传热在化工原理中的应用

传热在化工原理中的应用

经过一个学期的化工原理学习，我在传热部分，有一些体会。

概述：热量传递是自然界和工程技术领域中极为普遍的一种传递现象。如用手抓冰块时会感到冷, 这是因为手的温度高于冰块的温度, 两者之间存在着温度差, 所以手上的热量传递给了冰块, 手就感到冷了。再如在一根铁棒的一端加热, 过一段时间后其另一端也就变热了, 这也是因为铁棒的两端之间的温度不同, 被加热的一端的温度高于另一端, 两端之间存在温差, 因此热量就从加热的温度高的一端传递到温度低的一端, 使另一端的温度渐渐升高而变得热了。由此可见，热能的传递存在于任何两个存在温度差的物体之上。

化工生产中，大量运用到热传递，比如生产中的冷却，冷却塔之类的，是利用了热传导。

我在这里讨论三种热的传递方式：

1、热传导（导热）

若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（导热）。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差，此时热量将从高温部分向低温部分传递，或从高温物体传向与之接触的低温物体。

热传导在固体、液体和气体中均可进行，但导热的微观机理因物态而异。固体中的热传导属于典型的导热方式。如：若T1>T2 ,

则导热就会发生, 方向如图3红线所示；

热传导的起因：自由电子的迁移

极限状态：棒内各处温度均匀化, 为；如果想维持高温

和低温，则必须从外界不断向高温部分补充热量,

而从低温部分相应地取走所传递的热量。

不良导热的固体中和液体中的热传导是通过晶格结构的振动, 即原子、分子对其平衡位置附近的振动来实现的。气体中的热传导则是由于分子不规则运动而引起的。

单纯的热传导现象只有在密实的固体中才能观察到。纯热传导过程仅是在静止物质内的一种传热方式, 也就是说没有物质的宏观运动。

而在气体和液体内部, 当各处温度不同时, 必存在各处密度的差异, 因此总是在发生导热的同时,必伴有因密度的差异所产生的对流。2、热对流（对流）

热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。

在流体中产生对流的原因有二个：一是因流体中各处的温度不同而引起密度的差异, 使轻者上浮, 重者下沉, 流体质点产生相对位移, 这种对流称为自然对流。二是因泵或搅拌等外力所致的质点强制流动, 这种对流称为强制对流。

流动的原因不同, 对流传热规律也不同。

应予指出, 在同一种流体中, 有可能同时发生自然对流与强制对流。化工传热过程中, 常遇到的并非单纯对流方式, 而是流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程, 如图所示：

对流传热( 给热) 的特点是靠近壁面附近的流体层中依靠热传导方式传热, 而在流体主体中则主要依靠对流方式传热。由此可见, 对流传热与流体流动状况密切相关。

虽然热对流是一种基本的传热方式, 但由于热对流总伴随着热传导, 对此情况一并考虑称为对流给热。

3、辐射传热

任何物体, 只要其绝对温度不为零度(0 K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能,

当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。

热辐射线可以在真空中传播, 无需任何介质, 这是热辐射与对流和传导的主要不同点。因此辐射传热的规律就不同于对流和传导。

应予指出, 传热的三种方式有时相伴而生, 发生在同一个传热过程中。如电炉上烧水, 杯内的水被加热的过程中包含了导热、对流和热辐射。工程上为了简化传热问题,

抓住占支配地位的传热方式来着手研究, 而忽略次要地位的传热方式。