文档介绍：第 4 章传热
概述
1、传热原理
热力学第二定律:
只要存在温度差,热量会自发从高温传递向低温,
直至温度相等。
传热方向:
传热极限:
传热推动力
高温→低温
达到温度相等
温度差
2 传热的目的:
1)加热或冷却,使物料达到指定的温度;
2)通过换热,回收利用热量;
3)保温,以减少热损失。
问题:提高或降低温度的方法
明火或电加热、通风、水冷、两流体换热等
典型换热设备:
间壁式换热器(冷、热流体间的换热设备)
例:列管式换热器
3、本章研究的主要问题
1)三种传热机理(传热速率计算)
2)换热器计算
3)换热设备简介
根据传热机理不同,传热的基本方式有三种:
热传导、热对流和热辐射。
热传导(导热):物体各部分之间不发生相对位移,依靠原子、
分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引
起的热量传递。
热传导的条件:当物体内部或两个直接接触的物体之间存在着温度差。
热能从物体的温度较高部分传到温度较低部分。
热传导存在于静止物质内或垂直于热流方向的层流底层中。
金属固体:依靠自由电子的运动。不良导体的固体和大部分液体:依靠原子、分子碰撞传递热量。气体:分子的不规则运动而引起的。
热对流:由于流体质点的位移和混合,将热能由一处传至另一处的
传递热量的方式。热对流过程中往往伴有热传导。
对流类型:①强制对流:流体的运动是由于受到外力的作用
(如风机、水泵或其它外界压力等)所引起;
②自然对流:流体的运动是由于流体内部冷、热部分的
密度不同而引起
工程中通常将流体和固体壁面之间的传热称为对流传热。
热辐射:因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。
辐射传热:物体间相互辐射和吸收能量的总结果。
方向:高温→低温
~100μm,可见光和红外线范围。
特点:两物体不相接触,也不需任何介质。
传热过程中热冷流体(接触)热交换的方式
1 直接接触式换热和混合换热器 P207 图4-1
直接接触式换热方式优点:传热效果好,设备结构简单。
采用该换热方式的前提是:工艺上允许两种流体相互混合。
2 蓄热式换热和蓄热器 P207 图4-2
蓄热器内装有固体填充物(如耐火砖)
换热的方式:热、冷流体交替地流过蓄热器。
特点:结构简单,可耐高温,但设备体积大,两种流体有一定的混合。
特点:冷热两流体不直接接触,由管壁隔开。
热量传递:
(1)热流体以对流方式将热量传递到间壁的左侧Q1
(2)热量从间壁的左侧以热传导的方式传递到右侧Q2
(3)以对流方式将热量从右侧壁面传递给冷流体Q3
稳态传热:Q1=Q2=Q3
典型的间壁式换热器
1 套管式换热器
2 列管式换热器
传热速率与热通量
传热速率(热流量)Q:单位时间内通过传热面的热量。表示换热器传热的快慢。
热流密度(热通量)q:是指单位时间内通过单位传热面积的热量。单位传热面积的传热速率,单位为W/m2。
稳态传热与非稳态传热
稳态传热:在传热过程中物系各点温度不随时间变化。
连续的化工生产过程大都属于稳态传热。
非稳态传热:在传热过程中物系各点温度随时间变化。
间歇操作传热过程和开、停车或改变操作参数时的传热过程属于非稳态传热。
热传导
基本概念和傅立叶定律
1. 温度场和温度梯度
温度场:在某一瞬间,物系内所有各点温度分布的总和。
t=f(x,y,z,) t——温度,℃;
x,y,z——空间坐标; ——时间,s
一维温度场:若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。
t =f(x, )
非稳态温度场:温度场内如果各点温度随时间而改变。
t=f(x,y,z, )
稳态温度场:若温度不随时间而改变。t = f (x,y,z)
一维稳定温度场:若温度仅沿一个坐标方向发生变化。
t = f (x)