积能否完成指定的生产任务。3、壁温的估算 壁温接近于热阻较小的一侧流体的温度。第33页，共45页，编辑于2022年，星期五六、工业热源与冷源1、热源：电热、饱和水蒸汽、热水、烟道气等。2、冷源：冷水、空气、冷却剂（低温盐水、液氨、液氮）第34页，共45页，编辑于2022年，星期五 第五节 热辐射一、热辐射的基本概念1、热辐射:以电磁场波的形式传递能量的方式。波长范围：0.7620m。2、辐射能：Q；吸收能：QA；吸收率：反射能：QR；反射率：透过能：QD；透过率：第35页，共45页，编辑于2022年，星期五 A+R+D=1 注：不同的物体A、R、D的值不同。固体和液体：D0；单原子和由双原子气体：D 1；3、黑体的辐射能力斯蒂芬-波尔兹曼定律(1)黑体：A=1；(2)黑体的辐射能力：E0；W/m2;0-辐射常数，0=5.6710-8 W/(m2.K4)。第36页，共45页，编辑于2022年，星期五也可写成：C0：黑体辐射系数，为5.67 W/(m2.K4)。3、实际物体的辐射能力(1)黑度：(2)实际物体的辐射能力：常用工业材料的黑度值见P164。第37页，共45页，编辑于2022年，星期五4、灰体的辐射能力和吸收能力-克希荷夫定律(1)灰体：对各种波长具有相同吸收率的理想化物体。A=(2)辐射能：二、两固体间的热辐射总辐射系数，W/(m2.K4)角系数（见P165表4-11）第38页，共45页，编辑于2022年，星期五三、辐射对流联合传热1、对流传热：辐射传热：统一形式：壁面散失的总热量为：第39页，共45页，编辑于2022年，星期五2、辐射对流联合传热系数（1）空气自然对流，TW 5m/s时：第40页，共45页，编辑于2022年，星期五 第六节 换热器 直接接触式换热器 间壁式 蓄热式一、间壁式换热器的类型1、夹套式2、沉浸式蛇管式3、喷淋式蛇管式第41页，共45页，编辑于2022年，星期五第42页，共45页，编辑于2022年，星期五4、套管式换热器5、列管式换热器（1）结构：筒体、管板、列管、封头、折流挡板。（2）概念：管程和壳程 折流挡板（3）种类：固定管板式、浮头式和U形管式。第43页，共45页，编辑于2022年，星期五6、其他高效换热器（1）螺旋板式（2）平板式（3）板翅式（4）翅片管式（5）热管07514第44页，共45页，编辑于2022年，星期五二、列管式换热器的设计（略）三、传热过程的强化 1、增大传热面积 2、增大传热系数 3、增大传热温度差第45页，共45页，编辑于2022年，星期五