化工原理 传热

b
bR
kA
t
温度差称为传热推动力，R称为导热热阻。
导热系数k是物质的物理性质之一。其值的大小反映物质导 热能力的强弱，其值越大，导热能力越强。工程上通常根据 导热系数的数值来选择合适的导热材料，例如，需要提高导 热速率的场合选用导热系数大的材料，反之，需要减小导热 速率的场合选用导热系数小的材料。
各种物质导热系数的大致范围如下：
套管式换热器 1—内管 2—外管
单程列管式换热器
1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
双程列管式换热器 1—壳体 2—管束 3—挡板 4—隔板
不同的换热器的传热面积计算：
A n d 2l
而流通截面积
Af
n m
4
d
2 1
式中m为管程数。
四、 热负荷的计算
生产中常把单位时间内的流体 所放出或吸收 的热量称为热负荷。如果无外功输入，位能， 动能可忽略，不考虑热损失，并传热良好时， 由能量守恒定律得，单位时间热流体放出的 热量Ｑ１应等于冷流体所吸收的热量Ｑ２。
不稳定传热：若传热体系中各点的温度，既随 位置的变化，又随时间变化。特点：传热速率、热 通量均为变量。通常连续生产多为稳定传热，间歇 操作多为不稳定传热。
化工过程中连续生产是主要的，因而我们主要讨论 稳定传热。
第二节 热传导
一、平壁稳定热传导
单层平壁导热速率的工作方程式
Q kA t2 t1 t1 t2 t
Q放 Q吸
热流体冷却放出的热量
Q W1C p1 T1 T 2
冷流体加热需要得到的热量
Q W 2C p2 t2 t1
物料蒸发或冷凝需要供给或移除的热量是
Q W r
过热蒸汽冷凝，过冷液体蒸发，既有显热，又有潜热
Q W r C p t2 t1
（一） 无相变化时
（Baidu Nhomakorabea）比热法
Ｑ＝ＷhＣph（Ｔ１－Ｔ２） ＝ＷcＣph（t２－t1）
金属 建筑材料 绝热材料 液体 气体
1-400 W/(m2·K) 0.1-1 W/(m2·K) 0.01-0.1 W/(m2·K) 0.1-0.6 W/(m2·K) 0.005-0.05 W/(m2·K)
工业上经常遇到多层平壁导热的情况，如用耐火砖、保温转 和青砖筑成的三层炉壁。仿照串联电路的欧姆定律，对于三 层热阻的串联导热，稳态下，有
换热器的传热速率Q与传热面积A和冷热两种流体
的平均温差⊿tm成正比;
即Ｑ＝ＫA△tm Ｑ：传热速率 , Ｗ △tm：两流体的平均温度差,K Ｋ：比例系数，总传热系数 ，因次W/(m2·K)。 上式为传热速率方程或传热基本方程，是换热器 传热计算的重要依据。传热速率是换热器在一定 的操作条件下的换热速率。而热通量q是指单位传 热面积上的传热速率。常见的间壁式换热器有套 管换热器和列管换热器。见下图：
第四章 传 热
第一节 概述
➢ 传热过程在化工生产中的应用 ➢ 传热的三种基本方式 ➢ 传热基本方程 ➢ 热负荷的计算 ➢ 稳定传热和不稳定传热
一、 传热 过程在化工中的应用
传热是自然界和工程领域中较为普遍的 一种传递过程，通常来说有温度差的 存在就 有热的传递，也就是说温差的存在是实现传 热的 前提条件或者说是推动力，在化工中很 多过程都直接或间接的与传热有关。但是进 行传热的 目的不外乎是以下三种：
（一） 热传导（导热）
一个物体的两部分连续存在温差，热就 要从高温部分向低温部分传递，直到个部 分的温度相等为止，这种传热方式就称为 热传导。
物质的三态均可以充当热传导介质，但导热 的机理因物质种类不同而异，具体为：
固体金属：自由电子运动在晶格之间；
液体和非金属固体：个别分子的动量传递；
气体：分子的不规则运动。
＝ＷcＣpc（t2－t1） 式中Ｃph为冷凝液的比热; Ｔs为冷凝液的饱和温度
可见，热流体放出的热量被冷流体所吸收，冷流体获得的热 量等于热流体放出的热量。根据热量恒算式，可由既定的传 热任务求得载热体的消耗量。
五 稳定传热和不稳定传热
稳定传热：在传热体系中各点的温度只随换热器 的位置的变化而变，不随时间而变．特点：通过传热 表面的传热速率为常量，热通量不一定为常数。
（三）热辐射
热辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。 一切物体都能以这种方式传递能量，而不借助任 何传递介质。通常在高温下热辐射才是主要方式。
三、传热基本方程
当两种流体间需要进行换热而又不允许直接混 合时，需在间壁式换热器中进行换热。如在间壁式 换热器中，热流体通过管壁将热量传给冷流体．热 传递的快慢用传热速率Ｑ来表示。传热速率Ｑ是指 单位时间内通过传热面传递的能量．单位是Ｊ／ Ｓ．Ｗ。
Ｈh1，Ｈh2：热流体的进出口的焓ＫＪ／Ｋg
Ｈc1，Ｈc2：冷流体的进出口的焓ＫＪ／Ｋg 。
（二）有相变的传热
换热器中热流体为饱和蒸汽，当冷凝时有相的变化， 但是冷凝液在饱和温度下离开换热器．
Ｑ＝Ｗhr＝ＷcＣpc（t1－t2） r ：为饱和蒸汽冷凝潜热
其值等于在饱和蒸汽的焓与该温度下的液体焓的差 如果冷凝液在低于饱和温度之下排出时，则用下式计 算热负荷 Ｑ＝Ｗh［r＋Ｃph（Ｔs－Ｔ２）］
（二） 对流传热
热对流是指物体中质点发生相对的位移而 引起的热量交换，热对流是流体所特有的一 种传热的方式，即存在气体或液体中，在固 体中 不存在这种传热方式。其中只有流体的 质点能发生的相对位移。据引起对流的原因 不同可分为：自然对流和强制对流。
热对流与流体运动状况有关，热对流还伴随 有流体质点间的热传导，工程上通常将流体 与固体之间的热交换称为对流传热，即包含 了热传导和热对流。
Ｑ：
换热器的热负荷 ＫＪ／h
Ｗh，Ｗc： 热冷流体的质量流量ＫＧ／h
Ｃph，Ｃpc：热冷流体的平均比热
Ｔ１，Ｔ２：热冷流体的开始，终了温度，K
t1，t2： 热冷流体的开始，终了温度，K
（２）热焓法
Ｑ＝Ｗh（Ｈh1－Ｈh2）
＝Ｗc（Ｈc２－Ｈc1）
Ｑ：
换热器的热负荷 ＫＪ／h
Ｗh，Ｗc： 热冷流体的质量流量ＫＧ／h
1.加热或冷却
2.换热
3.保温
可见，传热过程是普遍存在的。
二、 传热的三种基本方式
一个物系或一个设备只要存在温度差就会发 生热量传递，当没有外功加入时，热量 就总是 会自动地从高温物体传递到低温物体。根据传热 的机理不同，热传递有三种基本方式：热传导， 热对流和热辐射。化工生产中碰到的各种传热现 象都属于这三种基本方式。