第二章传热

2 蓄热式传热
这种传热方式是冷、热两种流
体交替通过同一蓄热室时，即可通 过填料将从热流体来的热量，传递
给冷流体，达到换热的目的。
优点：结构较简单，可耐高温， 常用于气体的余热或冷量的利用。 缺点：由于填料需要蓄热，所 以设备的体积较大，且两种流体交 替时难免会有一定程度的混合。通 常只能用于气体介质。
化工基础
Elementary Chemical Engineering
第 2章
本章主要内容：
传 热
1. 主要讨论流体传导传热、对流传热的机理和传热方程式
及其应用； 2. 冷热流体通过固体间壁进行换热的过程和计算； 3. 强化或削弱传热的途径； 4. 列管式换热器的基本结构和性能。
§2-1 概
一.化工生产中的传热过程
dt d
温度梯度,单位为℃.m-1,表示热流方向温度变化的 强度,温度梯度越大,说明在热流方向单位长度上 的温度差就越大。
导热系数λ ：
物性之一：是物质导热能力的标志，与物质种类、热力学状态 （T、P）有关。 物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小，即：当物体两个 面（等温面）间温差为1K，厚度为1m时，每经过1m2传热面积 所能传导的热量。故物质的越大，导热性能越好。在数值上等于 单位温度梯度下的传热强度，是物质的物理性质之一。 一般，金属的导热系数最大，非金属的固体次之，液体的 较小，气体的最小。
三.两流体换热的基本方式
直接接触式 换热方式 间壁式 蓄热式
1 直接接触式传热
在这类传热中，冷、热流体在传热设备中通过直 接混合的方式进行热量交换，又称为混合式传热。 优点：方便、有效，设备结构较简单，常用于热 气体的水冷或热水的空气冷却。
t
T 直接接触式
缺点：工艺上必须允许两种流体能够相互混合。
§ 2－ 2 传 导 传 热
一. 热传导基本方程－－傅立叶定律
在一个均匀（各部位化学组成物 理状态相同）的物体内，如图， t1>t2，热量以传导方式沿着单方向 n（单向传导）通过物体。取热流方 向的微分厚度为dδ ，在dτ 的瞬间 内传递的热量为dQ。 实验证明，单位时间内的传热量 与温度梯度及导热面积A成正比。
1.传导传热
又称热传导，是借助物质的分子或原子振动（非金属）、 自由电子的热运动（金属）而与相邻粒子碰撞来传递热量的 过程。在同一物体内或紧密相连的不同物体之间，只要存在 温度差，热量就会从温度高的部分传至温度低的部位。
在静止流体内部以及在作层流运动的流体层中垂直于流 动方向上的传热，是凭借流体分子的振动碰撞来实现的，这 两类传热过程也应属于传导的范畴。 ——可见，固体和静止流体中的传热以及作层流运动的流体 层中垂直于流动方向上的传热均属于传导传热。
传导过程的特点是：在传热过程中传热方向上无质点的 宏观迁移。
2.对流传热
又称热对流，是流体中质点发生相对位移和混合而引起的 热量传递。对流传热只发生在流体中，与流动状况密切相关。 强制对流： 用机械能（泵、风机等）使流体发生 对流而传热。 自然对流： 由于流体各部分温度的不均匀分布，形成 密度的差异，在浮升力的作用下，流体发 生对流而传热。
3.热辐射
热辐射是一种通过电磁波来传递热量的方式。具体地说， 物体先将热能转变成辐射能，以电磁波的形式在空中进行 传送，当遇到另一个能吸收辐射能的物体时，即被其部分 或全部吸收并转变为热能，从而实现传热。 根据赫尔－波尔兹曼定律：凡温度高于绝对零度的物体 均具有将其本身的能量以电磁波的方式辐射出去同时接受 电磁波的能力。物体的辐射能力大致与物体的绝对温度的4 次方成正比。通常物体温度大于400℃时，才会有明显的热 辐射传递。 热辐射可在真空中传播，不需要任何介质，这是热辐 射与热传导、热对流的主要区别。
显热：
2
m c p t
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。 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。
四.传热中的一些基本物理量和单位
热量Q：是能量的一种形式， J 传热速率 常用q表示 是指单位时间传递的热量， W 传热速率也称为热流量，或热负荷
热流密度q：单位面积上的传热速率，W· m潜热：单位质量的物质在发生相变化时伴随的热量变化J/kg 比定压热容cp：压力恒定时，单位质量的物质温度升高1K时 所需的热量，J· K-1· kg-1
①生产中原料的加热、成品的冷却或冷凝。
②控制化学反应所需要的一定温度范围而采取的加热、冷却或 保温。
③某些稀溶液的加热、蒸发结晶、干燥等操作或某些浓溶液的 冷却。
④生产中热量的合理利用和废热回收，以节省热能。
二.传热的基本方式
热传导 根据机理的不同，传热有三种基本方式： 传热方式 热对流 热辐射
传热过程可依靠其中的一种或几种方式同时进行。
3 间壁式传热
在多数情况下，化工工艺上不允许冷热流体直接接触，故直接接触式 传热和蓄热式传热在工业上并不很多，工业上应用最多的是间壁式传热过 程。这类换热器的特点是在冷、热两种流体之间用一金属壁(或石墨等导热 性能好的非金属壁)隔开，以便使两种流体在不相混合的情况下进行热量传 递。这类换热器中以套管式换热器和列管式换热器为典型设备。
t1 t dt t dt do t2 n o
dt dQ A d d
负号表示传热的方向与温度升高的 方向相反
引入一个比例系数, 将上式变为一个等式
dQ dt dq A d d
——傅立叶定律
λ——比例系数， 称为导热系数。单位：w/m· k 在稳定导热时,导热量不随时间而改变,即单位时间内的导热 量为定值。
述
传热：就是指由于温度差引起的能量转移,热量从高 温处传递到低温处。是自然界和工程技术领域中极 普遍的一种传递过程。传热现象几乎无处不在。
绝大多数化学反应过程都要求在一定的温度下进
行，为了使物料达到并保持指定的温度，就要预先
对物料进行加热或冷却，并在过程中及时取出放出
的热量或补充需要吸收的热量。
Hale Waihona Puke Baidu
化工生产中传热主要运用于：