化工原理流体输送机械传热-3.1-3.3-至对流传热

北京化工大学
第
3章
传 热
3.1 概 述 3.2 热传导 3.3 对流传热 3.4 传热过程计算 3.5 热辐射 3.6 换热器

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3.1
概 述
3.1.1 传热过程在化工生产中的应用 3.1.2 传热的三种基本方式 3.1.3 实现传热的三种途径 3.1.4 热载体及其选择 3.1.5 间壁式换热器的传热过程 3.1.6 热负荷的计算

● 3.1.1
传热过程在化工生产中的应用
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加热或冷却 换热 保温 强化传热过程 削弱传热过程

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3.1.2 传热的三种基本方式 一、热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传 递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又称导热。 特点：没有物质的宏观位移 气体：分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 导电体：自由电子在晶格间的运动 固体 非导电体：通过晶格结构的振动来实现的 液体：机理复杂

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二、对流 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。 ƒ 自然对流 ƒ 强制对流 三、热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。 ƒ 能量转移、能量形式的转化 ƒ 不需要任何物质作媒介

●
3.1.3 实现换热的三种途径
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一、直接接触式
板式塔

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一、直接接触式
填料塔

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二、蓄热式
低温流体
优点： • 结构较简单 • 耐高温 缺点： • 设备体积大 • 有一定程度的混合
高温流体

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三、间壁式 热流体T1
套管换热器
t2 T2
冷流体t1
传热面为内管壁的表面积

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三、间壁式
列管换热器
热流体T1
t2
冷流体t1
T2 传热面为壳内所有管束壁的表面积

北京化工大学3.1.4 热载体及其选择

加热剂：

冷却剂：

水

饱和水蒸气

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热负荷Q’传热速率Q

一、基本概念

热流密度q 3.1.5 间壁式换热器的传热过程

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二、稳态与非稳态传热

∂θ

三、冷热流体通过间壁的传热过程

t 2

t 1T 1

T 2对流对流导热冷

流体

Q

热

流体

Q 1Q 2Q 3

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=

m t 2

t 1T 1

T 2对流对流导热冷

流体

Q

热流体

Q 1Q 2Q 3

3.1.6 热负荷的计算

一、无相变时热负荷的计算——显热的计算

1、比热法P133

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二、有相变时热负荷的计算——潜热的计算

3.1.3 实现传热的三种途径3.1.5 间壁式换热器的传热过程

热传导对流热辐射直接接触式蓄热式间壁式基本概念

稳态与非稳态传热

冷热流体通过间壁的传热过程

3.1.2 传热的三种基本方式显热的计算潜热的计算

3.2 热传导

3.2.1 基本概念

2温度梯度

t1

t2

t1>t2

等温面

Q

特点：

=

t+

Δt

t-Δ

t

t

n

Q

dA

3.2.2 傅立叶定律

=−λ说明：

3.2.3 导热系数

1 固体

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2 液体

3 气体

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3.2.4通过平壁的稳定热传导

t 1

t 2

b

λ

t

x dx

Q x

Q x+dx

1 通过单层平壁的稳定热传导

A

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t 1

t 2

b

λ

t

x

dx

Q x

Q x+dx

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=

t t t t A −

=⇒

−11)

(

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t 1

t 2b 11λt

x

b 2b 3

2

λ3

λt 2

t 4

t 3

2通过多层平壁的稳定热传导

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343232121=

=∑

∑i i 4141n i n ＝

11

11

++::

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::t 1

t 2

t 3

t 4

λ3

λ1λ2

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3.2.5 通过圆筒壁的稳定热传导1 通过单层圆筒壁的稳定热传导

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rl

2πλ⋅−=122122ln

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212212

1221=

=2121