传热过程基础知识

发生热传导的条件是有温度差存在，其结果是热量从高温 部分传向低温部分。
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从微观角度看，气体、液体、导电固体和非导电固体的机 理各不相同。
✓气体：是气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果。气 体分子的动能与其温度有关，高温区的分子运动速度比低 温区的大。热量水平较高的分子与热量水平较低的分子相 互碰撞的结果，热量就由高温区传递到低温区。
总的来说，关于导热过程的微观机理，目前仍不很清楚。 本章只讨论导热现象的宏观规律。
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5.1.2.2.热对流(对流)
定义：由于流体质点发生相对位移而引起的热量传递过程 特点： ✓热对流只发生在流体中。 ✓流体各部分间产生相对位移 产生对流的原因 ✓由于流体内部温度不同形成密度的差异，在浮力的作用下 产生流体质点的相对位移，使轻者上浮，重者下沉，称为 自然对流； ✓由于泵、风机或搅拌等外力作用而引起的质点强制运动， 称为强制对流。
优点：采用标准管子与管件。构造简单，加工方便，排数和 程数伸缩性大，可距需要增减。适当地选择内、外管的直径， 可使两种流体都达到较高流速，从而提高传热系数；两流体 可始终以逆流方向流动，平均温度差最大。
缺点：接头多易泄漏，占地面积大，单位面积消耗金属量大。
传热Tu面esd积ay,：OcSto=beπrdL
第五章 传热过程基础
5.1 传热过程导论
物体或者系统内部由于温度不同而使热量发生转移的过程， 称为热量的传递，简称传热。根据热力学第二定律，只要 有温度差就将有热量自发地从高温处传到低温处，因此传 热是自然界和工程技术领域中普遍存在的一种物理现象。
5.1.1 传热在化工生产中的应用
化学工业与传热问题更为密切，无论是化学反应过程，还 是物理性操作过程，几乎都伴有热量的引入或导出。因此， 传热是重要的化工单元操作之一，其应用主要包括以下几
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5.1.3 典型的传热设备
实现两流体换热过程的设备称为换热器
化工生产中遇到的多是两流体间的热交换。热交换是指热 流体经固体壁面(间壁)将热量传给冷流体的过程。
热流体
冷流体
冷、热流体被间壁隔开，它们分 别在壁面两侧流动。此壁面即构 成间壁式换热器。热由热流体以 对流方式传递到壁面一侧，通过 间壁的导热，在由壁面另一侧以 对流形式传递到冷流体。
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✓液体： 一种观点认为它定性地和气体类似，只是液体分子间 的距离比较近，分子间的作用力对碰撞过程的影响比 气体大得多，因而更复杂。 另一种观点认为其导热机理类似于非导电固体，即主 要依靠原子、分子在其平衡位置附近的振动，只是振 动的平衡位置间歇地发生移动。
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2.列管式换热器
为了改变套管式换热器传热 面积小，设备不紧凑的状况， 常将若干细管组成的管束放 在一大的外管中，这种换热 器称为列管式换热器 。
特点：
✓可在真空中传播 ✓能量传递同时伴随有能量的转换
任何物体只要在绝对零度以上，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。
实际进行的传热过程，往往不是上述三种基本方式单独出
现，而是两种或三种传热的组合，而又以其中一种或两种 方式为主。
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✓导电固体：有许多的自由分子在晶格之间运动，正如这些 自由电子能传导电能一样，它们也能将热量从高温处传递 到低温区。
✓非导电固体：导热是通过晶格结构的振动(即原子、分子 在其平衡位置附近的振动)来实现的。物体中温度较高部分 的分子，因振动而与相邻的分子相碰撞，并将热能的一部 分传递给后者。
一般，通过晶格振动传递的热量比依靠自由电子迁移传递 的热量少，这就是良好的导电体也是良好导热体的原因。
间 壁
热流 方向
对流 导热 对流
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现讨论典型的间壁式换热器结构及其操作原理
1.套管式换热器
由直径不同的两根圆管组成的同 心套管。一种流体在内管中流动， 另一种流体在套管的环隙中流动， 两流体是通过内管壁面进行换热。
每一段套管称一程。程与程之间一般是上下排列，固定在 管架上。若所需传热面积较大，则可用数排并列，各排均 与总管连接而并联使用。
1.加热或冷却流体，
2.对设备或管道进行保温、隔热，以减少热量(或冷量)损 失。
3.合理使用热源，进行热量的综合回收利用。
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5.1.2 传热的基本方式
根据传热的机理不同， 5.1.2.1.热传导(导热) 定义：热量从物质中温度较高的部分传递到温度较低的部 分，或者从高温物质传递到与之相邻的低温物质的热量传 递现象。 特点： ✓由于物质微观粒子的热运动而引起的热量传递，在传热方 向上无物质的宏观位移。 ✓存在于固体、静止流体及滞流流体中。
流动的原因不同，热对流的规律也不同。在强制对流的同
时常常伴随有自然对流。
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化工生产中，常遇到的并非是单纯的热对流方式，而 是流体流过固体表面时发生的热对流和热传导联合作 用的传热过程，即热由流体传递到固体表面(或反之)的 过程，通常将它称为对流传热(也称给热)。其特点是靠 近固体壁面附近的流体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。 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 伴随热传导，要将二者分开处理是困难的。因此一般 不讨论单纯热对流，而着重讨论具有实际意义的对流 传热。
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5.1.2.3.热辐射
定义：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。
自然界中一切物体都在不停地发射辐射能，同时又不断地 吸收来自其它物体的辐射能，并将其转化为热能。物体之 间相互辐射和吸收能量的总结果，称为辐射传热。由于高 温物体发射的能量比吸收的多，而低温物体则相反，从而 使净热量从高温物体传递向低温物体。