化工原理(少学时)课件和辅导教程考试重点例题复习题及课后答案2.1.概述

返回1第二章传热(HeatTransfer/HeatTransmission)第一节概述存在温差→热量从高温向低温传递。自然界普遍存在以温度差为推动力的热量传递现象，简称为传热。返回24.1概述一、传热过程在工业生产中的应用传热即热的传递（以温度差为推动力的能量传递现象）根据热力学第二定律，凡是有温度差的存在就必然有热的传递，因此传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过程。许多单元操作，如蒸发、精馏、干燥、结晶、冷冻、吸收和萃取等，无不直接或间接与传热有关。返回3传热的目的和用途：加热或冷却：为满足生产工艺要求，如保证化学反应、单元操作的正常进行，对物料进行加热或冷却、汽化或冷凝，使物料达到指定的温度和相态；换热：回收和利用废热，节省能源保温：为减少热损失，对高温或低温的设备及管道进行保温隔热。如工业上分离空气的精馏塔，塔内温度在-180℃，如设备不保温绝热，则冷量损失太大，且操作无法进行。氨氮肥生产3.7732223:NHHNcatK返回4化工生产对传热要求可分为两种情况：强化传热：如各种换热设备中的传热，强化传热可降低设备费用。削弱传热：保温，减少热损失。化工生产过程中需要解决的传热问题大致分为两类：（1）传热过程的计算，包括设计型计算和操作型计算；（2）传热过程的改进与强化返回5二、传热学与热力学（物理化学）内容：研究方法不同：热力学研究的是黑箱法，只研究体系与环境的能量交换，不考虑机理。它是建立热力学三大定律上的严格数学推导。传热学的研究方法是一种工程方法。①数学模型法②因次分析法，常常用大量经验式组成、半经验半理论的方法。返回6三、传热的三种基本方式热的传递是由于物体内或系统内的两部分之间的温度差而引起的，净的热流方向总是由高温处向低温处流动。根据传热机理不同，热的传递有三种方式：热传导、热对流和热辐射返回7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。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）——晶格振动和分子碰撞；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。返回8对流传热：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。强制对流搅拌等外力所致风机由于泵影响加热面或冷却面重者下沉轻者上浮自然对流同引起的密度差所致由于流体中各点温度不质点的相对位移,,),(:返回9对流传热过程伴随着流体质点间的热传导。工程上习惯常将流体与固体壁面之间的传热称为对流传热。实际上包括对流和传导两种形式：靠近壁面附近的流体层（层流内层）中依靠热传导的方式传热，在流体主体（湍流）中则主要依靠对流方式传热。返回10辐射传热：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播，当遇到另一物体时，又被全部或部分地吸收而变为热能。特点:(1)不需要介质(2)Ea∝T4三种传热方式一般不单独存在，往往相互伴随，同时出现。如热量在设备保温层中的传递，以导热为主，而由保温层向空气散热，则是对流和辐射并联传热的结果。返回11热水瓶是如何来进行保温的?瓶塞减少对流传热和热传导；瓶胆抽成真空防止对流传热的发生；瓶胆的内侧涂了一层银防止辐射的发生返回12热辐射冬天手摸在金属上感觉到冷热传导一杯热水，一会儿就凉了对流传热太阳照在身上暖洋洋的返回13四、传热过程冷热流体接触方式直接接触式间壁式蓄热式返回141.直接接触式冷热流体在换热设备中直接混合，而达到换热的目的。这种换热方式，传热面积大，设备简单，常常起到其它的作用(另有目的)造气炉废热锅炉E-1去气柜E-2返回15变换炉软水增湿器CO+H2O→CO2+H2+Q返回162.间壁式t1t2T1T2热流体冷流体Q间壁热流方向对流对流传导内管外管qm2,Cp2,t1qm2,Cp2,t2qm1,Cp1,T1qm1,Cp1,T2返回17传热面为内管的表面积套管换热器冷流体t1t2热流体T1T2外管内管返回18列管换热器传热面为壳内所有管束壁的表面积热流体T1T2冷流体t1t2返回193.蓄热式优点：•结构较简单•耐高温缺点：•设备体积大•冷热流体交替流过壁面，有一定程度的混合低温流体高温流体返回20五、几个术语1.稳态传热和非稳态传热稳态传热：在传热系统中各点的温度分布不随时间而改变的传热过程；稳态传热时各点的热流量不随时间而变，连续生产过程中的传热多为稳态传热。非稳态传热：传热系统中各点的温度既随位置又随时间而变的传热过程。返回212.传热速率Q（w）和热通量q(w/m2)传热速率Q(rateofheattransfer):热流量(rateofheattransfer)，单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位J/s或W。热流密度q(densityofheatflowrate):热通量(heatflux)，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位J/(s.m2)或W/m2。返回223.换热器热负荷:生产上要求流体温度变化吸收或放出的热量对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失忽略不计，则单位时间内换热器中热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。无相变时显热Q=qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1)返回23恒压比热Cp:恒压条件下，单位质量的物质升高或降低1℃所需（放出）的热量，KJ/Kg.℃。取平均温度下的数值计算。有相变时（蒸汽冷凝、液体沸腾）相变热Q=qmrr:汽化潜热，KJ/Kg。如热流体是饱和蒸汽，在换热器中冷凝后，冷凝液温度T2低于饱和温度T1。则Q=qm1[r+Cp1(T1-T2)]=qm2Cp2(t2-t1)返回24六、换热面积（一）间壁式换热器冷流体t1t2热流体T1T2外管内管dlA返回25二、列管换热器传热面为壳内所有管束壁的表面积热流体T1T2冷流体t1t2