子任務(wù)知識(shí)點(diǎn)傳熱理論

會(huì)操作列管式換熱器；能分析傳熱的基本方式。能力目標(biāo)第一頁第二頁，共38頁。理解掌握流體傳熱的基本知識(shí)；掌握傅里葉定律。知識(shí)目標(biāo)第二頁第三頁，共38頁。二次鹽水精制生產(chǎn)任務(wù)從一次鹽水工序送來的鹽水，還不能直接送入離子膜電解槽內(nèi)進(jìn)行電解，用于電解槽鹽水的純度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于隔膜電解槽，它必須在原來一次鹽水生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行第二次精制。本工序要完成鹽水精制工作任務(wù)。第三頁第四頁，共38頁。二次鹽水精制工藝流程圖2-1二次鹽水精制仿真操作工藝流程圖

第四頁第五頁，共38頁。

根據(jù)樹脂塔的工作溫度要求，鹽水的溫度達(dá)到65±5℃，才能使樹脂塔內(nèi)的鰲合樹脂的活性達(dá)到最佳工作狀態(tài)，那么就要對(duì)鹽水進(jìn)行預(yù)熱升溫。二次鹽水精制任務(wù)完成的基礎(chǔ)條件—傳熱圖2-3水-蒸汽傳熱過程操作工作流程圖第五頁第六頁，共38頁。一傳熱的基礎(chǔ)理論（一）傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用化工生產(chǎn)中的傳熱問題有兩大類：

1、強(qiáng)化傳熱過程，如各種換熱設(shè)備設(shè)備中的傳熱。2、削弱傳熱過程，如對(duì)設(shè)備和管道的保溫，以減少熱損失。傳熱的基礎(chǔ)理論第六頁第七頁，共38頁。

涼水塔：用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進(jìn)行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實(shí)際工程中得到了廣泛的使用。（二）工業(yè)生產(chǎn)上的換熱方式1.直接混合式換熱

是指冷、熱流體直接接觸，在混合過程中進(jìn)行傳熱。這種傳熱方式速度快、效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單，但只適用于用水來冷凝水蒸汽等允許兩種流體直接接觸混合的場(chǎng)合。實(shí)例：傳熱的基礎(chǔ)理論第七頁第八頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論第八頁第九頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論圖2-4直接接觸式換熱第九頁第十頁，共38頁。

2.蓄熱式換熱

這種形式的換熱通常是在一個(gè)被稱為蓄熱器的設(shè)備內(nèi)進(jìn)行的，蓄熱器內(nèi)裝有耐火磚一類的固體填充物，用來貯藏?zé)崃?。傳熱的基礎(chǔ)理論圖2-5蓄熱式換熱第十頁第十一頁，共38頁。

3.間壁式換熱傳熱的基礎(chǔ)理論圖2-6列管式換熱器

這類換熱的特點(diǎn)是冷、熱流體被一固體壁面隔開，分別在壁面的兩側(cè)流動(dòng)，互不相混合。傳熱時(shí)熱流體將熱量傳給固體壁面，再由壁面?zhèn)鹘o冷流體。間壁式換熱器適用于兩股流體間需要進(jìn)行熱量交換而又不允許直接相混的場(chǎng)合。第十一頁第十二頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論第十二頁第十三頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論第十三頁第十四頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論圖2-7沉浸蛇管換熱器圖2-8噴淋蛇管換熱器第十四頁第十五頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論第十五頁第十六頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論圖2-9夾套式換熱器第十六頁第十七頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論第十七頁第十八頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論（三）傳熱的基本方式圖2-10傳熱方式第十八頁第十九頁，共38頁。1.熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）

定義：不同溫度的物體之間通過直接接觸，或同一物體中不同溫度的各部分之間，由于分子、原子或自由電子等微粒的熱運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的熱量傳遞是熱傳導(dǎo)。

特點(diǎn)：物體內(nèi)的分子或質(zhì)點(diǎn)不發(fā)生宏觀的運(yùn)動(dòng)。需要傳熱媒介。

發(fā)生場(chǎng)合：導(dǎo)熱一般發(fā)生于固體、靜止的流體或與層流流體流動(dòng)方向垂直的傳熱。

注意：熱傳導(dǎo)不能在真空中進(jìn)行。傳熱的基礎(chǔ)理論第十九頁第二十頁，共38頁。

2.對(duì)流傳熱

定義：對(duì)流傳熱是指流體中質(zhì)點(diǎn)發(fā)生宏觀相對(duì)位移而引起的熱交換。

特點(diǎn)：流體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生了宏觀相對(duì)位移，需要傳熱媒介。分類：自然對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流

發(fā)生場(chǎng)合：發(fā)生于流體中?；どa(chǎn)中的對(duì)流傳熱是指流體與固體壁面間的傳熱。傳熱的基礎(chǔ)理論第二十頁第二十一頁，共38頁。3.熱輻射

定義：因熱的原因物體發(fā)射輻射能并在周圍空間傳播而引起的傳熱。

特點(diǎn)：不僅有能量的傳遞，同時(shí)還伴有能量形式的轉(zhuǎn)換；不需要傳熱媒介。

發(fā)生場(chǎng)合：任何物體只要在絕對(duì)零度以上，都能發(fā)射輻射能，但只有物體的溫度差別較大時(shí)，輻射傳熱才能成為主要的傳熱方式。傳熱的基礎(chǔ)理論第二十一頁第二十二頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論第二十二頁第二十三頁，共38頁。(四）

穩(wěn)定傳熱和不穩(wěn)定傳熱

穩(wěn)定傳熱：在傳熱過程中，傳熱面上各點(diǎn)的溫度因位置不同而不同，但不隨時(shí)間而改變的傳熱。

注意：在穩(wěn)定傳熱的情況下，單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量是不變的。連續(xù)生產(chǎn)過程中的傳熱多為穩(wěn)定傳熱。不穩(wěn)定傳熱:若傳熱過程中，傳熱面上各點(diǎn)的溫度既隨位置變化，又隨時(shí)間而變化的傳熱。

傳熱的基礎(chǔ)理論第二十三頁第二十四頁，共38頁。

二、熱傳導(dǎo)

（一）傅里葉定律

Q----導(dǎo)熱速率，W；

λ----比例系數(shù)，稱為導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·℃；

----溫度梯度，表示熱傳導(dǎo)方向上單位長(zhǎng)度的溫度變化率，規(guī)定溫度梯度的正方向總是指向溫度增加的方向。傳熱的基礎(chǔ)理論圖2-11固體壁的熱傳導(dǎo)第二十四頁第二十五頁，共38頁。

熱導(dǎo)率λ的物理意義：當(dāng)間壁的面積為1m2,厚度為1m，壁面兩側(cè)的溫度差為1K時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)以熱傳導(dǎo)方式所傳遞的熱量。影響λ的因素物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、溫度。各種物質(zhì)的λ1、固體的λ（1）金屬T↑→λ↓,純度↑→λ↑（2）非金屬T↑→λ↑，ρ↑→λ↑2、液體的λT↑→λ↓（水和甘油除外）3、氣體的λT↑→λ↑傳熱的基礎(chǔ)理論第二十五頁第二十六頁，共38頁。（二）通過平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)

1.單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)

在穩(wěn)定導(dǎo)熱條件下，Q、Aλ均為常量，故分離變量后積分，得圖2-12單層平壁的導(dǎo)熱傳熱的基礎(chǔ)理論第二十六頁第二十七頁，共38頁。實(shí)例計(jì)算

現(xiàn)有一厚度為240mm的磚壁，內(nèi)壁溫度為600℃，外壁溫度為150℃。試求通過每平方米磚壁的熱量。已知該溫度范圍內(nèi)磚壁的平均導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.6W/m·℃。解：傳熱的基礎(chǔ)理論第二十七頁第二十八頁，共38頁。第一層第二層假設(shè)層與層間接觸良好，相接觸的兩表面溫度相同(2)多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)圖2-13多層平壁的熱傳導(dǎo)傳熱的基礎(chǔ)理論第二十八頁第二十九頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論第三層n層平壁

結(jié)論：多層平壁導(dǎo)熱的推動(dòng)力是內(nèi)外壁面的總溫度差；導(dǎo)熱的總熱阻為各層熱阻之和。第二十九頁第三十頁，共38頁。

實(shí)例計(jì)算2-2有一爐壁，內(nèi)層由24cm的耐火磚[λ1=1.05W/(m·K)]，中層由12cm的保溫磚[λ2=0.15W/(m·K)]，外層由24cm的建筑磚[λ3=0.8W/(m·K)]組成。穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，測(cè)得內(nèi)壁溫度為940℃，外壁溫度為50℃。試求單位面積的熱損失和各層交界面上的溫度。傳熱的基礎(chǔ)理論第三十頁第三十一頁，共38頁。解：℃

℃?zhèn)鳠岬幕A(chǔ)理論第三十一頁第三十二頁，共38頁。（三）圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)（1）單層圓筒壁圖2-14單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)傳熱的基礎(chǔ)理論第三十二頁第三十三頁，共38頁。傳熱的基礎(chǔ)理論第三十三頁第三十四頁，共38頁。對(duì)數(shù)平均半徑平均導(dǎo)熱面積傳熱的基礎(chǔ)理論導(dǎo)熱熱阻第三十四頁第三十五頁，共38頁。（2）多層圓筒壁

假設(shè)：各層間接觸良好；各層的導(dǎo)熱系數(shù)分別為λ1、λ2、λ3，厚度分別為δ1、δ2、δ3。傳熱的基礎(chǔ)理論圖2-15三層圓筒壁的熱傳導(dǎo)第三十五頁第三十六頁，共38頁。

在一φ60×3.5mm的鋼管外層包有兩層絕熱材料，里層為