第七章 传热与蒸发传热 ppt

第一节 概述
传热过程中热交换的方式
1. 直接接触式传热； 2. 蓄热式传热； 3. 间壁式传热。
1. 直接接触式传热
热冷流体的直接 混合进行热交换。 传热效果好， 设备简单。 允许两种流体相 互接触的工艺中 应用
2. 蓄热式传热
两种流体交替地 流过蓄热器。 设备结构简 单， 可耐高温。 不能完全避免 两种流体间的接 触。
◎ 缺点：管程内清洁较为困难，由于管子弯成U形，管板的利用率较差。 ◎适用于流体洁净，且不结垢及高温、高压的场合
3.浮头式换热器
3.浮头式换热器
◎ 结构：一端管板不与外壳固定连接，该段称为浮头。当管子受热（或冷） 时，管束连同浮头可以沿轴自由移动，而不受外壳热膨胀的影响。
◎ 优点：不仅可以补偿热膨胀，且由于固定端的管板通过法兰与壳体连接，
T t do bd o 1 dS o i di d m o dQ
总传热系数
d K (T t )dS
Ko
T t do bd o 1 dS o i di d m o dQ
do
i di

1 bd o
dm

1
o
总传热系数
污垢热阻(又称污垢系数)
i dSi
dS m
o dS o
总传热系数
移项后相加，得
(T Tw ) (Tw t w ) (t w t ) T t dQ 1 b 1 1 b 1 i dSi dS m o dSo i dSi dS m o dS o
dSo do dSo do 上式两边均除以 dSo ，并利用 dS d , dS d ，得 i i m m
或
T Tw Tw t w tw t dQ 1 b 1
i dSi
dS m
o dS o
第五节 传热计算
总传热系数
dQ i (T Tw )dS i

b
(Tw t w )dS m o (t w t )dS o
或
T Tw Tw t w tw t dQ 1 b 1
t1 t 2 导热推动力 r2 1 导热阻力 ln 2L r1
5.3.4 圆筒壁的稳定热传导
（2）多层圆筒壁稳定热传导
3 2 1
Q
通过各层圆筒壁截面的热流量相等
1 2 3
t 2 t3 t3 t 4 t1 t2 Q 1 r2 r3 1 r4 1 ln ln ln 2L r1 2L r2 2L r3
◎ 结构：两端的管板与壳体连结成一体。 ◎ 优点：结构简单、造价低廉、应用较广。 ◎缺点：清晰和检修困难。 ◎适用于壳程流体为较洁净的且不易结垢的或腐蚀性小的物料。
一、管式换热器
2.U型管换热器
2.U型管换热器
◎
结构：是将每根管子弯成U形，进口分别安装在同一管板的两侧，封
头用隔板分成两室
◎ 优点：结构简单、重量轻
3. 间壁式传热
利用固体壁面将 进行热交换的两 种流体隔开。 传热通过壁面 进行，换热过程 中两种流体不互 相接触。
传热的基本概念
一， 传热的基本方式 （1）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 递的与之接触的温度较低 的另一物体的过程称为热 传导。 。
传热的基本概念
在设计时进行合理的优 化设计使其在满足工艺要求 其它设备 60% 传热设备 40% 的条件下投资费用最小；在 操作中进行强化传热操作过 程，进行最优化操作，对节 省传热设备投资，节省能源 有着重要的意义。
第一节 概述
制药生产中对传热过程的要求 1.强化传热过程，如各种换热设备中的传热；
2.减缓传热过程，如设备和管道的保温，以 减少热损失。
dQ i T Tw dSi
dQ o tw t dSo
第三节 对流传热
二、对流传热系数
牛顿冷却定律也是对流传热系数的定义式，
即
Q S t
对流传热系数在数值上等于单位温度差下、 单位传热面积的对流传热速率，其单位为 W/(m2· ℃)。它反映了对流传热的快慢，α愈大表 示对流传热愈快。表7-1列出了几种对流传热情 况下α的数值范围。
一， 传热的基本方式 （2）对流传热
流体各部分质点发生 相对位移而引起的热量 传递过程，只能发生在 流体中。
传热的基本概念
一， 传热的基本方式
因 热的原因而发出辐射能的 过程称为热辐射。
（3）热辐射
。
传热的基本概念
二， 热流量和热流密度
1. 热流量是指在单位时间内通过传热面的 热量，用表示，单位为W。 2. 热流密度是指单位传热面积的所传递的 热量，用q表示，单位为W/m2。
第三节 对流传热
对流传热速率方程
对流传热是一复杂的传热过程，影响对流传 热速率的因素很多，而且不同的对流传热情况又 有差别，因此对流传热的理论计算是很困难的， 目前工程上仍按下述的半经验方法处理。 对流热流量 = 对流传热推动力/对流传热阻力 = 系数×推动力
第三节 对流传热
对流传热速率方程
对流传热速率可由牛顿冷却定律描述
t1 t 4 Q r3 1 r2 1 1 r4 ln ln ln 2L r1 2L r2 2L r3
圆筒壁传热小结
单层圆筒壁的定态传热:
t1 t 2 Q 1 r2 ln 2L r1
三层圆筒壁的定态传热:
t1 t 4 Q r3 1 r2 1 1 r4 ln ln ln 2L r1 2L r2 2L r3
◎ 结构：多用于冷却管内的热流体。将蛇管成排地固定于钢架上，被
冷却的流体在管内流动，冷却水由管上方的喷淋装置中均匀淋下， 故又称喷淋式冷却器。 ◎ 优点：传热推动力大，传热效果好，便于检修和清洗。 ◎ 缺点：喷淋不易均匀，占地面积大。
一、管式换热器
（二）套管式换热器
◎ 结构：将两种直径大小不同的直管装成同心套管，并可用U形肘管把
b

Rso
1
o
2. 若传热面为圆筒壁，则
do do bdo 1 1 Rsi Rso K o i di di d m o
第六节 换热器
一、管式换热器
（一）蛇管式换热器 1、沉浸式蛇管换热器 2、喷淋式换热器 （二）套管式换热器 （三）列管式换热器 1、固定板式热交换器 2、U型管换热器 3、浮头式换热器 4、翅片式换热器
平壁的稳定热传导
（2）多层平壁稳定热传导
通过各层平壁截面的热流量相等
1 2 3
t1 t2 t2 t3 t3 t4 Q b1 b2 b3 1S 2 S 3 S
应用合比定律
t1 t4 Q b3 b1 b2 1S 2 S 3 S
平壁传热小结
单层平壁的定态传热:
t1 t 2 Q b S
三层平壁的定态传热:
t1 t4 Q b3 b1 b2 1S 2 S 3 S
t1 tn1 t 推广到n层平壁的定态传热: Q bi R S i
圆筒壁的稳定热传导
（1）单层圆筒壁稳定热传导
dt dt Q S (2πrL) dr dr
T Tw dQ T Tw dS 1/ dS
微分对流 传热通量 温度差
局部对 流传热 系数
第三节 对流传热
换热器的传热面积有不同的表示方法，可 以是管内侧或管外侧表面积。例如，若热流体 在换热器的管内流动，冷流体在管间 ( 环隙 ) 流 动，则对流传热速率方程式可分别表示为
一、管式换热器
1. 沉浸式蛇管换热器
◎ 结构：这种换热器多以金
属管子绕成，或制成各种 与容器相适应的情况，并
沉浸在容器内的液体中。
◎ 优点：结构简单，便于制 造和检修,可用防腐材料制
造，能承受高压。
◎ 缺点：管外液体湍动程度 低,因此对流传热系数较小。
一、管式换热器
一、管式换热器 2.喷淋式蛇管换热器
第四节 辐射传热
第五节 传热计算
总热流量微分方程
通过换热器中任一微元面积dS的间壁两侧流 体的传热速率方程，可以仿照对流传热速率方程 写出，即 dQ K (T t )dS
局部总 传热系 数
ห้องสมุดไป่ตู้
第五节 传热计算
总传热系数
dQ i (T Tw )dS i

b
(Tw t w )dS m o (t w t )dS o
n
t t
t
t t
q 温度梯度与热流 方向的关系
grad t
dx
傅立叶定律（Flourier’s law） 描述热传导现象的物理定律。 对于一维稳态热传导，其表达式为
t d dS n
热流量 使传热速率 为正值 导热系 数
温度梯 度 传热面 积
平壁的稳定热传导
（1）单层平壁稳定热传导
使整个管束可以从壳体中抽出，方便清洗和维修。 ◎ 缺点：结构复杂，金属耗量大，造价高。 ◎适用于流体洁净，且不结垢及高温、高压的场合
4. 翅片式换热器
结构：普通金属管的外表面装有径向或轴向翅片。 优点：可以增大传热面积，而且传热效果较好
第六节 换热器
二、板式热交换器 1、夹套式换热器 2、板式换热器 3、螺旋板式换热器 4、板翅式换热器
传热
第一节 概述 第二节 热传导 第三节 对流传热
第四节 热辐射
第五节 传热计算
学习目的 与要求
这堂课讨论的重点是传热的基本原理及其在化 工中的应用。通过本章学习，掌握传热的基本原理 和规律，并运用这些原理和规律去分析和计算传热 过程的有关问题，并且按照生产需要来选择和优化 传热设备。