化工单元操作传热课件.ppt

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1、LOGO模块四模块四 传热传热LOGO项目一项目一 概述概述一一.传热过程在化工生产中的应用传热过程在化工生产中的应用 传热传热，即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理，即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在的物现象。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递，故在系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递，故在科学技术、工业生产以及日常生活中都涉及许多的传热科学技术、工业生产以及日常生活中都涉及许多的传热过程。过程。化工生产过程与传热关系十分密切。这是因为化工化工生产过程与传热关系十分密切。这是因为化工生产

2、中的很多过程都需要进行加热和冷却。例如，生产中的很多过程都需要进行加热和冷却。例如，LOGO为保证为保证化学反应在一定的温度下进行，就需要向反应器输入或移化学反应在一定的温度下进行，就需要向反应器输入或移出热量；化工生产设备的保温或保冷；生产过程中的热量的合理出热量；化工生产设备的保温或保冷；生产过程中的热量的合理使用以及废热的回收利用，换热网络的综合；蒸发、精馏、吸收、使用以及废热的回收利用，换热网络的综合；蒸发、精馏、吸收、萃取、干燥等单元操作都与传热过程有关。萃取、干燥等单元操作都与传热过程有关。化工生产过程中对传热的要求有两种情况：化工生产过程中对传热的要求有两种情况：（1）强化传热强

3、化传热（2）削弱传热削弱传热LOGO二二.传热的基本方式传热的基本方式 根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即热传导、根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即热传导、对流和辐射。对流和辐射。1.热传导热传导：热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。传热的过程。特点：物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和特点：物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的

4、热量传递。自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递。LOGO2.2.对流传热对流传热：对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。在化工生产中的对流传热，往往是指流体一处的传递现象。在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触时的热量传递。与固体壁面直接接触时的热量传递。由于引起质点发生相对位移的原因不同，可分为由于引起质点发生相对位移的原因不同，可分为自然对自然对流和强制对流流和强制对流。自然对流自然对流：流体原来是静止的，但内部由于：流体原来是静止的，但内部由于温度不同、密度不同，造成流体内部上升下降运动而发生

5、对温度不同、密度不同，造成流体内部上升下降运动而发生对流。流。强制对流强制对流：流体在某种外力的强制作用下运动而发生的：流体在某种外力的强制作用下运动而发生的对流。对流。LOGO3.3.辐射传热：辐射传热：又称为热辐射，是指因热的原因而产生的电磁波在空间又称为热辐射，是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传的传递。物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，又被全部或部分地吸收而变为热能。播，当遇到另一物体时，又被全部或部分地吸收而变为热能。热辐射不仅是能量的转移，而且伴有能量形式的转化。热辐射不仅是能量的转移，而且伴有能量形

6、式的转化。此外，辐射能可以在真空中传播，不需要任何物质作媒介。此外，辐射能可以在真空中传播，不需要任何物质作媒介。LOGO三、典型的传热设备三、典型的传热设备1.间壁式换热器间壁式换热器主要有套管式换热器和列管式换热器主要有套管式换热器和列管式换热器套管式换热器 冷溶液进 冷溶液出 热溶液进热溶液出套管式换热器套管式换热器LOGO列管式换热器列管式换热器 LOGO单程列管式换热器单程列管式换热器 双程列管式换热器双程列管式换热器 1 2 3 3 6 6 5 445 7LOGO间壁式换热器热交换计算方程式间壁式换热器热交换计算方程式Q=KA tm 式中：式中：Q-冷流体吸收或热流体放出的热流量，

7、冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；K-传热系数，传热系数，W/（m2.)A-传热面积，传热面积，m2;tm-平均传热温差，平均传热温差，。上式称传热速率方程式或传热基本方程式。上式称传热速率方程式或传热基本方程式。LOGO2.直接接触式传热直接接触式传热 在这类传热中，冷、热流体在传热设备中通过直接混合的在这类传热中，冷、热流体在传热设备中通过直接混合的方式进行热量交换，又称为混合式传热。方式进行热量交换，又称为混合式传热。优点优点：方便和有效，而且设备结构较简单，常用于热气体：方便和有效，而且设备结构较简单，常用于热气体的水冷或热水的空气冷却。的水冷或热水的空气冷却。缺点缺点：在工艺上必须

8、允许两种流体能够相互混合。：在工艺上必须允许两种流体能够相互混合。3.蓄热式换热蓄热式换热 这种传热方式是冷、热两种流体交替通过同一蓄热室时，这种传热方式是冷、热两种流体交替通过同一蓄热室时，即可通过填料将从热流体来的热量，传递给冷流体，达到即可通过填料将从热流体来的热量，传递给冷流体，达到换热的目的。换热的目的。LOGO优点优点：结构较简单，可：结构较简单，可耐高温，常用于气体的耐高温，常用于气体的余热或冷量的利用。余热或冷量的利用。缺点缺点：由于填料需要蓄：由于填料需要蓄热，所以设备的体积较热，所以设备的体积较大，且两种流体交替时大，且两种流体交替时难免会有一定程度的混难免会有一定程度的混

9、合。合。LOGO四、热载体及其选择四、热载体及其选择热载体：为了将冷流体加热或热流体冷却，必须用另一热载体：为了将冷流体加热或热流体冷却，必须用另一种流体供给或取走热量，此流体称为热载体。起加热作种流体供给或取走热量，此流体称为热载体。起加热作用的热载体称为加热剂；而起冷却作用的热载体称为冷用的热载体称为加热剂；而起冷却作用的热载体称为冷却剂。却剂。（1）加热剂）加热剂 工业中常用的有热水（工业中常用的有热水（40100）、饱和水蒸气）、饱和水蒸气（100180）、矿物油或联苯或二苯醚混合物等低熔）、矿物油或联苯或二苯醚混合物等低熔混合物（混合物（180540）、烟道气（）、烟道气（50010

10、00）等；）等；除此外还可用电来加热。除此外还可用电来加热。LOGO用饱和水蒸汽冷凝放热来加热物料是最常用的加热方法，用饱和水蒸汽冷凝放热来加热物料是最常用的加热方法，其优点是饱和水蒸汽的压强和温度一一对应，调节其压其优点是饱和水蒸汽的压强和温度一一对应，调节其压强就可以控制加热温度，使用方便。其缺点是饱和水蒸强就可以控制加热温度，使用方便。其缺点是饱和水蒸汽冷凝传热能达到的温度受压强的限制。汽冷凝传热能达到的温度受压强的限制。（2）冷却剂）冷却剂 工业中常用的有水（工业中常用的有水（2030）、空气、冷冻盐水、）、空气、冷冻盐水、液氨（液氨（-33.4）等等。）等等。水又可分为河水、海水、井

11、水等，水的传热效果好，应水又可分为河水、海水、井水等，水的传热效果好，应用最为普遍。在水资源较缺乏的地区，宜采用空气冷却，用最为普遍。在水资源较缺乏的地区，宜采用空气冷却，但空气传热速度慢。但空气传热速度慢。LOGO五、稳定传热与不稳定传热五、稳定传热与不稳定传热稳定传热稳定传热：在传热系统中温度分布不随时间而改变的：在传热系统中温度分布不随时间而改变的传热过程称为稳定传热。传热过程称为稳定传热。不稳定传热不稳定传热：在传热系统中温度分布随时间变化的传：在传热系统中温度分布随时间变化的传热过程称为不稳定传热。热过程称为不稳定传热。化工生产过程中的传热多为稳定传热。化工生产过程中的传热多为稳定传

12、热。LOGO第二节第二节 热热 传传 导导一、基本概念和傅立叶定律一、基本概念和傅立叶定律 从微观角度来看，气体、液体、导电固体和非导电固从微观角度来看，气体、液体、导电固体和非导电固体导热机理各有不同。体导热机理各有不同。气体气体-温度不同（能级不同）的分子相互碰撞，使温度不同（能级不同）的分子相互碰撞，使温度较高的分子将热能传递给温度较低的分子，造成热温度较高的分子将热能传递给温度较低的分子，造成热量传递；量传递；液体液体-液体中的分子比气体密集，分子间的作用力液体中的分子比气体密集，分子间的作用力较强，由分子振动的强弱导致热量传递；较强，由分子振动的强弱导致热量传递；LOGO 固体固体-

13、相邻分子的碰撞或电子的迁移导致热量传相邻分子的碰撞或电子的迁移导致热量传递。这种碰撞和迁移，类似于分子运动。递。这种碰撞和迁移，类似于分子运动。在金属中自由电子的扩散运动对于导热起主导作用，在金属中自由电子的扩散运动对于导热起主导作用，即良好的导电体也是良好的导热体。即良好的导电体也是良好的导热体。导热是一种以温度差为推动力的分子传递现象；没导热是一种以温度差为推动力的分子传递现象；没有物质的宏观位移。有物质的宏观位移。1.温度场和等温面温度场和等温面 物体的温度分布是空间和时间的函数，即物体的温度分布是空间和时间的函数，即 t=f(x、y、z、)LOGO 温度场：某一瞬间空间中各点的温度分布

14、。温度场：某一瞬间空间中各点的温度分布。稳定温度场是指在温度场内各点的温度分布不稳定温度场是指在温度场内各点的温度分布不随时间而改变；不稳定温度场是指在温度场内各随时间而改变；不稳定温度场是指在温度场内各点的温度分布随时间而改变。点的温度分布随时间而改变。等温面：同一瞬间，具有相同温度各点组成的等温面：同一瞬间，具有相同温度各点组成的面称为等温面。温度不同的等温面彼此不会相交。面称为等温面。温度不同的等温面彼此不会相交。LOGO2.温度梯度温度梯度 沿等温面法线方沿等温面法线方向的温度变化率称向的温度变化率称为温度梯度。为温度梯度。LOGO3.傅立叶定律傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律

15、，表示传导的热流量傅立叶定律是热传导的基本定律，表示传导的热流量和温度梯度以及垂直于热流方向的截面积成正比，即：和温度梯度以及垂直于热流方向的截面积成正比，即：4.热导率热导率热导率热导率定义由傅立叶定律给出：定义由傅立叶定律给出：一般金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体的较一般金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体的较小，而气体的最小。小，而气体的最小。LOGO物质热导率的大致范围物质热导率的大致范围 物质种类物质种类 热导率热导率纯金属纯金属金属合金金属合金液态金属液态金属非金属固体非金属固体非金属液体非金属液体绝热材料绝热材料气体气体 1001400 50500303000.055

16、00.550.0510.0050.5 LOGO（1）固体的热导率）固体的热导率对于固体对于固体:金属金属 t ,（高合金钢例外）高合金钢例外）非金属非金属 t ,（冰例外）冰例外）多数匀质固体多数匀质固体 和和t有如下关系：有如下关系：式中式中 t时的热导率，时的热导率，W/(m)或或W/(mK)；0 0时的导热系数，时的导热系数，W/(m)或或W/(mK)；a 温度系数，对大多数金属材料为负值（温度系数，对大多数金属材料为负值（a 0）。）。LOGO（2）液体的导热系数）液体的导热系数 对于液体对于液体:t，（水、甘油例外）水、甘油例外）LOGO（3）气体的热导率）气体的热导率对于气体对于气

17、体:t，1-水蒸气水蒸气 2-氧氧 3-二氧化碳二氧化碳 4-空气空气 5-氮氮 6-氩氩 LOGO二、平壁的稳定热传导二、平壁的稳定热传导1.单层平壁的稳定热传导单层平壁的稳定热传导假假设设：(1)平平壁壁内内温温度度只只沿沿x方方向向变变化化，y和和z方方向向上上无无温温度度变变化化，即即这这是一维温度场。是一维温度场。(2)各点的温度不随时间而变，各点的温度不随时间而变，稳定的温度场。稳定的温度场。导热系数为常数，对于稳态的一导热系数为常数，对于稳态的一维平壁热传导，傅立叶定律可写为：维平壁热传导，傅立叶定律可写为：LOGO过程传递速率过程传递速率=传热推动力传热推动力/阻力阻力平壁内的

18、温度分布：平壁内的温度分布：边界条件为：当边界条件为：当x=0时，时，t=t1；x=b时，时，t=t2。积分得：积分得：沿壁厚方向温度分布为一直线。沿壁厚方向温度分布为一直线。LOGO二、多层平壁的稳定热传导二、多层平壁的稳定热传导 工业上常遇到由多层不同材工业上常遇到由多层不同材料组成的平壁料组成的平壁,称为多层平壁称为多层平壁,如图所示如图所示.假设层与层之间接触假设层与层之间接触良好良好,即接触的两表面温度相同即接触的两表面温度相同.由于各等温面的温度保持恒定由于各等温面的温度保持恒定,仍为一维稳态导热仍为一维稳态导热,通过各层的通过各层的热流量均等于热流量均等于Q,则则:LOGO推广到

19、至推广到至n层层LOGO例例1：某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成：耐火：某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成：耐火砖砖 b1=230mm，1=1.05W/(m)；绝热砖绝热砖 b2=230mm，2=0.151W/(m)；普通砖普通砖 b3=240mm，3=0.93W/(m)。若已知耐火砖内侧温度为若已知耐火砖内侧温度为1000，耐火砖与绝热砖接触处的温度为，耐火砖与绝热砖接触处的温度为940，而，而绝热砖与普通砖接触处的温度不超过绝热砖与普通砖接触处的温度不超过138，试问：，试问：（1）绝热层需几块绝热砖？（）绝热层需几块绝热砖？（2）普通砖外侧温度）普通砖外侧温度为若干。为若干。LOGO解

20、：解：q=1(t1-t2)/b1=1.05(1000-940)/0.23=273.9(W/m2)q=2(t2-t3)/b2 b2=2(t2-t3)/q=0.151(940-138)/273.4=0.442(m)0.442/0.23=1.9 所以需要所以需要2块绝热砖块绝热砖t4=34.9LOGO三、三、圆筒壁的稳定热传导圆筒壁的稳定热传导 1.单层圆筒壁的稳定热传导单层圆筒壁的稳定热传导 对于单层圆筒壁的傅立叶定律改写对于单层圆筒壁的傅立叶定律改写为：为：边界条件为：边界条件为：r=r1,t=t1;r=r2,t=t2 LOGO上式可改写为：上式可改写为：其中其中Sm为对数平均面积为对数平均面积

21、 LOGO对于多层圆筒壁：对于多层圆筒壁：2.多层圆筒壁的稳定热传导多层圆筒壁的稳定热传导 LOGO注意：注意：Q恒定，但恒定，但 q 是变化的，故有是变化的，故有 例例2：有一蒸汽管外径为：有一蒸汽管外径为50mm，管外包以两层保温材管外包以两层保温材料，每层厚度均为料，每层厚度均为25mm，外层与内层保温材料的导外层与内层保温材料的导热系数之比为热系数之比为2/1=4，此时的热损失为此时的热损失为Q。现将内、现将内、外两层材料互换位置，且设管外壁与保温层外表面的外两层材料互换位置，且设管外壁与保温层外表面的温度均不变，则热损失为温度均不变，则热损失为Q。求求Q/Q，并说明何种材并说明何种材

22、料放在里层为好。料放在里层为好。LOGO解：设管外壁与保温层外表面的温度分别为解：设管外壁与保温层外表面的温度分别为t1 和和t2 r1=0.025m，r2=0.05m，r3=0.075m Q/Q=1.44因此将保温性好的材料，即导热系数小的材料放在因此将保温性好的材料，即导热系数小的材料放在里层为好里层为好 LOGO第三节对流传热第三节对流传热一、对流传热方程一、对流传热方程对流传热分析对流传热分析根据流体在传热过程中的状态对流传热可分为：（根据流体在传热过程中的状态对流传热可分为：（1）流体无）流体无相变的对流传热：强制对流传热、自然对流传热；（相变的对流传热：强制对流传热、自然对流传热；

23、（2）流体流体有相变的对流传热：蒸气冷凝、液体沸腾。有相变的对流传热：蒸气冷凝、液体沸腾。对流传热对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动状况密切相关。实质上对传热仅发生在流体中，与流体的流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的流传热是流体的对流对流与与导热导热两者共同作用的结果。两者共同作用的结果。LOGO流体在平壁上流过时，流体和壁面间将进行换热，引流体在平壁上流过时，流体和壁面间将进行换热，引起壁面法向方向上温度分布的变化，形成一定的温度起壁面法向方向上温度分布的变化，形成一定的温度梯度，近壁处，

24、流体温度发生显著变化的区域，称为梯度，近壁处，流体温度发生显著变化的区域，称为热边界层或温度边界层。热边界层或温度边界层。湍流流动热边界层与流动边界层关系：湍流流动热边界层与流动边界层关系：湍流区：质点相互混合交换热量，湍流区：质点相互混合交换热量，t 小。小。缓冲层：质点混合，分子运动共同作用，温度变化平缓冲层：质点混合，分子运动共同作用，温度变化平缓。缓。层流内层：导热为主，热阻大，温差大。层流内层：导热为主，热阻大，温差大。LOGO(a)流体被平壁加热流体被平壁加热(b)流体被平壁冷却流体被平壁冷却 LOGO2.对流传热方程对流传热方程-牛顿冷却定律牛顿冷却定律 对流传热大多是指流体与固

25、体对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密与流体性质及边界层的状况密切相关。如图在靠近壁面处引切相关。如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层中。温度差主要集中在层流底层中。假设流体与壁面的温度假设流体与壁面的温度差全部集中在厚度为差全部集中在厚度为1的有效膜内，该膜既不是热边的有效膜内，该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部界层，也非流动边界层，而是一集中了全部LOGO传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。对流传热速率方传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。对流传热

26、速率方程可用程可用牛顿冷却定律牛顿冷却定律来描述，该定律是一个实验定律：来描述，该定律是一个实验定律：对流传热过程的计算，归结为如何获取对流传热过程的计算，归结为如何获取 。一般由实一般由实验测定，采用科学的试验方法。验测定，采用科学的试验方法。LOGO二、对流传热系数二、对流传热系数1.影响对流传热系数的主要因素影响对流传热系数的主要因素（1）流动状态的影响流动状态的影响Re 层流底层薄，层流底层薄，,Re 动力消耗大。动力消耗大。（2）强制对流和自然对流的影响）强制对流和自然对流的影响 强制对流：外部机械作功强制对流：外部机械作功,一般一般u较大，故较大，故 较大。较大。自然对流：依靠流体

27、自身密度差造成的循环过程自然对流：依靠流体自身密度差造成的循环过程,一一般般u较小，较小，也较小。也较小。LOGO（3）流体物性的影响）流体物性的影响 的影响的影响：,的影响的影响：,Re,Cp的影响的影响：Cp ,Cp单位体积流体的热容量大，则单位体积流体的热容量大，则 较较大。大。的影响的影响:Re（4）传热面条件的影响）传热面条件的影响 不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离，不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离，产生旋涡，增加湍动，使增大。产生旋涡，增加湍动，使增大。定型尺寸：对表面传热系数有决定性影响的特征尺寸。定型尺寸：对表面传热系数有决定性影响的特征尺寸。LOG

28、O（5）相变化的影响）相变化的影响一般情况下，有相变化时表面传热系数较大，机理一般情况下，有相变化时表面传热系数较大，机理各不相同，复杂。各不相同，复杂。对流传热的分类：对流传热的分类：无相变化传热无相变化传热:强制对流强制对流 自然对流自然对流 有相变传热有相变传热:蒸汽冷凝蒸汽冷凝 液体沸腾液体沸腾 LOGO2.流体无相变化时的对流传热系数流体无相变化时的对流传热系数 利用因次分析的方法可获得描述对流传热的几个重要利用因次分析的方法可获得描述对流传热的几个重要的特征数：的特征数：努塞尔数努塞尔数:雷诺数雷诺数:LOGO普朗特数普朗特数:格拉斯霍夫格拉斯霍夫数:l-传热面得特征尺寸，可以是管

29、内径或外径，或平板传热面得特征尺寸，可以是管内径或外径，或平板的高度等，的高度等，m；t-流体与壁面间的温度差，流体与壁面间的温度差，K;-流体的体积膨胀系数，流体的体积膨胀系数，1/K;g-重力加速度，重力加速度，m/s2.LOGO 雷诺数雷诺数:惯性力和粘滞力的比值，反映流动状态对惯性力和粘滞力的比值，反映流动状态对的影响。的影响。普兰特数普兰特数:该公式反映了热扩散和动量扩散的相互关系，反应与该公式反映了热扩散和动量扩散的相互关系，反应与传热有关的流体物性。传热有关的流体物性。格拉斯霍夫格拉斯霍夫数:（又称升浮力数）（又称升浮力数）:反映自然对流程度的特征数。反映自然对流程度的特征数。特

30、征数的物理意义特征数的物理意义:努塞尔数努塞尔数:表示对流传热的特征数。表示对流传热的特征数。LOGO使用关联式，应使用关联式，应注意注意以下四点：以下四点：应用范围应用范围 实验范围是有限的，准数关联式的使用范围也实验范围是有限的，准数关联式的使用范围也就是有限的。就是有限的。特征尺寸特征尺寸 它是代表换热面几何特征的长度量，通常选取它是代表换热面几何特征的长度量，通常选取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。定性温度定性温度 由于沿流动方向流体温度的逐渐变化，在处理由于沿流动方向流体温度的逐渐变化，在处理实验数据时就要取一个有代表性的温度以确定物性参数

31、的实验数据时就要取一个有代表性的温度以确定物性参数的数值，这个确定物性参数数值的温度称为定性温度。数值，这个确定物性参数数值的温度称为定性温度。LOGO定性温度的取法：定性温度的取法：a.流体进出口温度的平均值流体进出口温度的平均值tm=（t2+t1）/2；b.膜温膜温t=（tm+tW）/2。计量单位计量单位（1）流体在管内强制对流时的对流传热系数）流体在管内强制对流时的对流传热系数 圆形直管内强制湍流时的对流传热系数圆形直管内强制湍流时的对流传热系数 LOGO或：或：注意：注意：1.当流体被加热当流体被加热 n=0.4，当流体被冷却当流体被冷却 n=0.3；2.特性尺寸取管子内径特性尺寸取管

32、子内径d；3.定性温度取流体进、出口温度的算术平均值。定性温度取流体进、出口温度的算术平均值。应用范围：应用范围：1.Re100002.0.7Pr120LOGO3.L/d内内 60,当当L/d 100002.0.7Pr104Pr=cp/=1.81030.4510-3/0.14=5.79因为因为Re104，0.6Pr60，210-3Pa.s，故可用管内强制湍流公式故可用管内强制湍流公式 LOGO=1260W/(m2.）当苯的流量增加当苯的流量增加50%时，表面传热系数时，表面传热系数 i为：为：LOGO（2）流体有相变化时的对流传热系数流体有相变化时的对流传热系数蒸气冷凝时的对流传热系数蒸气冷凝

33、时的对流传热系数蒸气与低于其饱和温度的冷壁接触时，将凝结为液体，蒸气与低于其饱和温度的冷壁接触时，将凝结为液体，释放出气化热。释放出气化热。蒸气冷凝进行加热的优点：蒸气冷凝进行加热的优点：a.具有恒定的温度，操作时易于控制；具有恒定的温度，操作时易于控制；b.表面传热系数大。表面传热系数大。LOGO蒸气冷凝方式：蒸气冷凝方式：膜状冷凝：膜状冷凝：若冷凝液能润湿壁面，形成一层完整的液膜若冷凝液能润湿壁面，形成一层完整的液膜布满液面并连续向下流动。布满液面并连续向下流动。滴状冷凝：滴状冷凝：若冷凝液不能很好地润湿壁面，仅在其上凝若冷凝液不能很好地润湿壁面，仅在其上凝结成小液滴，此后长大或合并成较大

34、的液滴而脱落。结成小液滴，此后长大或合并成较大的液滴而脱落。凝液润湿壁面的能力取决于凝液润湿壁面的能力取决于其表面张力其表面张力和对壁面的和对壁面的附着附着力大小力大小。若附着力大于表面张力则会形成膜状冷凝，反。若附着力大于表面张力则会形成膜状冷凝，反之，则形成滴状冷凝。通常滴状冷凝的表面传热系数比之，则形成滴状冷凝。通常滴状冷凝的表面传热系数比膜状冷凝的表面传热系数大膜状冷凝的表面传热系数大510倍。但滴状冷凝难于控倍。但滴状冷凝难于控制，工业上大多是膜状冷凝。制，工业上大多是膜状冷凝。LOGO影响冷凝传热的因数影响冷凝传热的因数a.不凝性气体的影响不凝性气体的影响 实际上，工业用蒸气不可能

35、绝对纯，其中总会有微量的实际上，工业用蒸气不可能绝对纯，其中总会有微量的不凝性气体。在连续运转过程中，不凝性气体将在冷凝空不凝性气体。在连续运转过程中，不凝性气体将在冷凝空间积聚。不凝性气体附在壁上形成气膜，使热阻增加，导间积聚。不凝性气体附在壁上形成气膜，使热阻增加，导致表面传热系数大幅度下降。当蒸气中含有致表面传热系数大幅度下降。当蒸气中含有1%空气时，冷空气时，冷凝表面传热系数降低约凝表面传热系数降低约60%。因此在各种与蒸气冷凝有关。因此在各种与蒸气冷凝有关的换热装置中，为减少不凝性气体的不良影响，都设有排的换热装置中，为减少不凝性气体的不良影响，都设有排放口，定期排放不凝性气体。沸点

36、相差较大的多组分混合放口，定期排放不凝性气体。沸点相差较大的多组分混合物蒸气的部分冷凝，与纯蒸气的冷凝有显著差异，遵循不物蒸气的部分冷凝，与纯蒸气的冷凝有显著差异，遵循不同的规律，表面传热系数也较纯蒸气冷凝为小。同的规律，表面传热系数也较纯蒸气冷凝为小。LOGOb.蒸气流速和流向的影响蒸气流速和流向的影响 当蒸气的流速不大时，蒸气与冷凝液膜之间的作用力当蒸气的流速不大时，蒸气与冷凝液膜之间的作用力可以忽略，因而可忽略蒸气的影响，但当蒸气流速较大可以忽略，因而可忽略蒸气的影响，但当蒸气流速较大时，即会影响液膜的流动和传热。若蒸气和液膜流向相时，即会影响液膜的流动和传热。若蒸气和液膜流向相同，蒸气

37、将加速冷凝液的流动，使液膜厚度减小，结果同，蒸气将加速冷凝液的流动，使液膜厚度减小，结果冷凝表面传热系冷凝表面传热系数增大。反之，若蒸气与冷凝液逆向数增大。反之，若蒸气与冷凝液逆向流动时，则流动时，则减小；若蒸气流速很大可冲散液膜使部分减小；若蒸气流速很大可冲散液膜使部分壁面直接暴露于蒸气中，反而增大。通常，蒸气入口设壁面直接暴露于蒸气中，反而增大。通常，蒸气入口设在换热器的上部，避免蒸气和冷凝液逆向流动在换热器的上部，避免蒸气和冷凝液逆向流动 LOGOc.蒸气过热的影响蒸气过热的影响 过热蒸气与固体表面的传热过程中，当壁温过热蒸气与固体表面的传热过程中，当壁温Tw高于蒸气饱高于蒸气饱和温度时

38、，壁面上无冷凝发生，此时的传热过程与普通的和温度时，壁面上无冷凝发生，此时的传热过程与普通的对流传热完全相同。若壁温低于蒸气的饱和温度，则不论对流传热完全相同。若壁温低于蒸气的饱和温度，则不论蒸气过热与否，壁面上必有冷凝。因此，通常可把过热蒸蒸气过热与否，壁面上必有冷凝。因此，通常可把过热蒸气做饱和蒸气处理，本节给出的计算公式依然适用。气做饱和蒸气处理，本节给出的计算公式依然适用。d.冷凝面的高度及布置方式冷凝面的高度及布置方式 LOGO(2)液体沸腾时的对流传热系数液体沸腾时的对流传热系数 沸腾传热最主要的特征是液体内部有气泡产生。按设备沸腾传热最主要的特征是液体内部有气泡产生。按设备的尺寸

39、和形状可分为：的尺寸和形状可分为：大容积饱和沸腾大容积饱和沸腾（池式沸腾）（池式沸腾）：将加热器或加热表面浸将加热器或加热表面浸没在液层中，在加热壁面形成的气泡长大到一定尺寸后，没在液层中，在加热壁面形成的气泡长大到一定尺寸后，脱离壁面，自由上浮，至液层表面逸出。脱离壁面，自由上浮，至液层表面逸出。强制对流沸腾（管内沸腾）：强制对流沸腾（管内沸腾）：液体在管内或沿一加热表面液体在管内或沿一加热表面强制流动的同时，被加热沸腾。管内沸腾时壁面形成的气强制流动的同时，被加热沸腾。管内沸腾时壁面形成的气泡不能自由浮动，而是和液体混杂在一起强制流动，产生泡不能自由浮动，而是和液体混杂在一起强制流动，产生

40、复杂的两相流，沸腾和流动两种现象相互影响，因此管内复杂的两相流，沸腾和流动两种现象相互影响，因此管内沸腾要比大容积饱和沸腾复杂。沸腾要比大容积饱和沸腾复杂。LOGO沸腾曲线沸腾曲线 AB，自然对流传热，自然对流传热，无汽泡产生。无汽泡产生。BC，核状沸腾，核状沸腾，t 汽泡数汽泡数，。但另一方面，气膜覆盖，又使但另一方面，气膜覆盖，又使，当两者作用相抵消，当两者作用相抵消，达达C点（临界点）点（临界点）临界值：临界值：t、q、Q CD，核状膜状共存，膜复盖为主，核状膜状共存，膜复盖为主，t,DEF，稳态膜状沸腾，稳定的膜复盖，稳态膜状沸腾，稳定的膜复盖，t,，而后而后辐射作用加强，辐射作用加强

41、，t，。LOGO沸腾传热的影响因素沸腾传热的影响因素 温度差的影响温度差的影响 温度差是控制沸腾传热的重要参数，应尽量在核状温度差是控制沸腾传热的重要参数，应尽量在核状沸腾阶段进行操作。沸腾阶段进行操作。操作压力的影响操作压力的影响 提高沸腾压力相当于提高液体的饱和温度，使液体提高沸腾压力相当于提高液体的饱和温度，使液体的表面张力和粘度均下降，有利于气泡的形成和脱离，的表面张力和粘度均下降，有利于气泡的形成和脱离，强化了沸腾传热。在相同的壁面过热度下，提高压力强化了沸腾传热。在相同的壁面过热度下，提高压力和热流密度和热流密度q都增大。都增大。LOGO液体物性的影响液体物性的影响加热面的影响加热

42、面的影响 加热壁面的材料和粗糙度对沸腾传热有重要的影响。加热壁面的材料和粗糙度对沸腾传热有重要的影响。一般新的或清洁的加热面，一般新的或清洁的加热面，较高。当壁面被油脂玷污较高。当壁面被油脂玷污后，会使后，会使 急剧下降。壁面愈粗糙，气化核心愈多，愈急剧下降。壁面愈粗糙，气化核心愈多，愈有利于沸腾传热。此外，加热面的布置情况，对沸腾传有利于沸腾传热。此外，加热面的布置情况，对沸腾传热也有明显的影响。例如在水平管束外沸腾时，其上升热也有明显的影响。例如在水平管束外沸腾时，其上升气泡会覆盖上方管的一部分加热面，导致平均气泡会覆盖上方管的一部分加热面，导致平均 下降。下降。人有了知识，就会具备各种分

43、析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。