热量传递第3章.ppt

第三章 热量传递; 传热，即热量的传递，是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递过程。由热力学第二定律可知，凡有温度差存在的地方，就必然有热的传递。在能源、化工、动力、冶金等工业部门都涉及许多传热问题。 （1）化学反应在一定的温度下进行，为了达到并保持一定的温度，就需向反应器输入和输出热量。 （2）在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，也要输入和输出热量。 （3）化工设备的保温、热能的合理利用以及废物的回收等。; 化工生产中对传热过程的要求有以下两种情况：一种是强化传热过程，如各种换热设备中的传热；另一种是消弱传热过程，如对设备、管道的保温，以减少热损失。;1 概述 一、稳态与非稳态传热 有温差就有热量传递。传热过程分为两大类： 传热进行时，物体各温度不随时间而变、仅随位置变化的传热过程称为稳态传热过程，简称稳态传热；若物体温度既随位置变化、也随时间变化的传热，则称为非稳态传热过程，简称非稳态传热。 ;二 传热的三种基本方法 热的传递是由于ΔT引起的，净的热流方向总是由T高→T低，根据传热的机理不同，有三种形式：热传导、热对流、热辐射。 1 热传导（又称导热） 若物体上两部分间连续存在着温差，则热将从高温部分自动流向低温部分，直至整个物体的各部分温度相等为止，此种传热方式称为热传导，又称导热。 物系中质点不发生相对位移，仅借质点（微团、分子、原子和自由电子）等微观粒子的振动、自由电子的运动等进行热量传递的过程。典型的例子是固体的传热。 1、在金属固体中，起因于自由电子的运动。 2、在不良导体的固体和部分液体中，起因于个别电子动量传递。 3、在气体中，热传导是由分子不规则运动而引起的。 注意：在热传导时，物体内的分子或质点不发生宏观运动。;2、对流传热 对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换过程，因而对流只能发生在流体中。在化工生产中，流体流过固体表面时，热能由流体传到固体壁面。或由固体壁面传到周围流体，这一过程称为对流??热。 (1)强制对流传热：用机械能使流体发生对流而传热。 (2)自然对流传热：若流体原来是静止的，因受热而有密度的局部变化，导致对流而传热的。;3、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。物体（固体、液体和气体）都能将热能以电磁波形式发射出去，而不需任何介质，可以在真空中传播。 (1)热辐射不仅产生能量的传递，而且伴随着能量的转换。高温物体辐射向低温物体 (2)辐射传热是物体间相互辐射和吸收能量的结果。 (3)任何物体只要在绝对零度以上都能发生辐射能，但是只有物体的温度差别较大时，辐射传热才成为最主要的传热方式。;几点说明： 上述三种传热方式，常常不是单独出现的，传热过程往往是两种或三种基本传热方式的组合。 例如：生产中常遇到热量从热流体通过间壁（多为管壁）向冷流体传递的过程，称为热交换过程，它包括通过间壁的热传导和间壁两侧的对流传热。 ;化工生产中常用的冷、热介质及接触方式 1、冷、热源 热源： 电热 应用范围广，温度范围宽。 饱和水蒸汽 最常用，不超过180℃（1MPa） 烟道气 700 ℃以上，传热慢，不易控制。 高温载热体 矿物油，熔盐等，180 ℃ --540℃ 冷源： 水、空气、冷冻盐水等;传热的基本物理量;直接接触式换热 传热时两种介质接触、混合 气--气，气—液，气—固 蓄热式换热 交替进行，部分混合 气—气，气—固 间壁式换热 传热时两种介质不接触、不混合 （最常用） 气--气，气—液，气—固;(1) 直接混合式——将热流体与冷流体直接混合的一种传热方式。;(2)蓄热式——先将热流体的热量储存在热载体上，然后由热载体将热量传递给冷流体。;(3)间壁式——热流体通过间壁将热量传递给冷流体，化工中应用极为广泛。;热量（heat）： 热量是能量的一种形式。SI制 J ，cgs制 cal、kcal 传热速率Q（heat transfer rate ）： 单位时间通过传热的热量，SI单位W。 热通量q（heat flux ）： 单位时间，单位面积传递的热量。单位W/m2。是换热设备的一个重要指标。 比热容（specific heat ）： 在恒压时（1绝对大气压），单位质量的物质温