化学工程基础第2章描述.ppt

2. 4. 1 传热系数经验关联式 (一) 传热系数的影响因素 流体的种类和物性 流体的流动原因 流体的流动状况 传热面的形状、布置和大小（L） 2. 4. 1 传热系数经验关联式 (二) 准数关联式的建立 2. 4. 1 传热系数经验关联式 (三) 流动无相变时的α关联式 流体在圆管内呈强制对流 流体在圆管内呈强制层流 流体在圆管内呈过渡流 自然对流 2. 4. 2 热量和动量传递的比拟法—类似率 热量传递 动量传递 传递机理、传递过程和传递的物理数学模型 传热系数 摩擦系数 2. 4. 2 热量和动量传递的比拟法—类似率 传热计算 设计计算：根据生产任务要求的热负荷，确定换热器的面积 校核计算：计算给定换热器的传热量、流体流量和温度 2. 5 传热过程的计算 热力学： 热量传递要遵守能量守恒定律．即热量衡算方程 传热学： 研究热量传递的速率和传热机理，分析影响传热速率的因素，导出定量关系式，即传热速率方程 2. 5 传热过程的计算 2. 5. 1 热量衡算 2. 5. 2 总传热速率方程 2. 5. 3 总传热系数 (一) 总传热系数的计算 2. 5. 3 总传热系数 2. 5. 3 总传热系数 (二) 污垢热阻 (三) 换热器中总传热系数的经验值 (四) 关于提高K值的讨论 2. 5. 4 传热平均温度差 恒定温差-恒温传热： 两侧流体均处于饱和温度下的相变过程 Δt=Tb-tb 变化温差-变温传热： 间壁两侧有一侧流体无相变或两侧流体均无相变 2. 5. 4 传热平均温度差 并流：两流体平行而同向流动 逆流：两流体平行而反向流动 错流：两流体互相垂直流动 简单折流：一流体沿一个方向流动，另一流体反复折流 复杂折流：两流体均反复折流 (一) 逆流和并流的平均温差 (一) 逆流和并流的平均温差 (一) 逆流和并流的平均温差 中国人民大学化学系 第2章 热量传递 * 2.1 概述 温度差是热量传递的原因。 热力学：热能传递要遵守能量守恒定律．即热量衡算方程。 传热学：研究热量传递的速率和传热机理，分析影响传热速率的因素，导出定量关系式，即传热速率方程。 只有热力学(热量衡算方程)和传热学(传热速率方程)相结合，才能解决传热问题，从而去强化传热或削弱传热。 热对流 流体各部分之间存在宏观运动的热量传递过程 热辐射 物体由于热的原因 而发出辐射能的过程 热传导 通过微观粒子的热运动及相互碰撞传送能量的方式 2.1.1 传热的基本方式 层流的垂直方向 自然对流 强制对流 2.1.2 传热中冷、热流体的接触方式 (一) 直接接触式传热 冷热流体直接接触传热，如在真空蒸发操作中，将水蒸气流经混合冷凝器与冷却水直接接触而冷凝，冷水由液封管流走，只有不凝气由真空泵抽走，保证在恒定负压下的连续真空蒸发操作。 2.1.2 传热中冷、热流体的接触方式 (二) 间壁式传热 套管换热器 列管换热器 2.1.2 传热中冷、热流体的接触方式 (三) 蓄热式传热 由热容量较大的蓄热室构成，室内充填耐火砖等填料。 它的传热方式是：首先将热流体通入蓄热室将填充物加热，之后再通入冷流体，使冷流体被已升温的蓄热室加热，达到冷、热流体之间的传热目的。一般这种传热方式只适用于气体、且允许少量物质参混的情况。 2.1.3 载热体及其选择 为将冷流体加热或热流体冷却，必须用另一种流体供给或取走热量，此流体称为载热体。 常用的加热剂有： 热水和饱和水蒸气 烟道气 高温载热体：矿物油、联苯-二苯醚混合物、熔盐 常用的冷却剂有： 水，空气，冷冻盐水 2.2 热传导 2.2.1 傅里叶定律 （一） 温度场和温度梯度 物系内各点温度分布的总和称为温度场 任意点的温度是空间位置和时间的函数 数学表达式为： 不稳态 稳态 一维稳态 第2章 热量传递 2.2.1 傅里叶定律 （一） 温度场和温度梯度 温度场中温度相同的点组成等温面，空间任一点不可能同时有两个温度，故温度不同的等温面不可能相交。 将两相邻等温面的温度差△T与其法线方向上的距离△n之比的极限称为温度梯度，即 2.2.1 傅里叶定律 （二） 傅里叶定律和热通量 通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比 2.2.1 傅里叶定律 (热流密度)= － (热量扩散系数) ×(热量浓度梯度) 对导热系数、等压热容、密度为恒量的稳态一维导热 导热系数 (热导率) (一) 固体的导热系数 (二) 液体的导热系数 (三) 气体的导热系数 2.2.3 平壁稳定热传导 (一) 单层平壁热传导 R，R’：导热热阻 (二) 多层平壁热传导 2.2.3 圆筒壁导热 2.2.3 圆筒壁导热 2.2.3 圆筒壁导热 2. 3.1 对流传热机理 (一) 不同流动状态下的