化工單元操作傳熱

化工單元操作傳熱第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述一、傳熱在生產(chǎn)中的應(yīng)用強(qiáng)化傳熱1、傳熱的應(yīng)用削弱傳熱設(shè)計(jì)傳熱設(shè)備2、傳熱計(jì)算問題的應(yīng)用計(jì)算傳熱量減少熱損失第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、傳熱的基本方式1、熱傳導(dǎo)傳熱機(jī)理：通過分子的熱振動(dòng)傳遞熱量；特點(diǎn)：分子不發(fā)生宏觀的位移；2、熱對(duì)流傳熱機(jī)理：通過流體質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移傳遞熱量；特點(diǎn)：流體質(zhì)點(diǎn)互相混合、碰撞；

第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月自然對(duì)流：由于溫度不同導(dǎo)致密度差異而引

方式起的移動(dòng)；

強(qiáng)制對(duì)流：由于外力引起的移動(dòng)；

對(duì)流傳熱：流體與固體壁面間的熱量傳遞過程。

3、熱輻射傳熱機(jī)理：通過發(fā)射電磁波的形式向外輻射能量；特點(diǎn)：傳熱過程不需要介質(zhì)；注：實(shí)際傳熱過程中三種方式結(jié)合進(jìn)行。第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三、生產(chǎn)中的換熱方式1、混合式：冷熱兩種流體直接混合；特點(diǎn)：傳熱速度快；適用于：廢熱回收；2、間壁式：冷熱流體通過間壁傳遞熱量；特點(diǎn)：兩種流體不直接混合，保持原狀態(tài)；3、蓄熱式第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月四、間壁式換熱器傳熱過程簡述1、過程：（1）熱流體對(duì)流間壁；（2）間壁一側(cè)傳導(dǎo)間壁另一側(cè)；（3）間壁另一側(cè)對(duì)流冷流體；2、概念：（1）傳熱速率（熱流量）：Q

單位時(shí)間內(nèi)通過傳熱面的熱量，單位為：W。第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）熱通量q單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積所傳遞的熱量，單位為W/m2。（3）定常傳熱：傳熱系統(tǒng)中各點(diǎn)的溫度、傳熱速率、熱通量僅隨位置改變，不隨時(shí)間而變的傳熱過程。特點(diǎn)：同一傳熱方向上，傳熱速率是一常量。第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)熱傳導(dǎo)一、熱傳導(dǎo)的基本定律1、傅立葉定律其中：λ稱為熱導(dǎo)率，w/(m．℃);2、熱導(dǎo)率w/(m．℃);是表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力大小的指標(biāo)，是物質(zhì)的物性。第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）固體的導(dǎo)熱系數(shù)

λ金屬固體>λ非金屬固體

金屬：T升高，導(dǎo)熱系數(shù)下降；非金屬：T升高，導(dǎo)熱系數(shù)增加；（2）液體的導(dǎo)熱系數(shù)

λ固>λ液T升高，液體的導(dǎo)熱系數(shù)略有減??；（3）氣體的導(dǎo)熱系數(shù)

λ液>λ氣T升高，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)增加。第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、通過平壁的定常熱傳導(dǎo)1、單層平壁其中：熱阻（與導(dǎo)熱系數(shù)成反比）熱通量：

w/m2;

例題：見P129。

第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、多層平壁(1)公式推導(dǎo)化簡后:(2)溫差與熱阻成正比,熱阻大,則溫差也大。例題：P130頁。

第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三、圓筒壁的定常熱傳導(dǎo)1、單層（1）特點(diǎn)：傳熱面積隨半徑而變化。（2）公式推導(dǎo)：分變量積分并整理：第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月變形：其中：說明：Q不隨半徑而變，但熱通量q隨r的增大而減小。

第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、多層以三層圓筒壁為例：同樣的方法可推導(dǎo)出：同樣，各層熱阻越大，溫差就越大。例題：P132頁。第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)對(duì)流傳熱一、對(duì)流傳熱基本方程和對(duì)流傳熱系數(shù)1、對(duì)流傳熱分析：（1）在流動(dòng)截面上存在溫度分布；（2）溫度差主要集中在層流底層中。

第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、對(duì)流傳熱基本方程牛頓冷卻定律對(duì)熱流體：對(duì)冷流體：其中：反映對(duì)流傳熱程度的大小。

δt：代表層流內(nèi)層的厚度，mm；第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素1、流體的物性：如導(dǎo)熱系數(shù)λ、密度ρ、粘度μ和比熱容cp；2、流體的相態(tài)變化；3、流動(dòng)型態(tài)；4、自然對(duì)流的影響；5、傳熱面的形狀特征與相對(duì)位置；第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三、量綱分析法在對(duì)流傳熱中的應(yīng)用1、無相變化時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)的特征關(guān)聯(lián)式2、通過量綱分析的無量綱數(shù)為：努塞爾準(zhǔn)數(shù)雷諾數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月四、流體無相變化時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)

1、圓形直管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流其中：當(dāng)流體被加熱時(shí)，n=0.4;

當(dāng)流體被冷卻時(shí)，n=0.3;注：經(jīng)驗(yàn)公式在使用時(shí)注意應(yīng)用范圍、應(yīng)用條件等問題。第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、管外強(qiáng)制對(duì)流五、流體有相變化時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)

膜狀冷凝1、蒸汽冷凝滴狀冷凝自然沸騰2、液體沸騰核狀沸騰膜狀沸騰第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)傳熱計(jì)算一、熱量衡算1、焓差法熱流體：冷流體：2、顯熱法：熱流體：冷流體：第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3、潛熱法二、傳熱速率方程其中：K：傳熱系數(shù)，w/(m2.℃)A：傳熱面積，m2；A=nπdl傳熱面積可以是Ai、Am、A0。例題：P148頁。第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三、傳熱平均溫度差流體的流動(dòng)方向：并流逆流錯(cuò)流折流恒溫傳熱：冷熱流體在換熱過程溫度不變。變溫傳熱：冷熱流體只要有一種流體的溫度發(fā)生變化。121222112第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1、恒溫傳熱

2、變溫傳熱：（1）一類：

Δt1=T-t1

Δt2=T-t2

（2）二類：考慮流動(dòng)方向并流：

Δt1=T1-t1

Δt2=T2-t2TtTtTt1Tt2T1t1T2t2第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月逆流

Δt1=T2-t1

Δt2=T1-t2

錯(cuò)流、折流：校正系數(shù)可根據(jù)R、P值查圖：T2t1T1t2第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題：對(duì)于同樣的進(jìn)出口溫度，選擇什么

樣的流型更好？結(jié)論：逆流好。原因：

1、傳質(zhì)推動(dòng)力大；

2、所需傳熱介質(zhì)少；第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月四、傳熱系數(shù)的計(jì)算1、基本公式（1）熱流體的對(duì)流傳熱：（2）管壁的熱傳導(dǎo)：（3）冷流體的對(duì)流傳熱：第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月化簡、整理后得：又因?yàn)椋核裕浩渲校篈可以取A0、Am、Ai。第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月常?。夯谕獗砻娣e下的傳熱系數(shù)K0?？紤]污垢熱阻：管外壁污垢熱阻管內(nèi)壁污垢熱阻第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、幾點(diǎn)說明（1）當(dāng)傳熱面為平壁時(shí)：（2）當(dāng)忽略管壁熱阻和污垢熱阻時(shí)：（3）提高K的方法：設(shè)法減小起決定性作用的熱阻。（4）K值也可以選取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定。第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月五、傳熱計(jì)算舉例（P157）1、設(shè)計(jì)型計(jì)算：根據(jù)已定的生產(chǎn)要求，確定所需換熱面積。2、操作型計(jì)算：判斷已有換熱器的面積能否完成指定的生產(chǎn)任務(wù)。3、壁溫的估算壁溫接近于熱阻較小的一側(cè)流體的溫度。第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月六、工業(yè)熱源與冷源

1、熱源：電熱、飽和水蒸汽、熱水、煙道氣等。2、冷源：冷水、空氣、冷卻劑（低溫鹽水、液氨、液氮）第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)熱輻射一、熱輻射的基本概念1、熱輻射:以電磁場波的形式傳遞能量的方式。波長范圍：0.76~20μm。2、輻射能：Q；吸收能：QA；吸收率：反射能：QR；反射率：透過能：QD；透過率：第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

A+R+D=1注：不同的物體A、R、D的值不同。

固體和液體：D≈0；單原子和由雙原子氣體：D≈1；3、黑體的輻射能力—斯蒂芬-波爾茲曼定律(1)黑體：A=1；(2)黑體的輻射能力：E0；W/m2;σ0-輻射常數(shù)，σ0=5.67×10-8W/(m2.K4)。第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月也可寫成：C0：黑體輻射系數(shù)，為5.67W/(m2.K4)。3、實(shí)際物體的輻射能力(1)黑度：ε(2)實(shí)際物體的輻射能力：常用工業(yè)材料的黑度值見P164。第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月4、灰體的輻射能力和吸收能力---克希荷夫定律(1)灰體：對(duì)各種波長具有相同吸收率的理想化物體。A=ε(2)輻射能：二、兩固體間的熱輻射總輻射系數(shù)，W/(m2.K4)角系數(shù)（見P165表4-11）第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三、輻射對(duì)流聯(lián)合傳熱1、對(duì)流傳熱：輻射傳熱：

統(tǒng)一形式：壁面散失的總熱量為：第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、輻射對(duì)流聯(lián)合傳熱系數(shù)（1）空氣自然對(duì)流，TW<423K，在平壁保溫層外：在管道及圓筒壁外：（2）空氣沿粗糙表面強(qiáng)制對(duì)流空氣速度≤5m/s時(shí)：空氣速度>5m/s時(shí)：第40頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)換熱器

直接接觸式換熱器間壁式蓄熱式一、間壁式換熱器的類型1、夾套式2、沉浸式蛇管式3、噴淋式蛇管式第41頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月4、套管式換熱器5、列管式換熱器（1）結(jié)構(gòu)：