传热1.pdf

《传热1.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传热1.pdf（40页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、2012年5月11日 第四章第四章 传热传热 一、传热在工业中的应用一、传热在工业中的应用 二、热源和冷源二、热源和冷源 三、传热的三种基本方式三、传热的三种基本方式 四、两种流体热交换的基本方式四、两种流体热交换的基本方式 五、典型的间壁式换热器及其传热过程五、典型的间壁式换热器及其传热过程 六、传热速率与热通量六、传热速率与热通量 第一节 概述 第一节 概述 2012年5月11日 什么是传热？什么是传热？ 2012年5月11日 什么是传热？什么是传热？ 传热：传热：由热力学第二定律可知，在物系之间或物体内部，只要 存在温度差，就会自动发生从高温处向低温处的热量传递。这种 靠温差为推动力的热

2、量传递现象，是自然界和生产领域中普遍存 在的一种能量传递现象。 热量传递过程简称为传热 （heat transfer)。 热的传递，是自然界和工程技术领域中普遍的一种传递过程。 2012年5月11日 2012年5月11日 一、 传热过程在工业生产中的应用一、 传热过程在工业生产中的应用 加热或冷却 换热 保温 强化传热过程 削弱传热过程 2012年5月11日 一、传热在工业生产中的应用一、传热在工业生产中的应用 1、化工与传热、化工与传热 1）绝大多数带有化学反应的过程工业都要求在一定 的温度下进行，为了使物料达到并保持指定的温 度，就要预先对物料进行加热或冷却，并在过程 中及时取出放出的热量

3、或补充需要吸收的热量。 2012年5月11日 2012年5月11日 2）一些单元操作过程，例如蒸发、蒸馏、干燥 等，需要按一定的速率向设备输入或输出热量。 3）在高温或低温下操作的设备，要求保温，以 减少它们和外界传热。 4）对于废热也需合理的利用与回收。 2012年5月11日 2、工业生产中传热过程的两种情况2、工业生产中传热过程的两种情况 1）强化传热：）强化传热：各种换热设备中的传热。 2）削弱传热：）削弱传热：如对设备和管道的保温，以 减少热损失 2012年5月11日 二、二、热源和冷源热源和冷源 1、热源1、热源 1）电热：1）电热：特点是加热能达到的温度范围广，而且便于控制，使 用

4、方便，比较清洁。但费用比较高 。 2）饱和水蒸汽：2）饱和水蒸汽： 优点：饱和水蒸汽的冷凝温度和压强有一一对应的关系， 调节饱和水蒸汽的压强就可以控制加热温度，使用方便，而 且饱和蒸汽冷凝过程的传热速率快。 缺点：饱和水蒸汽冷凝传热能达到的温度受压强的限制。 2012年5月11日 3）烟道气：3）烟道气： 优点：烟道气的温度可达700以上，可以将物料加热到比 较高的温度。 缺点：传热速度慢，温度不易控制。 4）高温载热体：4）高温载热体： 优点：沸点高（饱和蒸汽压低），化学性质稳定。 2、冷源2、冷源 一般采用水、空气和冷冻盐水等作为冷源。 2012年5月11日 （1）加热剂 工业中常用的有热

5、水(40100)、饱和水蒸汽(100180)、 矿物油或联苯或二苯醚混合物等低熔混合物(180540)、烟道 气(5001000)等；除此外还可用电来加热。 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。 2012年5月11日 （2）冷却剂 工业中常用的有水(2030)、空气、冷冻盐水、 液氨(-33.4)等等。 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，但空气传热速度慢。 2012年5月11日

6、 三、传热的三种基本方式三、传热的三种基本方式 1、热传导 (Heat Conduction)1、热传导 (Heat Conduction) 热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分 或者传递到与之相接触的、温度较低的另一物体的过程称为 热传导，简称导热。 特点：物质间没有宏观位移，只发生在静止物质内 的一种传热方式。 微观机理因物态而异 2012年5月11日 特点：没有物质的宏观位移 气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 固体导电体：自由电子在晶格间的运动 非导体：通过晶格结构的振动来实现的 液体机理复杂 2012年5月11日 2、热对流、热对流 (Heat convection)

7、 流体中质点发生相对位移而引起的热量传递，称为热对 流，对流只能发生在流体中。 强制对流 自然对流 用机械能（泵、风机、搅拌等）使流体发生 对流而传热。 由于流体各部分温度的不均匀分布，形成 密度的差异，在浮升力的作用下，流体发 生对流而传热。 2012年5月11日 3、辐射(Heat Radiation)3、辐射(Heat Radiation) 辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物 体由于热的原因而发出辐射能的过程，称为热 辐射。 辐射传热，不仅是能量的传递，还伴随着能量 形式的转化。 辐射传热不需要任何介质作媒 介，可以在真空中传播。 2012年5月11日 四、四、两种两种流体流体热交换

8、的基本方式热交换的基本方式 1、直接接触式传热1、直接接触式传热 2、蓄热式换热2、蓄热式换热 3、间壁式换热3、间壁式换热 2012年5月11日 四、四、两种流体热交换的基本方式两种流体热交换的基本方式 1、直接接触式传热、直接接触式传热（图图） 直接接触式传热的特点是冷、热两 流体在传热器中以直接混合的方式进行 热量交换，也称混合式换热。 2012年5月11日 2012年5月11日 四、四、两种流体热交换的基本方式两种流体热交换的基本方式 2、蓄热式换热、蓄热式换热 蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。 室中充填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通 过同一室时，就可以通过蓄热室的填料将

9、热流体的 热量传递给冷流体，达到两流体换热的目的。 2012年5月11日 2012年5月11日 2012年5月11日 3、间壁式换热3、间壁式换热（图图） 间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体壁面隔开， 分别在壁面的两侧流动，不相混合，通过固体壁面进行热 量传递。 传热过程可分为三步： 热流体将热量传给固体壁面（对流传热） 热量从壁的热侧传到冷侧（热传导） 热量从壁的冷侧面传给冷流体（对流传热） 壁的面积称为传热面积，是间壁式换热器的基本尺寸。 2012年5月11日 冷流体管壁外侧 管壁外侧管壁内侧 管壁内侧热流体 对流 热传导 对流 )( )( )( 3 2 1 )3( )2( ) 1 (

10、Q Q Q 三、冷热流体通过间壁的传热过程三、冷热流体通过间壁的传热过程 t2 t1 T1 T2 对流对流导热 冷 流 体 Q 热 流 体 2012年5月11日 五、典型的间壁式换热器及其传热过程五、典型的间壁式换热器及其传热过程 1、套管式换热器1、套管式换热器 （图图） 套管式换热器是由两种直径大小不同的直管组 成的同心管，一种流体在内管中流动，另一种流 体在内、外两壁间的环隙中流动，通过内管管壁 进行热量交换。内管壁的表面积即为传热面积。 2012年5月11日 2012年5月11日 2012年5月11日 2、2、列管式换热器（列管式换热器（浮头式、固定管板式图） 列管式换热器由壳体、管束

11、、管板和封头等部件组成。 一种流体由封头的进口管进入器内，流经封头与管板的空 间分配至各管内（称为管程）。通过管束后，从另一端封 头的出口流出换热器。另一种流体则由壳体的接管流入， 在壳体与管束间的空隙流过（称为壳程），从壳体的另一 端接管流出。壳体内往往安装若干块与管束相垂直的折流 挡板。 流体在管束内只通过一次的，称为单程列管式换热器。 2012年5月11日 2012年5月11日 2、列管式换热器2、列管式换热器 若在换热器封头内设置隔板，将管束的全部管 子平均分隔成若干组，流体每次只通过一组管子， 然后折回进入另一组管子，如此往复多次，最后从 封头接管流出换热器。这种换热器称为多管程列管

12、 式换热器。 2012年5月11日 图外浮头图 2012年5月11日 列管式换热器的换热面积为管束管壁的全部表面积。 nSdl= d 管径可分别用管内径di,管外径d0或平均直径dm 来表示。则对应的传热面积分别为管内侧面积Si，外侧 面积S0或平均面积Sm l: 管长n: 管数目 2012年5月11日 稳定传热稳定传热与与不稳定传热不稳定传热 若传热系统中各点的温度仅随位置变化而不随时间变化，则 称这种传热过程为稳定传热过程，稳定传热的特点是通过某传热 表面的传热速率为常量。 若传热系统中的各点温度不仅随位置变化，也随时间变化， 则此传热过程称为不稳定传热。 因为除了间歇生产和连续生产的开停

13、车为不稳定传热外，大 部分情况下的连续生产均为稳定传热，因此本章所讨论的除了另 外有说明的，一般均为稳定传热。 2012年5月11日 六、传热速率与热通量六、传热速率与热通量 传热速率（热流量）（传热速率（热流量）（rate of heat transfer）rate of heat transfer）Q Q 单位时间内通过传热面的热量，单位为w。 热通量（又称为热流密度）热通量（又称为热流密度）( (heat fluxheat flux) ) q q 单位时间内通过单位传热面的热量。单位为w/m2 传热速率与热通量的关系为 dA dQ q = 热阻（阻力） 传热温差（推动力） 传热速率 =

14、传热温差以T 表示，热阻通常以R 或r 表示 T T Qq r R = 2012年5月11日 冷流体管壁外侧 管壁外侧管壁内侧 管壁内侧热流体 对流 热传导 对流 )( )( )( 3 2 1 )3( )2( ) 1 ( Q Q Q 冷热流体通过间壁的传热过程(复习）冷热流体通过间壁的传热过程(复习） t2 t1 T1 T2 对流对流导热 冷 流 体 Q 热 流 体 2012年5月11日 式中 K总传热系数，W/(m2)或W/(m2K)； Q传热速率，W或J/s； A总传热面积，m2； tm两流体的平均温差，或K。 总热阻 总传热推动力 = = KA t tKAQ /1 m m 总传热速率方程

15、： 稳态传热：QQQQ= 321 2012年5月11日 例试计算压力为147.1kN/m2，流量为1500kg/h的饱和水蒸汽 冷凝后并降温至50时所放出的热量。 解（方法1）此题可分成两步计算：一是饱和水蒸汽冷凝成水， 放出潜热；二是水温降至50时所放出的显热。 蒸汽冷凝成水所放出的热量为Q1 查水蒸汽表得： p=147.1kN/m2下 的 水 的 饱 和 温 度 ts=110.7； 汽 化 潜 热 r=2230.1kJ/kg Q1=G1r=1500/3600*2230.1=929kJ/s=929kW 2012年5月11日 水由110.7降温至50时放出的热量Q2 平均温度t=(110.7+50)/2 =80.4 80.4时水的比热cp=4.195kJ/kg Q2=G1cp(ts-t1)=1500/3600*4.195*(110.7-50) =106kJ/s =106kW 共放出热量Q Q=Q1+Q2=929+106=1035kW 2012年5月11日 用焓差法计算(方法2） 查水蒸汽表得：p=147.1kN/m2下饱和水蒸汽的 焓I=2694.43kJ/kg；50水的焓i=209.34kJ/kg 饱和水蒸汽冷凝后并降温至50放出的热量 Q=G1(I-i) =1500/3600*(2694.43-209.34)=1035.5kW