四川大学：《化工原理 Principles of Chemical Engineering》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 传热 Heat Transfer

第七章传热 Chapter 7 Heat Transfer

第七章 传 热 Chapter 7 Heat Transfer

概述( Introduction) 化工生产的传热问题 化工生产需要大规模地改变物质的化学性质和物理性质,而 这些性质的变化都涉及热能的传递。 化学反应:向反应器提供热量或从反应器移走热量; 的蒸发、蒸馏、干燥:按一定的速率向这些设备输入热量; 高温或低温设备:隔热保温,减少热损失 热能的合理利用和废热回收

概述(Introduction) 化工生产的传热问题 化工生产需要大规模地改变物质的化学性质和物理性质，而 这些性质的变化都涉及热能的传递。 化学反应：向反应器提供热量或从反应器移走热量； 蒸发、蒸馏、干燥：按一定的速率向这些设备输入热量； 高温或低温设备：隔热保温，减少热损失； 热能的合理利用和废热回收

概述( Introduction) 热量传递的方式 热传导:依靠物体中微观粒子的热运动,如固体中的传热; 热对流:流体质点(微团)发生宏观相对位移而引起的传热 现象,对流传热只能发生在流体中,通常把传热表 面与接触流体的传热也称为对流传热 热辐射:高温物体以电磁波的形式进行的一种传热现象热辐 射不需要任何介质作媒介。在高温情况下,辐射传 热成为主要传热方式

概述(Introduction) 热量传递的方式 热传导：依靠物体中微观粒子的热运动，如固体中的传热； 热对流：流体质点（微团）发生宏观相对位移而引起的传热 现象，对流传热只能发生在流体中，通常把传热表 面与接触流体的传热也称为对流传热； 热辐射：高温物体以电磁波的形式进行的一种传热现象热辐 射不需要任何介质作媒介。在高温情况下，辐射传 热成为主要传热方式

典型的换热设备 直接混合式传热:冷热两种流体直接接触,在混合过程中进 行热交换。不常用,如凉水塔。 间壁式换热:参与传热的两种流体被隔开在固体间壁的两侧 冷、热两流体在不直接接触的条件下通过固体间壁进行 热量的交换。 热溶液进 冷溶液进 冷溶液出 热溶液出 套管式换热器

典型的换热设备 直接混合式传热：冷热两种流体直接接触，在混合过程中进 行热交换。不常用，如凉水塔。 间壁式换热：参与传热的两种流体被隔开在固体间壁的两侧， 冷、热两流体在不直接接触的条件下通过固体间壁进行 热量的交换。 套管式换热器 冷溶液进 冷溶液出 热溶液进 热溶液出

典型的换热设备 列管式换热器 312 单程列管式换热器 双程列管式换热器

典型的换热设备 列管式换热器 单程列管式换热器 双程列管式换热器 3 1 2 3 6 6 5 4 4 5 7

传热面积 冷热两种流体通过列管换热器的管壁进行热量交换,管壁表 面积即为传热面积,若已知管数n、管外径d2和管长l,则 可求得基于管外表面的传热面积: A=nt d27 若换热管内径为a1,管程数为m,则管程流体的流通截面 国积为:

传热面积 冷热两种流体通过列管换热器的管壁进行热量交换，管壁表 面积即为传热面积，若已知管数 n、管外径 d2 和管长 l，则 可求得基于管外表面的传热面积： 若换热管内径为 d1， 管程数为 m，则管程流体的流通截面 积为： A n l =  d 2 2 1 4 f n A d m  = 

传热过程的基本问题 (1)载热体用量的确定 (2设计新的换热器 解决这些问题需要 ③3核算现有换热器的传热性能 两个基本关系式 (4)强化或削弱传热的方法。 热量恒算式若忽略过程热损失 放=O 传热速率关系 传热速率(热流量)Q:单位时间内所交换的热量(W) 唐传热通量(热流密度)q:单位时间单位传热面积上传递的热量 (W/m2) ②=KAM K△ 传热基本方程式 K 总传热系数, W/(m2.K)

传热过程的基本问题 ⑴ 载热体用量的确定； ⑵ 设计新的换热器； ⑶ 核算现有换热器的传热性能； ⑷ 强化或削弱传热的方法。 解决这些问题需要 两个基本关系式 热量恒算式 若忽略过程热损失 Q放 = Q吸 Q KA = t m m Q q K t A = =  传热速率关系 传热速率(热流量) Q ：单位时间内所交换的热量(W) —— 传热基本方程式 传热通量(热流密度) q：单位时间单位传热面积上传递的热量 (W/m2 ) K —— 总传热系数 ， W/(m2·K)

传热过程的计算 传热负荷 生产上对物料加热(冷却)时所需提供(移除)的热 量,即生产工艺需要的传热速率(传热任务)。 设 Q一传热速率,W; W1、W一热、冷流体的质量流率,kgS: 热、冷流体的比热,J/(kgK); 热流体的进、出口温度,℃ 1、12一冷流体的进、出口温度,℃; r—流体的汽化或冷凝潜热,kJ/kg。 无相交: O=WCpI(T1-T2)0=W2Cp2((2-tI 有相变: o=WIr+Cp(t2-ti 若忽略热损失,则热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量 Q=WCm(71-7)=WCm(2-)

传热过程的计算 传热负荷 生产上对物料加热(冷却)时所需提供(移除)的热 量，即生产工艺需要的传热速率(传热任务) 。 设： Q — 传热速率，W； W1、W2 — 热、冷流体的质量流率，kg/s； Cp1、Cp2 — 热、冷流体的比热，J/(kg·K)； T1、T2 — 热流体的进、出口温度，℃； t 1、t 2 — 冷流体的进、出口温度，℃； r — 流体的汽化或冷凝潜热，kJ/kg。 无相变： Q = − W C1 1p (T T 1 2) Q = − W C t t 2 2 2 1 p ( ) Q W r = + −   C t t p ( 2 1)   Q = − = − W C W C t t 1 1 2 2 2 1 p p (T T 1 2) ( ) 有相变： 若忽略热损失，则热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量

传热温差:推动力 换热过程中,热流温度沿程降低,冷流温度沿程升高,故冷 热流体温度差在换热器表面各点不同。 当用传热基本方程式计算整个换热器的传热速率时,必须使 用整个传热面积上的平均温差。 △r dT di △t d a t A 年 △t 传热面A 传热面A

传热温差：推动力 换热过程中，热流温度沿程降低，冷流温度沿程升高，故冷 热流体温度差在换热器表面各点不同。 当用传热基本方程式计算整个换热器的传热速率时，必须使 用整个传热面积上的平均温差

传热温差:推动力 da T2 Q=KA△t 国在换热器中取微分长度d,其传热面积为dA 假定 ()在传热过程中,热损失忽略不计 (2两流体的比热为常数,不随温度而变 (3总传热系数K为常数,不沿传热表面变化。 两流体通过微分面积dA交换的热量为d=K(7-1)d4

传热温差：推动力 在换热器中取微分长度 dl，其传热面积为 dA 两流体通过微分面积 dA 交换的热量为 dQ = K(T − t)dA t1 t2 T1 T2 Q KA = t m dl T dA t 假定： ⑴ 在传热过程中，热损失忽略不计； ⑵ 两流体的比热为常数，不随温度而变； ⑶ 总传热系数 K 为常数，不沿传热表面变化