化工基础第三章传热过程

传热过程

第三章 传热过程[教学目的] 掌握传导传热和对流传热速率方程，掌 握热阻和对流传热的虚拟膜概念，掌握对流—传导— 对流总传热方程和主要热阻控制传热速率的概念；通 过准数关联式了解影响传热膜系数的因素，了解优化 传热应采用的措施；能够进行定态传热计算：了解传 热方法概况，在此基础上了解夹套换热器、列管换热 器、平板换热器的基本构造、特性和使用范围。

教学内容：一、概述 二、传导传热 三、对流传热 四、热交换的计算 五、强化传热的途径 六、热交换器 七、传热媒质 第三章 传热过程

传热过程

一 、概述1、生产中对传热过程的基本要求： ①.要求高的传热速率，以减小设备尺寸；

②.隔绝热的传递，以减小热损失。 两者目的不同，但传热机理和设备基本结构在很多方面是相同的。

研究传热的目的：正确的选定、使用换热器。 热力学第二定律指出了热传递的方向：在不消耗外界功的 条件下，热仅能从高温往低温方向传递或传播。 2、传热的基本方式热的传递是由于系统内或物体内温度不同而引起的，根据 传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导(conduction); 对流(convection); 辐射(radiation)。第三章 传热过程 2

传热过程

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。导热是静止物体的一种传热方 式，不依靠物质的宏观位移。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热量传递称为热传导。

热传导在气、液、固中均可以进行，但传导的机理不 同。金属——自由电子的扩散运动；非金属和大部分液体 (除水银等)——分子的动量传递；气体———分子不规 则热运动。如：一根铁棒一端放在火炉上烧，热量会通过铁棒传递 到另一侧，但无物质的宏观位移。第三章 传热过程 3

传热过程

热量传递方式之一

热传导：依靠物体中微观粒子的热运动第三章 传热过程 4

传热过程

热对流：流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程 称为热对流。 热对流仅发生在流体中。

热对流的两种方式： 强制对流：搅拌器3维动态模拟.gif因泵(或风机)或搅拌等外力所导致的对流称为强制对流。

自然对流：由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产 生相对位移，这种对流称为自然对流。

流动的原因不同，对流传热的规律也不同。在同一流体中 有可能同时发生自然对流和强制对流。一般来说，强制对流比 自然对流有较好的传热效果。第三章 传热过程 5

传热过程

流体质点(

微团)发生宏观相对位移 热量传递方式之二：热对流 而引起的传热现象，对流传热只能发 生在流体中，通常把传热表面与接触 流体内部传热； 流体的传热也称为对流传热； 固体与流体之间的传热第三章 传热过程 6

传热过程

热辐射：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。

所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何介质。

任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。 实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互

伴随着出现的。

第三章 传热过程

传热过程

热量传递方式之三： 高温物体以电磁波的形式进行的一种传热 现象热辐射不需要任何介质作媒介。在高 热辐射 温情况下，辐射传热成为主要传热方式。第三章 传热过程 8

传热过程

机理：三种传热的基本方式

传导：分子运动

(层流、固体)

对流：流体宏观运动

(流体与固体界面)温差大

辐射：电磁波

三种方式通常组合形式出现第三章 传热过程 9

传热过程

天气冷暖变化原因 管式石油加热炉：由耐火材料建造的燃烧 室.向其中喷入可燃性气体混合物并令其在室 内燃烧。石油流过悬挂在炉壁与炉顶附近的管 网，温度高达2000℃的燃烧气体向管子的外壁 面传递热量 电暖器 与 暖气片 的作用 热水瓶胆的两层玻璃之间抽真空，内 胆外壁和外胆内壁涂了发射率很低的 银，试分析保温机理，碰破抽气口有 什么影响？ 热量的传递过程很少以单一机理进行，而通 常是几种机理的串联或并联 组合方式进行地球内部热量的释放方式？第三章 传热过程

传 热 机 理 实 例 分 析

传热过程

再说 热辐射第三章 传热过程 11

传热过程

3、定态传热和非定态传热

定态传热：传热面各点的温度不随时间而改变，均 衡的连续操作多属于这种情况。 非定态传热：传热面各点的温度随时间而变化，间 歇操作大多是非定态传热。4、工业常用的换热方法

间壁式换热

混合式(直接接触式)换热蓄热式换热

间壁式换热工业上应用最多的一种传热方式第三章 传热过程

T 间壁式

t12

传热过程

特点：是在冷、热两种流体之间用一金属壁(或石墨等导热 性能好的非金属壁)隔开，以使两种流体在不相混合的情况下进 行热量传递。 套 管 式间壁式换热器 列 管 式t1 T1 t2

夹 套 式 T2

t1 T2

T1

套管式T1 T2

t2

列管式

夹套式第三章 传热过程 13

传热过程

列管式换热器

管程数：单管程、双管程、多管程 壳程数：单壳程、双壳程、多壳程管内流体的行程称为管程(管内)。 壳体与管间流体的行

程称为壳程(管间)。t1

t1 T2T2

T1

T1t2

t2

单管程、单壳程第三章 传热过程

双管程列管式14

传热过程

混合式(直接接触式)换热在此类换热器中，冷、热两流体通过直接混合进行 热量交换。在工艺上允许两种流体相互混合的情况下， 这是比较方便和有效的，且其结构也比较简单。它常用 于气体的冷却或水蒸汽的冷凝。去气柜

造气炉

废热锅炉E-2

传热同时伴随传质过程，常用于气体或水蒸汽的冷却。E-1

第三章 传热过程

传热过程

蓄热式换热蓄热式换热器又称蓄热器，它主要由热容量较大的蓄热 室构成。室中可充填耐火砖或金属带等作为填料。当冷、热两种流体交 替地通过同一蓄热室时， 即可通过填料将得自热流 体的热量，传递给冷流体， 达到换热的目的。此类换 热器的结构较为简单，且 可耐高温，常用于气体的 余热及其冷量的利用。其 缺点是设备体积较大，而 且两种流体交替时难免有 一定程度的混合。第三章 传热过程

交替：一 通一停。

(间歇操作)冷流体