化工原理二对流传讲义热系数电子教案
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化工原理电子教案
《化工原理》电子教案绪论化工原理就是研究除化学反应以外的诸物理操作步骤原理和所用设备的课程。
化工原理是实验性很强的工科课程，是化工类和相近专业学生必修的重要技术基础课。
主要介绍单元操作的基本原理，所用典型设备的结构、计算和选用。
计算包括设计型计算和操作型计算两种。
设计型计算是指对给定的任务计算出设备的工艺尺寸；操作型计算是指对已有的设备进行查定计算。
学生学完本课程后应初步具有以下能力：（1）能理论联系实际，用工程和经济的观点处理遇到的各种化工单元操作的问题。
（2）会筛选恰当的单元操作去完成给定的生产任务；（3）在设计设备计算工作中能寻找出所需的经验数据以及适宜的公式；（4）能管理设备的正常运转，找出故障的原因并及时排除；（5）应具有强化设备与初步创新的能力。
各单元操作原理及设备的计算都是以物料衡算、能量衡算、传递速率和平衡关系的概念为依据，有关内容在以后各章中陆续介绍。
一、化工生产过程与单元操作1、化学工业所谓化学工业，是指将原料进行化学加工以得到有用的产品的工业，即：化工产品种类繁多，一般可分为无机、有机及生化产品。
若按产品用途及性能来分有染（颜）料化工、塑料橡胶化工、油脂化工、石油化工、食品化工、涂料化工、日用化工等等。
当今如何评价化学工业呢？评价可能为“让你欢喜让你忧”。
欢喜的是化学工业已经成为了国民经济中的支柱产业之一，近二、三十年以来化学工业得到了长足的发展。
化工产品处处可见，人们的衣食住行都已离不开它。
我国自七十年代以来先后引进了大型化肥、石油化工成套生产技术及成套设备，如30万吨合成氨,45万吨尿素成套设备及技术；30万吨乙烯,45万吨芳烃的成套设备及技术。
金山石化,扬子石化,齐鲁石化令人忧虑的是化学工业带来的污染十分严重。
水污染、空气污染、白色污染日益严重，危害人类生存及发展。
2、化工生产过程不论化工生产产品的品种不同、规模大小的差异，一个化工产品生产过程总是由两大部分组成的，即核心部分和辅助部分。
化工原理 传热PPT教案
27
b r2 r1
Am
2lr2
ln r2
r1
2rml
r1
面积的对数平均值
rm
r2 r1 ln r2
r1
qQ l
半径的对数平均值
注：当 r2/r1<2时，可用算术平均 值代替对数平均值。
第27页/共132页
28
2.多层圆筒壁的热传导（稳态）
r1
r2 r3
r4
t1 tt2 3
t4
第28页/共132页
当流体被冷却时，n=0.3。 。
应用范围：Re＞10000；0.7＜Pr＜120；l d1 60 。
定性温度：取流体进、出口温度的算术平均值。
特征尺寸：取为管内径d1。
第41页/共132页
42
园形直管内高粘度液体无相变传热，给热系数
0.14
Nu
0.027Re0.8Pr 0.33
w
应用范围：Re＞10000；0.7＜Pr＜16700； l d1 60
特征尺寸 传热面的几何因素有时是很复杂的，一般选取对传
热起决定作用的几何因素作为特征尺寸，管内流动
取管内径作为特征尺寸；管外的流动取管外径作为
特征尺寸，等等。
入口效应 管内对流传热还与流体的入口效应有关，在流动 边界层与传热边界层尚未充分发展的所谓“进口
段”，给热系数还要受到速度分布和温度分布的
影响，进口段的给热系数高于充分发展后的给热
化工原理 传热
会计学
1
要求：
1.掌握热传导的基本原理、傅里叶定律、平壁与 圆筒壁的稳定热传导计算； 2.掌握对流传热的基本原理及牛顿冷却定律； 3.掌握运用传热速率方程式、热量衡算式、平均 温度差、总传热系数进行传热计算；
b r2 r1
Am
2lr2
ln r2
r1
2rml
r1
面积的对数平均值
rm
r2 r1 ln r2
r1
qQ l
半径的对数平均值
注：当 r2/r1<2时，可用算术平均 值代替对数平均值。
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28
2.多层圆筒壁的热传导（稳态）
r1
r2 r3
r4
t1 tt2 3
t4
第28页/共132页
当流体被冷却时，n=0.3。 。
应用范围：Re＞10000；0.7＜Pr＜120；l d1 60 。
定性温度：取流体进、出口温度的算术平均值。
特征尺寸：取为管内径d1。
第41页/共132页
42
园形直管内高粘度液体无相变传热，给热系数
0.14
Nu
0.027Re0.8Pr 0.33
w
应用范围：Re＞10000；0.7＜Pr＜16700； l d1 60
特征尺寸 传热面的几何因素有时是很复杂的，一般选取对传
热起决定作用的几何因素作为特征尺寸，管内流动
取管内径作为特征尺寸；管外的流动取管外径作为
特征尺寸，等等。
入口效应 管内对流传热还与流体的入口效应有关，在流动 边界层与传热边界层尚未充分发展的所谓“进口
段”，给热系数还要受到速度分布和温度分布的
影响，进口段的给热系数高于充分发展后的给热
化工原理 传热
会计学
1
要求：
1.掌握热传导的基本原理、傅里叶定律、平壁与 圆筒壁的稳定热传导计算； 2.掌握对流传热的基本原理及牛顿冷却定律； 3.掌握运用传热速率方程式、热量衡算式、平均 温度差、总传热系数进行传热计算；
化工原理课件 热传导ppt
1 (0.15 0.29 0.228) 2.357 S 1.05 0.15 0.81 S
q Q t1 t4 1016 34 416.5W / m2 S SR 2.357
（2）求耐火砖和保温砖之间的界面温度t2
由 q1＝q＝Q/S＝l1(t1－t2)/b1
有 (t1－t2)＝qb1/l1＝416.5×0.15/1.05＝59.5 ℃
解：设外层平均直径为dm2，内层平均直径为dm1， 则：dm2＝2dm1，且 l2＝2l1
由导热速率方程知：
Q
t
t
41πdm1lt 5
1Sm1 2Sm2 1πdm1l 212πdm1l
14
两层材料互换位置后：
Q'
t
1πdm1lt
21πdm1l 1 2πdm1l
＝35℃。问：
（1）保温层的厚度最少应有多厚？
（2）假设管材的导热系数l1＝45W/(m.K)。问蒸汽管道壁的
温度降（t1－t2）是多少？
解：（1）
Q 2π2 (t2 t3 )
L
ln r3
r2
即：
150 2 3.14 0.15185
ln r3
0.0475
10
r3＝0.127 m 保温层的最小厚度应为： b2＝12－47.5＝79.5 mm （2）稳定传热，各层的导热量Q/L相同，对管材层，有：
0.37
2 0.37
5677W/m2
且
5677x
0.815t
1650
0.00076 (t
2
16502
对流传热系数详解课件
粒子图像测速技术
利用粒子图像测速系统，结合温度 测量技术，获取流体的速度场和温 度场分布，从而计算对流传热系数 。
数值模拟优化
计算流体动力学（CFD）
通过建立流体的数学模型，利用计算机模拟流体的流动和传热过 程，优化对流传热系数的预测。
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习算法，对大量历史数据进行分析和学习， 提高对流传热系数的预测精度。
通过对流传热系数的测量和评估，可 以合理设计建筑外围护结构，提高建 筑物的保温、隔热性能，降低建筑能 耗，同时为建筑环境设备如空调系统 的优化提供依据。
能源利用与节能
在能源利用与节能领域，对流传热系数是评估能源转换和利用效率的关键参数。在燃烧、热力发电等 过程中，对流传热系数的优化有助于提高能源转换效率。
在工业热力过程中，对流传热系数的大小直接影响到换热 器的设计、热能利用率以及工业设备的性能。通过研究和 优化对流传热系数，可以提高工业生产的效率和能源利用 水平。
建筑环境与设备工程
在建筑环境与设备工程中，对流传热 系数是评估建筑外围护结构热工性能 的重要参数。外围护结构的传热性能 直接影响到建筑物的能耗和室内环境 舒适度。
多物理场耦合模拟
考虑流体的多物理场特性，如流动、传热、化学反应等，进行耦合 模拟，以更准确地模拟对流传热过程。
强化传热技术
01
02
03
表面强化技术
通过改变流体接触面的材 料和结构，如采用粗糙表 面、微细沟槽或添加增强 材料，提高传热效率。
插入物强化技术
在流道中插入导热性能良 好的材料或结构，如肋片 、螺旋线圈等，增加传热 面积和传热速率。
经验公式法通过对大量实验数据进行统计分析，得出对流传热系数的计算公式。 这些公式通常基于一些物理参数，如流体的性质、温度、压力等。使用经验公式 法可以快速估算对流传热系数，但精度受到实验数据和经验总结的限制。
利用粒子图像测速系统，结合温度 测量技术，获取流体的速度场和温 度场分布，从而计算对流传热系数 。
数值模拟优化
计算流体动力学（CFD）
通过建立流体的数学模型，利用计算机模拟流体的流动和传热过 程，优化对流传热系数的预测。
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习算法，对大量历史数据进行分析和学习， 提高对流传热系数的预测精度。
通过对流传热系数的测量和评估，可 以合理设计建筑外围护结构，提高建 筑物的保温、隔热性能，降低建筑能 耗，同时为建筑环境设备如空调系统 的优化提供依据。
能源利用与节能
在能源利用与节能领域，对流传热系数是评估能源转换和利用效率的关键参数。在燃烧、热力发电等 过程中，对流传热系数的优化有助于提高能源转换效率。
在工业热力过程中，对流传热系数的大小直接影响到换热 器的设计、热能利用率以及工业设备的性能。通过研究和 优化对流传热系数，可以提高工业生产的效率和能源利用 水平。
建筑环境与设备工程
在建筑环境与设备工程中，对流传热 系数是评估建筑外围护结构热工性能 的重要参数。外围护结构的传热性能 直接影响到建筑物的能耗和室内环境 舒适度。
多物理场耦合模拟
考虑流体的多物理场特性，如流动、传热、化学反应等，进行耦合 模拟，以更准确地模拟对流传热过程。
强化传热技术
01
02
03
表面强化技术
通过改变流体接触面的材 料和结构，如采用粗糙表 面、微细沟槽或添加增强 材料，提高传热效率。
插入物强化技术
在流道中插入导热性能良 好的材料或结构，如肋片 、螺旋线圈等，增加传热 面积和传热速率。
经验公式法通过对大量实验数据进行统计分析，得出对流传热系数的计算公式。 这些公式通常基于一些物理参数，如流体的性质、温度、压力等。使用经验公式 法可以快速估算对流传热系数，但精度受到实验数据和经验总结的限制。
化工原理教案-化工原理教案-对流传热时间安排-182
教学难点对流传热系数的因次分析法
教学思路结合实例分析传热过程→因次分析→经验关联式
教学方法采用多媒体和黑板结合的方法
授 课 内 容
时间分配
4.3.1概述
4.3.2对流给热过程分析
4.3.5无相变对流传热系பைடு நூலகம்的经验关联式
5min
10min
10min
35min
30min
课后记事：
中北大学大学化工原理教案
授课序号4-2
任课教师
袁志国
日期
2006.9
班级
040834专业
授课题目4.3对流传热
教学目的让学生学会分析影响对流传热系数的因素，了解牛顿冷却
定律、掌握因次分析法、对流传热系数的经验关联式。
教学重点4.3.4对流传热系数的因次分析法
4.3.5无相变时的对流给热系数的经验关联式
教学思路结合实例分析传热过程→因次分析→经验关联式
教学方法采用多媒体和黑板结合的方法
授 课 内 容
时间分配
4.3.1概述
4.3.2对流给热过程分析
4.3.5无相变对流传热系பைடு நூலகம்的经验关联式
5min
10min
10min
35min
30min
课后记事：
中北大学大学化工原理教案
授课序号4-2
任课教师
袁志国
日期
2006.9
班级
040834专业
授课题目4.3对流传热
教学目的让学生学会分析影响对流传热系数的因素，了解牛顿冷却
定律、掌握因次分析法、对流传热系数的经验关联式。
教学重点4.3.4对流传热系数的因次分析法
4.3.5无相变时的对流给热系数的经验关联式
化工原理 (二)对流传热系数电子教案
(1)对流传热系数的计算
根据传热速率方程和热量衡算式有如下(rúxià)关系
Q i Stm WcCpc (t出 t进 )
通过上式计算出实测值i。
可以利用已知的 i，整理出不同(bù tónɡ)流速下的Nu准数与Re准数之
间的函数关系，也就是确定出式中的C和γ。
第十三页，共二十五页。来自13实验 五 (shíyàn) 对流传热系数的测定
第十页，共二十五页。
10
11
第十一页，共二十五页。
实验五 对流(duìliú)传热系数的测定
5、对流传热系数的实验测定
在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热加热空气，当 传热达到稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K 有以下关系(guān xì)：
1 1 1
K i o
传热边界层的导热处理。必须指出是不存
在的，为了处理问题而假设的。
第五页，共二十五页。
5
一、实验(shíyà n)原理
3、影响对流传热系数的因素
（1） 引起流动的原因
自然对流： 强制对流：
（2） 流体的物性
影响较大的物性有：，，，cp。
（3） 流动型态
层流：流体中主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导热系数比金
4
一、实验(shíyà n)原理
影响因素：
（1）间壁传热由对流传热－导热－对流传热三 个过程组成。
（2）同一管壁界面(jièmiàn)上的温度以折线表示，且逐 步下降，其层流内层热阻最大，因而温降
也最大。 （3）对流传热是由层流内层的导热和层流外层
的流体质点作相对位移和传热混合的统称。
（4）为简化处理，对流传热作为通过厚度 的
对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定性影响的特性尺
根据传热速率方程和热量衡算式有如下(rúxià)关系
Q i Stm WcCpc (t出 t进 )
通过上式计算出实测值i。
可以利用已知的 i，整理出不同(bù tónɡ)流速下的Nu准数与Re准数之
间的函数关系，也就是确定出式中的C和γ。
第十三页，共二十五页。来自13实验 五 (shíyàn) 对流传热系数的测定
第十页，共二十五页。
10
11
第十一页，共二十五页。
实验五 对流(duìliú)传热系数的测定
5、对流传热系数的实验测定
在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热加热空气，当 传热达到稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K 有以下关系(guān xì)：
1 1 1
K i o
传热边界层的导热处理。必须指出是不存
在的，为了处理问题而假设的。
第五页，共二十五页。
5
一、实验(shíyà n)原理
3、影响对流传热系数的因素
（1） 引起流动的原因
自然对流： 强制对流：
（2） 流体的物性
影响较大的物性有：，，，cp。
（3） 流动型态
层流：流体中主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导热系数比金
4
一、实验(shíyà n)原理
影响因素：
（1）间壁传热由对流传热－导热－对流传热三 个过程组成。
（2）同一管壁界面(jièmiàn)上的温度以折线表示，且逐 步下降，其层流内层热阻最大，因而温降
也最大。 （3）对流传热是由层流内层的导热和层流外层
的流体质点作相对位移和传热混合的统称。
（4）为简化处理，对流传热作为通过厚度 的
对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定性影响的特性尺
化工原理 (二)对流传热系数电子教案.
实验五对流传热系数的测定七、实验操作 1. 实验前准备工作 (1. 给温控仪设定适当温度，加热； (2.待蒸汽发生器内温度接近设定温度时，打开蒸汽阀门，使蒸汽进入套管环隙，并打开放气阀排除不凝性气体。
微开排液阀，以便冷凝水及时排除。
21
实验五对流传热系数的测定 2、实验操作、 1．等温度稳定后，打开空气旁通阀，开启风机，调节阀门使流量到指定刻度，待稳定后，记录数据 2．改变空气流量，稳定后，读取数据。
注意: 注意实验过程中应及时排除不凝性气体和冷凝水。
但在排放过程中，尽量不要影响实验操作的稳定性。
22
3、实验结束、（1）实验结束后，先关闭空气调节阀后关闭风机，最后关闭总电源开关。
（2）读大气压力计值，记录操作条件下大气压强值。
23
八、思考题 1．实验过程中，蒸汽温度改变对实验结果有什么影响？如何保持蒸汽温度恒定？ 2．本实验中，空气与蒸汽流径能否改变？这样安排的优点是什么？ 3．实验过程中，如何判断传热达到稳定？ 4.蒸汽冷凝过程中不凝性气体存在对实验结果会有什么影响？应采取什么措施解决？ 24。
2024版年度化工原理电子教案
2024/2/2
21
05
化学反应工程基础
2024/2/2
22
化学反应动力学基础
2024/2/2
反应速率与反应速率方程
01
阐述反应速率的定义、表示方法以及反应速率与浓度的关系。
反应机理
02
介绍反应历程、基元反应等概念，以及反应机理对反应速率的
影响。
反应动力学模型
03
建立反应动力学模型，包括零级、一级、二级等反应模型，以
2024/2/2
19
塔设备类型与结构
01 板式塔
由塔板、降液管、受液盘、溢流堰等部件组成， 具有结构简单、造价低廉等优点，适用于易分离 物系和腐蚀性物系。
02 填料塔
由填料、液体分布器、气体分布器、再分布器及 塔体等部分组成，具有通量大、压降低、分离效 率高等优点，适用于难分离物系和热敏性物系。
03 其他类型塔设备
化工原理电子教案
2024/2/2
1
目录
2024/2/2
• 化工原理概述 • 流体流动与输送 • 传热过程与设备 • 传质过程与设备 • 化学反应工程基础 • 化工过程分析与合成
2
01
化工原理概述
2024/2/2
3
化工原理的定义与重要性
定义
化工原理是研究化学工业中各种单元操作的基本原理、 设备结构及其操作性能的综合性技术科学。
单位时间内流过某截面的
流体体积或质量。
2024/2/2
02 伯努利方程
描述流体在流动过程中的
能量守恒。
04 动量方程
描述流体动量变化与外力 关系的方程。
10
流体输送设备与操作
管道与阀门
流体输送的管道系统及其控制阀门。
《化工原理教学》传热-对流课件
《化工原理教学》传热对流课件
为了帮助学生更好地理解对流传热的概念和原理，本课件介绍了化工原理教 学中重要的一部分——传热-对流。
对流基础知识
1 对流定义
对流是物质在流体中的传递过程，常常伴随着随流体运动的热量传递。
2 对流规律
对流是由于温度场引起的流体流动现象，遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理。
3 对流换热原理
对流换热是通过流体流动引起的热量传递方式，常见于化工工程和热交换器中。
对流换热的传热机理
1
对流传热的影响因素
2
流体速度、温度梯度、表面特性等因
素会影响对流传热过程的效率。
3
对流传热机制
对流传热通过流体流动和温度差驱动， 实现了物体间的热量交换。
对流传热的计算公式
根据牛顿冷却定律和对流换热系数， 可以计算对流传热的热量传递率。
对流传热的应用
工程中的对流传热应用
对流传热在化工工程、能源行业和热处理等 领域中有着广泛而重要的应用。
实际案例分析
通过对实际案例的分析，探讨对流传热在工 业过程中的是许多工程和技术领 域中必不可少的关键过程。
学习对流传热的意义
掌握对流传热的原理和应用， 对于化工专业的学生和从业人 员至关重要。
未来的发展和应用前景
对流传热的研究和应用将在能 源、环保等领域发挥重要作用。
为了帮助学生更好地理解对流传热的概念和原理，本课件介绍了化工原理教 学中重要的一部分——传热-对流。
对流基础知识
1 对流定义
对流是物质在流体中的传递过程，常常伴随着随流体运动的热量传递。
2 对流规律
对流是由于温度场引起的流体流动现象，遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理。
3 对流换热原理
对流换热是通过流体流动引起的热量传递方式，常见于化工工程和热交换器中。
对流换热的传热机理
1
对流传热的影响因素
2
流体速度、温度梯度、表面特性等因
素会影响对流传热过程的效率。
3
对流传热机制
对流传热通过流体流动和温度差驱动， 实现了物体间的热量交换。
对流传热的计算公式
根据牛顿冷却定律和对流换热系数， 可以计算对流传热的热量传递率。
对流传热的应用
工程中的对流传热应用
对流传热在化工工程、能源行业和热处理等 领域中有着广泛而重要的应用。
实际案例分析
通过对实际案例的分析，探讨对流传热在工 业过程中的是许多工程和技术领 域中必不可少的关键过程。
学习对流传热的意义
掌握对流传热的原理和应用， 对于化工专业的学生和从业人 员至关重要。
未来的发展和应用前景
对流传热的研究和应用将在能 源、环保等领域发挥重要作用。
电子教案与课件：化工原理上册 第四章-传热(第五次课)-new
（1）恒温传热
当冷、热流体均为单纯相变，则整个换热过程热流体的 温度保持为T，冷流体的温度保持为t，积分式可写为：
dQ K(T t) dA
积分得 Q K(T t)A
（2）变温传热（逆流、并流、错流、折流）
2
1
1
2
2
并流
逆流
错流
图 换热器中流体流向示意图
T1
t2
T1
T2
t1
t
1
图 两侧流体变温时的温度变化
在换热器的传热量Q及总传热系数K值相同的条件下，采用 逆流操作，可以节省传热面积，而且可以节省加热介质或冷却 介质的用量。在生产中的换热器多采用逆流操作。
（2）错流、折流传热的平均传热温差
先按逆流算，然后乘以校正系数
tm t tm
t f (P, R)
P t2 t1 T1 t1
R T2 T1 t2 t1
1 1 di bdi
Ki hi hodo dm
Km
dm
1 b
dm
hidi hodo
2.3 污垢热阻
在计算总传热系数K时，污垢热阻一般不能忽视，若管壁内、 外侧表面上的热阻分别为Rsi及Rso时，则有
1 Ko
do hi d i
Rsi
do di
bdo
dm
Rso
1
ho
当传热面为平壁或薄管壁时，di、do、dm近似相等，则有
二、传热速率基本方程
2.1 总传热速率微分方程 2.2 总传热系数K
1、K的计算式 2、污垢热阻 3、总热阻计算式的简化 4、控制热阻的概念 5、一些总传热系数的数值范围 2.3 总传热速率方程与平均传热温差
2.1 总传热速率微分方程
当冷、热流体均为单纯相变，则整个换热过程热流体的 温度保持为T，冷流体的温度保持为t，积分式可写为：
dQ K(T t) dA
积分得 Q K(T t)A
（2）变温传热（逆流、并流、错流、折流）
2
1
1
2
2
并流
逆流
错流
图 换热器中流体流向示意图
T1
t2
T1
T2
t1
t
1
图 两侧流体变温时的温度变化
在换热器的传热量Q及总传热系数K值相同的条件下，采用 逆流操作，可以节省传热面积，而且可以节省加热介质或冷却 介质的用量。在生产中的换热器多采用逆流操作。
（2）错流、折流传热的平均传热温差
先按逆流算，然后乘以校正系数
tm t tm
t f (P, R)
P t2 t1 T1 t1
R T2 T1 t2 t1
1 1 di bdi
Ki hi hodo dm
Km
dm
1 b
dm
hidi hodo
2.3 污垢热阻
在计算总传热系数K时，污垢热阻一般不能忽视，若管壁内、 外侧表面上的热阻分别为Rsi及Rso时，则有
1 Ko
do hi d i
Rsi
do di
bdo
dm
Rso
1
ho
当传热面为平壁或薄管壁时，di、do、dm近似相等，则有
二、传热速率基本方程
2.1 总传热速率微分方程 2.2 总传热系数K
1、K的计算式 2、污垢热阻 3、总热阻计算式的简化 4、控制热阻的概念 5、一些总传热系数的数值范围 2.3 总传热速率方程与平均传热温差
2.1 总传热速率微分方程
化工原理电子课件北京化工大学
)0.14
w
Re>10000，0.7<Pr<160，
l/d>60
定性温度取tm；特征尺寸为di
液体被加热 1.05
(
w
)
0.14
液体被冷却 0.95 气体(冷却或加热)
1.0
16
(2) l/d<60 d
f 1 d 0.7 1 l
(3) 过渡流（2000<Re<10000)
d
6 105
定性温度：
Nu 0.36Pr1/
tm
t1
t2 2
3
Re
0.55
W
0.14
d0
特征尺寸：当量直径de
t
正方形排列：
de
4(t 2
0.785d02 )
d0
t
正三角形排列：de
4(
3 2
t
2
0.785d 0 2
)
d0
27
流速u按流通截面最大处的截面计算：
式中
S max
hD(1
do t
)
h——两块折流挡板间距离，m；
21
Nu
1.8
6(Re
Pr
d
)
1 3
(
) 0.14
l w
适用范围： Gr 2 5 0 0 0 (Re Pr d ) 10
l
0.6 Pr 6 7 0 0 Re 2 3 0 0
1
当： Gr 25000, f 0.8(1 0.015Gr 3 )
定性温度： t m
t1
t2 2
22
二、管外强制对流的对流传热系数 1. 流体在管束外垂直流过
化工原理第四章传热-PPT课件
L
根据傅立叶定律，对此薄圆筒层可写出传导的热量为
dt dt Q A 2 rL dr dr
边界条件 得：
r 2 r 1
r r 时 ， t t 1 1
t2 t 1
r r 时 ， t t 2 2
d r r l d t Q 2
2 l ( t t2) 2 l ( t t2) 1 1 Q r 1 r 2 2 l n l n r r 1 1
热对流(convection);
热辐射(radiation)。
1、热传导 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果
固体 导电体：自由电子在晶格间的运动
非导电体：通过晶格结构的振动实现
液体 机理复杂
特点：静止介质中的传热，没有物质的宏观位移
2、热对流
流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热 对流。热对流仅发生在流体中。
的x轴方向变化，故等温面皆为垂 直于x轴的平行平面。
平壁侧面的温度t1及t2恒定。Fra biblioteko b
x
取dx的薄层，作热量衡算：
傅立叶定律： 边界条件为：
dt Q A dx
x 0 时 ， t t 1
得：
x b 时， t t 2
b
0
Q d x
t2
t1
A d t
t1 t2 Q A (t1 t2) 不随t而变 b b 式中 Q ── 热流量或传热速率，W或J/s； A
4.2 热传导
一、 傅立叶定律
1 温度场和温度梯度 温度场(temperature field)：某一瞬间空间中各点的温度
分布，称为温度场.
物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即
传热操作技术—对流传热(化工原理课件)
气泡的生 成条件2
汽化核心
汽化核心与加热面的粗糙程度、氧化情况、材料的性质及其不均 匀性等多种因素有关。
➢ 在无相变的对流传热时，热阻主要集中在层流底层 ➢ 但在沸腾给热时，气泡的生成和脱离对该薄层液体
产生强烈的扰动,使热阻大为降低。 ➢ 所以沸腾给热的强度要高于无相变化的对流给热。
层流底层 过渡层 湍流主体
湍流主体：流体质点的剧烈混合，热量传递主要依
TW
靠对流传热，热传导所起作用很小，这部分热阻很
小，传热速度极快，流体的温度差极小。
层流底层 过渡层 湍流主体
➢ 在对流传热时，热阻主要集中在层流底层 ➢ 减薄层流底层的厚度是强化对流传热的重要途径
T
热
Tw
流
体
冷
tw
流 体
t
δ1
δ2
流体通过间壁的热交换
液体在加 热面上的
沸腾
管内 沸腾
在一定压差作用下，以一定流 速流经加热管时所发生的沸腾 现象，又称为强制对流沸腾
强制对流沸腾
管壁上所产生的气泡不能自由上浮,而是 被管内液体所挟与其一起流动,从而造成 复杂的两相流动。因此,其机理要比池内 沸腾复杂。
过冷 沸腾
管内沸腾
流体主体温度低于饱和温度， 而加热面上有气泡生成
自然对流 核状沸腾 膜状沸腾
α
C
不
稳稳
定 膜
定 区
F
临界点 状 D E
B
ห้องสมุดไป่ตู้
A
0.1
1.0
10
10
10
Δt = (tw-ts)/℃
2
3
温度差和沸腾传热系数关系
当△t继继续增加,加热表面上形成一层稳定的气膜,把液体和加热表面完全隔开。但此 时壁温较高,辐射传热的作用变得更加重要,故α再度随△t的增加而迅速增加。
2024版年《化工原理》电子教案x
2024年《化工原理》电子教案x•课程介绍与教学目标•流体流动与输送•传热过程与设备•蒸馏过程与设备•吸收过程与设备•干燥过程与设备•课程总结与展望目录课程介绍与教学目标01CATALOGUE《化工原理》课程概述课程背景化工原理是化学工程学科的基础课程，旨在培养学生掌握化工过程的基本原理、方法和技能。
课程内容涵盖流体流动、传热、传质、化学反应工程等基础知识，以及化工设备、工艺设计和操作等方面的实践应用。
课程地位作为化学工程与工艺专业的核心课程，为后续专业课程学习和工程实践打下基础。
知识目标掌握化工过程的基本原理和基础知识，了解化工设备的结构和性能。
能力目标能够运用所学知识分析和解决化工过程中的实际问题，具备初步的工艺设计和操作能力。
素质目标培养学生的工程意识、创新意识和团队协作精神，提高学生的综合素质。
教学目标与要求030201参考书目2. 《化工原理实验》，XXX 编，化学工业出版社。
4. 其他相关教材和参考书目，可根据教学需要和学生实际情况选择使用。
教材：《化工原理》（上、下册），XXX 主编，化学工业出版社。
1. 《化工原理学习指导》，XXX 编，化学工业出版社。
3. 《化工原理课程设计》，XXX 编，化学工业出版社。
010203040506教材及参考书目流体流动与输送02CATALOGUE定义、单位、物理意义及测量方法密度与比容绝对压力、表压、真空度的概念及换算压力与压强建立、物理意义及应用静力学基本方程等压面、质量力、液柱压强的计算静止流体中的压力分布流量与流速连续性方程伯努利方程动量方程定义、单位、物理意义及测量方法建立、物理意义及应用建立、物理意义及应用建立、物理意义及应用层流与湍流的判别、雷诺数的物理意义流动型态与雷诺数流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力损失减少流动阻力的措施沿程阻力与局部阻力的计算直管阻力损失的计算、局部阻力损失的计算增大管径、减小流速、改变管道形状等流动型态与阻力计算简单管路与复杂管路的计算管路计算液体输送设备（离心泵、往复泵等）的选型、气体输送设备（压缩机、鼓风机等）的选型输送设备选型了解设备性能参数（流量、扬程、功率等）的意义及调节方法设备性能参数与操作调节掌握设备的安装要求及日常维护方法设备安装与维护管路计算及输送设备选型传热过程与设备03CATALOGUE传热基本概念及方式传热定义热量自发地由高温物体传向低温物体的过程。
化工原理传热课件(精品)
的方式 4.1.3 典型的间壁式换热器 4.1.4 传热速率和热通量
22
基本概念
传热速率Q，单位时间内通过传面的热量，J/s，W。 热通量
q，单位面积的传热速率，J/(s,m2)，W/m2。
q
dQ dS
传热速率=传热推动力(温度差)/传热热阻
Q＝ Δt R
整个传热 面的热阻
q t R'
单位传热面 积的热阻
26
载热体
1. 定义
在化工生产中，物料在换热器内被加热或 冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热 量，此种流体称为载热体。
高温载热体（加热剂） 起加热作用
低温载热体（冷却剂） 起冷却作用
27
2. 载热体的选择及常用载热体
载热体的选择要求
① 载热体的温度易调节控制； ② 载热体的饱和蒸气压较低,加热时不易分解； ③ 载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备； ④价格便宜，来源容易。
t3
2S
t3 b3
t4
3S
b1
t1 t4 b2 b3
总推动力 总热阻
1S 2 S 3 S
推广至n层平壁，
Q t1 tn1 t
bi
i S
R
多层平壁的热传导速率方程式
37
2. 多层平壁的热传导
温差与热阻的关系：
各层的温差与热阻成正比，温差越大，热阻越大。
10
3.热辐射
热辐射
因热的原因而产生的电磁波在空间的传递， 称为热辐射。热辐射的特点是：
①不需要任何介质，可以在真空中传播； ②不仅有能量的传递，而且还有能量形式 的转移； ③任何物体只要在热力学温度零度以上， 都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高时， 热辐射才能成为主要的传热方式。
22
基本概念
传热速率Q，单位时间内通过传面的热量，J/s，W。 热通量
q，单位面积的传热速率，J/(s,m2)，W/m2。
q
dQ dS
传热速率=传热推动力(温度差)/传热热阻
Q＝ Δt R
整个传热 面的热阻
q t R'
单位传热面 积的热阻
26
载热体
1. 定义
在化工生产中，物料在换热器内被加热或 冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热 量，此种流体称为载热体。
高温载热体（加热剂） 起加热作用
低温载热体（冷却剂） 起冷却作用
27
2. 载热体的选择及常用载热体
载热体的选择要求
① 载热体的温度易调节控制； ② 载热体的饱和蒸气压较低,加热时不易分解； ③ 载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备； ④价格便宜，来源容易。
t3
2S
t3 b3
t4
3S
b1
t1 t4 b2 b3
总推动力 总热阻
1S 2 S 3 S
推广至n层平壁，
Q t1 tn1 t
bi
i S
R
多层平壁的热传导速率方程式
37
2. 多层平壁的热传导
温差与热阻的关系：
各层的温差与热阻成正比，温差越大，热阻越大。
10
3.热辐射
热辐射
因热的原因而产生的电磁波在空间的传递， 称为热辐射。热辐射的特点是：
①不需要任何介质，可以在真空中传播； ②不仅有能量的传递，而且还有能量形式 的转移； ③任何物体只要在热力学温度零度以上， 都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高时， 热辐射才能成为主要的传热方式。
化工原理第四章第五节讲稿
nz nz0.75
4/18/2020
3）影响冷凝传热的因素
a）冷凝液膜两侧的温度差△t 当液膜呈滞流流动时，若△t加大，则蒸汽冷凝速率增加，
液膜厚度增厚，冷凝传热系数降低。 b）流体物性
液膜的密度、粘度及导热系数，蒸汽的冷凝潜热，都影响 冷凝传热系数。 c) 蒸汽的流速和流向 •蒸汽和液膜同向流动，厚度减薄，使α增大； •蒸汽和液膜逆向流动， α减小，摩擦力超过液膜重力时， 液 膜被蒸汽吹离壁面，当蒸汽流速增加，α急剧增大；
注意：管束排数应为10，若不是10时，计算结果应校正。
4/18/2020
2）流体在换热器的管间流动
当管外装有割去25%直径的圆缺形折流板时， 壳方的对 流传热系数关联式为： a)多诺呼(Donohue)法
Nu 0.23Re0.6 Pr1 3( )0.14 w
0.23 ( dou )0.6 (cp )1 3( )0.14
符号 准数式
意义
努塞尔特准数
l
（Nusselt）
Nu
表示对流传热的系数
雷诺准数
（Reynolds） Re
普兰特准数
（Prandtl）
Pr
格拉斯霍夫准数
（Grashof）
Gr
lu
确定流动状态的准数
cp
表示物性影响的准数
gtl3 2
2
表示自然对流影响的准数
4/18/2020
3、应用准数关联式应注意的问题 1）定性温度：各准数中的物理性质按什么温度确定
定性温度：除μw取壁温以外，其余均取液体进、出口温度的 算术平均值。
当Gr 25000时，按上式计算出α后，再乘以一校正因子
f
0.81
0.015Gr
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流量 压强 温度 管子尺寸
17
实验五 对流传热系数的测定
五、实验所需仪器设备
（1）套管换热器：光滑管：螺旋槽管： （2）风机型号：D2—4型微音气泵； （3）铜电阻：Cu50型； （4）蒸汽发生器； （5）流量计； （6）压差计。
18
六、实验流程图
Ｔ 3 1
4
2
p
5 Ｔ
10
6
7
p
8
11
9
之间的函数关系，也就是确定出式中的C和γ。
13
实验五 对流传热系数的测定
（2）Re与Nu的计算
Redu 4V ds 1.274V ds
i
i
Nu
i di
（3）流量的测量和密度的计算
Vs Vo
go s
1.293273paRp7源自0273t14实验五 对流传热系数的测定 二、实验内容
测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热 器中的进、出口温度，求得空气在管内的对 流传热系数。
1 1 1 K i o
若一侧的对流传热系数远小于另一侧的对流传热系数时，
如 ao ai
影响很小，K
值，接则近K1小的a1i对, K流传ai热。系说数明值很。大换的句对话流说传，热总系热数阻对由K热值阻得
大的那一侧的对流传热系数所决定。
12
实验五 对流传热系数的测定
(1)对流传热系数的计算
根据传热速率方程和热量衡算式有如下关系
热系数比金属的导热系数小得多，所以热阻大。
湍流：质点充分混合且层流底层变薄，较大；但Re动
力消耗大。
6
一、实验原理
（4）传热面的形状、大小和位置
不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离， 产生旋涡，增加湍动，使增大。 （1）形状：比如管、板、管束等； （2）大小：比如管径和管长等；D/L越小，湍动程度越小 （3）位置：比如管子得排列方式
化工原理二对流传热 系数电子教案
实验五 对流传热系数的测定 一、实验原理
1、对流传热过程分析
对流传热（对流给热）是指流体中质点发生相对位移而 引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动 状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共 同作用的结果。工业生产中大量遇到的是流体流过固体表 面时与固体表面间发生的热量交换。这一过程称为对流给 热。
的因素都归结到了当中──复杂问题简单化表示。
4
一、实验原理
影响因素：
（1）间壁传热由对流传热－导热－对流传热三 个过程组成。
（2）同一管壁界面上的温度以折线表示，且逐 步下降，其层流内层热阻最大，因而温降 也最大。
（3）对流传热是由层流内层的导热和层流外层 的流体质点作相对位移和传热混合的统称。
15
实验五 对流传热系数的测定 三、实验目的
1．掌握对流传热系数的测定方法。 2．测定空气在圆形直管内(或螺旋槽管内)的强
制对流传热系数，并把数据整理成准数关联式， 以检验通用的对流传热准数关联式。 3.了解对流传热系数的影响因素和强化传热的 途径。
16
实验五 对流传热系数的测定 四、测量参数
Q K S tm W C pt出 t进
tm
T t出 T t进
T ln
t出
T t进
Q iS tm W cC p c(t出 t进 )
i
W C pt出 t进V s C pt出 t进
s tm
s tm
通过上式计算出实测值i。
可以利用已知的i，整理出不同流速下的Nu准数与Re准数
对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定 性影响的特性尺寸L来表示其大小。
（5）是否发生相变
主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。一般情况下，有相变化时对 流传热系数较大。
7
一、实验原理
4、获得给热系数的方法
① 解析法：对所考察的流场建立动量传递、热量传递的衡算 方程和速率方程，在少数简单的情况下可以联立求解流场的温 度分布和壁面热流密度，然后将所得结果改写成牛顿冷却定律 的形式，获得给热系数的理论计算式。这是对流给热过程的解 析解。这是一个复杂的过程，一般用于理论讨论。
由于对流传热本身是一个非常复杂的物理问题， 现在用牛顿冷却定律把复杂问题简单表示，把复杂问 题转到计算对流传热系数上面。所以，对流传热系数 大小的确定成为了一个复杂问题，其影响因素非常多。 目前还不能对对流传热系数从理论上来推导它的计算 式，只能通过实验得到其经验关联式。
9
一、实验原理
因次分析法
＝f(u，l，，，cp，，g，t) 基本因次，共4个，长度L，时间T，质量M，温度t
2
一、实验原理
热流体到壁面或壁面到冷流体的热量传递过程
3
一、实验原理
2、对流传热过程的数学描述
流体被冷却时， dQa(TTw)dS
流体被加热时 dQa(TwT)dS
上两式称为牛顿冷却定律。它并非理论推导的结果，它
只是一种推论，是一个实验定律，假设Q∝t。对流传热
是一个非常复杂的物理过程，实际上由于有效膜厚度难 以测定，牛顿冷却定律只是给出了计算传热速率简单的 数学表达式，并未简化问题本身，只是把诸多影响过程
变量总数：共8个 因次分析之后，所得准数关联式中共有4个无因次数群
（由定理 8-4 = 4 ）
因次分析结果如下： N uC R ePrkG rg
10
11
实验五 对流传热系数的测定
5、对流传热系数的实验测定
在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热 加热空气，当传热达到稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K 有以下关系：
（4）为简化处理，对流传热作为通过厚度 的
传热边界层的导热处理。必须指出是不存 在的，为了处理问题而假设的。
5
一、实验原理
3、影响对流传热系数的因素
（1） 引起流动的原因
自然对流： 强制对流：
（2） 流体的物性
影响较大的物性有：，，，cp。
（3） 流动型态
层流：流体中主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导
1． 蒸汽发生器 2．压力表 3．安全阀 4．套管换热器 5．放气阀 6．压力表 7．转子流量计 8．旁通阀 9．风机 10．冷凝水放水阀 11．冷凝水收集罐
② 数学模型法：对给热过程作出简化的物理模型和数学描述 ，用实验检验或修正模型，确定模型参数。
③ 因次分析法：将影响给热的因素无因次化，通过实验决定 无因次准数之间的关系。这是理论指导下的实验研究方法，在 对流给热中广为使用。
④ 实验法：对少数复杂的对流给热过程适用。
8
一、实验原理
5、对流传热系数经验关联式的建立
17
实验五 对流传热系数的测定
五、实验所需仪器设备
（1）套管换热器：光滑管：螺旋槽管： （2）风机型号：D2—4型微音气泵； （3）铜电阻：Cu50型； （4）蒸汽发生器； （5）流量计； （6）压差计。
18
六、实验流程图
Ｔ 3 1
4
2
p
5 Ｔ
10
6
7
p
8
11
9
之间的函数关系，也就是确定出式中的C和γ。
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实验五 对流传热系数的测定
（2）Re与Nu的计算
Redu 4V ds 1.274V ds
i
i
Nu
i di
（3）流量的测量和密度的计算
Vs Vo
go s
1.293273paRp7源自0273t14实验五 对流传热系数的测定 二、实验内容
测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热 器中的进、出口温度，求得空气在管内的对 流传热系数。
1 1 1 K i o
若一侧的对流传热系数远小于另一侧的对流传热系数时，
如 ao ai
影响很小，K
值，接则近K1小的a1i对, K流传ai热。系说数明值很。大换的句对话流说传，热总系热数阻对由K热值阻得
大的那一侧的对流传热系数所决定。
12
实验五 对流传热系数的测定
(1)对流传热系数的计算
根据传热速率方程和热量衡算式有如下关系
热系数比金属的导热系数小得多，所以热阻大。
湍流：质点充分混合且层流底层变薄，较大；但Re动
力消耗大。
6
一、实验原理
（4）传热面的形状、大小和位置
不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离， 产生旋涡，增加湍动，使增大。 （1）形状：比如管、板、管束等； （2）大小：比如管径和管长等；D/L越小，湍动程度越小 （3）位置：比如管子得排列方式
化工原理二对流传热 系数电子教案
实验五 对流传热系数的测定 一、实验原理
1、对流传热过程分析
对流传热（对流给热）是指流体中质点发生相对位移而 引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动 状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共 同作用的结果。工业生产中大量遇到的是流体流过固体表 面时与固体表面间发生的热量交换。这一过程称为对流给 热。
的因素都归结到了当中──复杂问题简单化表示。
4
一、实验原理
影响因素：
（1）间壁传热由对流传热－导热－对流传热三 个过程组成。
（2）同一管壁界面上的温度以折线表示，且逐 步下降，其层流内层热阻最大，因而温降 也最大。
（3）对流传热是由层流内层的导热和层流外层 的流体质点作相对位移和传热混合的统称。
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实验五 对流传热系数的测定 三、实验目的
1．掌握对流传热系数的测定方法。 2．测定空气在圆形直管内(或螺旋槽管内)的强
制对流传热系数，并把数据整理成准数关联式， 以检验通用的对流传热准数关联式。 3.了解对流传热系数的影响因素和强化传热的 途径。
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实验五 对流传热系数的测定 四、测量参数
Q K S tm W C pt出 t进
tm
T t出 T t进
T ln
t出
T t进
Q iS tm W cC p c(t出 t进 )
i
W C pt出 t进V s C pt出 t进
s tm
s tm
通过上式计算出实测值i。
可以利用已知的i，整理出不同流速下的Nu准数与Re准数
对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定 性影响的特性尺寸L来表示其大小。
（5）是否发生相变
主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。一般情况下，有相变化时对 流传热系数较大。
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一、实验原理
4、获得给热系数的方法
① 解析法：对所考察的流场建立动量传递、热量传递的衡算 方程和速率方程，在少数简单的情况下可以联立求解流场的温 度分布和壁面热流密度，然后将所得结果改写成牛顿冷却定律 的形式，获得给热系数的理论计算式。这是对流给热过程的解 析解。这是一个复杂的过程，一般用于理论讨论。
由于对流传热本身是一个非常复杂的物理问题， 现在用牛顿冷却定律把复杂问题简单表示，把复杂问 题转到计算对流传热系数上面。所以，对流传热系数 大小的确定成为了一个复杂问题，其影响因素非常多。 目前还不能对对流传热系数从理论上来推导它的计算 式，只能通过实验得到其经验关联式。
9
一、实验原理
因次分析法
＝f(u，l，，，cp，，g，t) 基本因次，共4个，长度L，时间T，质量M，温度t
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一、实验原理
热流体到壁面或壁面到冷流体的热量传递过程
3
一、实验原理
2、对流传热过程的数学描述
流体被冷却时， dQa(TTw)dS
流体被加热时 dQa(TwT)dS
上两式称为牛顿冷却定律。它并非理论推导的结果，它
只是一种推论，是一个实验定律，假设Q∝t。对流传热
是一个非常复杂的物理过程，实际上由于有效膜厚度难 以测定，牛顿冷却定律只是给出了计算传热速率简单的 数学表达式，并未简化问题本身，只是把诸多影响过程
变量总数：共8个 因次分析之后，所得准数关联式中共有4个无因次数群
（由定理 8-4 = 4 ）
因次分析结果如下： N uC R ePrkG rg
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实验五 对流传热系数的测定
5、对流传热系数的实验测定
在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热 加热空气，当传热达到稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K 有以下关系：
（4）为简化处理，对流传热作为通过厚度 的
传热边界层的导热处理。必须指出是不存 在的，为了处理问题而假设的。
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一、实验原理
3、影响对流传热系数的因素
（1） 引起流动的原因
自然对流： 强制对流：
（2） 流体的物性
影响较大的物性有：，，，cp。
（3） 流动型态
层流：流体中主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导
1． 蒸汽发生器 2．压力表 3．安全阀 4．套管换热器 5．放气阀 6．压力表 7．转子流量计 8．旁通阀 9．风机 10．冷凝水放水阀 11．冷凝水收集罐
② 数学模型法：对给热过程作出简化的物理模型和数学描述 ，用实验检验或修正模型，确定模型参数。
③ 因次分析法：将影响给热的因素无因次化，通过实验决定 无因次准数之间的关系。这是理论指导下的实验研究方法，在 对流给热中广为使用。
④ 实验法：对少数复杂的对流给热过程适用。
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一、实验原理
5、对流传热系数经验关联式的建立