化工原理 传热

- 98 - 第四章 传热

本章介绍了三种基本传热方式，即导热、对流传热、辐射传热的基本概念和定律；详细分析了对流传热过程机理，建立了对流传热速率方程以及表面传热系数的经验关联式；由总传热速率方程出发，对传热过程进行设计计算和操作分析、诊断；介绍了换热设备的类型和列管式换热器的设计和选用。本章重点要求掌握：

①对流传热过程的基本概念、定律、传热速率方程；

②管内强制湍流流动时表面传热系数的经验关联及影响因素；

③总传热速率方程以及传热过程的计算。

4.1 概述

4.1.1 传热在化工生产中的应用

传热，即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递，故在科学技术、工业生产以及日常生活中都涉及许多的传热过程。

化工生产过程与传热关系十分密切。这是因为化工生产中的很多过程都需要进行加热和冷却。例如，为保证化学反应在一定的温度下进行，就需要向反应器输入或移出热量；化工生产设备的保温或保冷；生产过程中的热量的合理使用以及废热的回收利用，换热器网络的综合利用；蒸发、精馏、吸收、萃取、干燥等单元操作都与传热过程有关。

化工生产过程中需要解决的传热问题大致分为两类：(1)传热过程的计算，包括设计型计算和操作型计算；(2)传热过程的改进与强化。这两类问题的解决，都需要从总的传热速率方程出发，即：

（4.1.1）

式中：Q—冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；K—传热系数，W/(m2·℃)；A—传热面积，m2；Δtm—平均传热温差，℃。

4.1.2 传热的基本方式

根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即热传导、对流和辐射。 - 99 - 热传导：热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。

第 1 页 共 3 页 化工原理实验：传热实验

化 工 传 热 综 合 实 验 一、 实验装置的根本功能和特点 本实验装置是以空气和水蒸汽为介质，对流换热的简单套管换热器和强化内管的套管换热器。通过对本换热器的实验研究，可以掌握对流传热系数 α i 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析^p 方法，确定关联式 Nu=ARemPr0.4 中常数A 、 m 的值。通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式 Nu=BRem 中常数B 、 m 的值和强化比

Nu/Nu0 ，理解强化传热的根本理论和根本方式。

实验装置的主要特点如下：

1.实验操作方便,平安可靠。

2.数据稳定,强化效果明显，用图解法求得的回归式与经历公式很接近。

3.水,电的耗用小,实验费用低。

4.传热管路采用管道法兰联接,不但密封性能好,•而且拆装也很方便。

5.箱式构造，外观整洁，挪动方便。 第 2 页 共 3 页 二、强化套管换热器实验简介 强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；进步现有换热器的换热才能；使换热器能在较低温差下工作；并且可以减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能和资金。强化传热的方法有多种，本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。

螺旋线圈的构造图如图 1 所示，螺旋线圈由直径 3mm 以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因此可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能。螺旋线圈是以线圈节距 H 与管内径 d 的比值技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实验研究总结了形式为mB Nu Re 的经历公式，其中 B

化工原理传热

传热是化工过程中重要的物理现象之一，它涉及能量的转移和分布。传热可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。

传导是指热能在固体或液体中以分子间相互碰撞的方式传递。在传导过程中，热量会从高温区域传递到低温区域，直到温度达到平衡。

对流是指热能通过流体的运动传递。当物体表面受热时，周围的流体会被加热并膨胀，然后从热源处上升。这导致了对流循环，使热量从热源传递到周围环境。

辐射是指热能以电磁波的形式传递，不需要介质来传递热量。辐射可以通过空气、液体和固体传播，甚至可以在真空中传播。辐射热传递取决于物体的温度和表面特性。

在化工过程中，传热是必不可少的。传热的目的可以是控制温度以实现反应的理想条件，或者从一个系统中移除或向其输入热量。为了实现有效的传热，可以采取以下措施：

1. 提高传热系数：通过增加传热表面积或提高传热介质的流速，可以增加传热系数，从而加快传热速度。

2. 减小传热阻力：通过改变传热介质的性质或减小传热介质的流通路径长度，可以减小传热阻力，提高传热效率。

3. 使用传热表面增强技术：如使用鳍片、流体分散剂或填料等技术，可以增大传热表面积，从而提高传热效率。

4. 优化换热设备设计：通过合理设计换热设备的结构和组件，可以实现更高效的传热过程，并减少传热介质的能量损失。

化工过程中的传热是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素。通过合理选择传热方式和采取相应的措施，可以实现高效的能量传递和分布，从而提高化工过程的效率和质量。

化工原理传热

传热是化工工程中非常重要的一个环节。它在诸多化工过程中起着至关重要的作用。传热的目的是将热量从一个物体或介质传递到另一个物体或介质中，以实现热量的平衡。常见的传热方式有传导、对流和辐射。

传导是指热量通过物质内部的分子碰撞传递。当两个物体的接触表面存在温度差异时，热量会从高温区域向低温区域传导。传导的速率取决于物质的导热性能、温度差和物质的厚度及表面积。

对流是指热量通过介质的流动传递。当液体或气体流经固体表面时，会带走固体表面的热量，然后将其释放到其他地方。对流的速率取决于介质的流速、流动性质、热交换表面积和温度差。

辐射是指发射和吸收电磁辐射传递热量。所有物体都会辐射热能，其强度与物体的温度和表面特性有关。辐射的速率取决于温度差、辐射表面的特性和表面积。

在化工过程中，传热通常与反应、分离和加热等操作密切相关。通过合理设计和优化传热设备，可以提高化工过程的效率和产量。例如，在化工反应过程中，提供适当的传热方式和设备，可以加快反应速率和提高产品质量。在化工分离过程中，通过传热可以实现不同组分的分离和纯化。在加热过程中，传热设备可以提供所需的加热功率和温度控制。

综上所述，传热在化工工程中起着重要的作用。通过合理选择和设计传热设备，可以提高化工过程的效率和产量，同时实现能量的合理利用。