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传热简介
  • 发布日期:2020-04-07      浏览次数:385
    • 传热是物质在温度差作用下所发生的热量传递过程。无论在物体内部或者物体之间,只要存在着温度差,热量就将以某一种或同时以某几种方式自发地从高温处传向低温处。因此传热是自然界和工程技术领域中极普通的一种传热现象。在几乎所有的工业部门,如化工、能源、冶金、机械、建筑等都涉及许多传热相关问题。

      一.化工生产中的传热

      在化工生产过程中,存在着大量与传热相关的工艺过程。因为绝大多数的化学反应和物理过程均要在一定的温度条件下进行,这就要求向系统输入或输出热量。因此,传热是化学工业中常见的单元操作之一,传热设备在化工厂设备投资中通常都占有很大比例,有些可达30%以上。

      在化工生产中,传热的应用主要有以下两个方面:

      1.强化传热

      为了使物料满足所要求的操作温度进行的加热或冷却,希望热量以所期望的速率进行传递,如各种换热器设备中的传热。

      2.削弱传热

      为了使物料或设备减少热量散失,而对管道或设备进行的保温或冷却。

      化学工业能耗高,仅次于冶金工业,因此,应合理利用能源、节约能源。同时。热能合理利用对降低产品成本和环境保护都有重要意义。

      在化工生产中,通常采用以下三种方式进行冷、热流体之间的热交换:一种是冷热流体直接混合交换热能;第二种是将;冷、热流体交替通过蓄热体实现热能交换;第三种方法为间壁换热,即冷、热流体通过管壁或器壁面进行换热。化工生产中大多采用间壁换热的方式来进行热交换。

      二.传热过程

      1.传热速率和热通量

      换热器中的两流体间传递的热量,通常由传热任务所规定。热传递的快慢用传热速率表示。传热速率是指单位时间内热流体通过整个换热器的传热面传递给冷流体的热量。

      2.稳态传热和不稳态传热

      若传热系统中各点的温度仅随位置变化而不随时间变化,则这种传热过程称为稳态传热,其特点是通过传热面的传热速率为常量,连续生产过程多为稳态传热。

      若传热系统中各点的温度不仅随位置发生变化,而且也随时间变化,则这种传热过程称为不稳态传热,连续生产的开、停车及间歇生产过程为不稳态传热过程。

      3.传热肌理

      任何热量的传递只能通过传导、对流和辐射三种方式进行。

      (1)热传导

      热传导又称导热。物体各部分之间不发生相对位移时,依靠分子、原子或电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为热传导。气体、液体和固体的热传导肌理是不同的。在气体中,热传导是气体分子不规则运动时相互碰撞使热量从高温处迁移到低温处。在大部分液体和不良导体的固体中,热传导是由分子的动量传递所致。在金属固体中,自由电子的运动对热量传导起着重要作用。

      (2)对流

      对流仅发生于流体中,它是指由于流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位移而导致的热量传递过程。由于流体间各部分是相互接触的,处了流体的整体运动所带来的热对流之外,还有由于流体的微观粒子运动造成的热传导。在工程将流体经固体表面时的热量传递过程,称之为对流传热。

      (3)热辐射

      辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体因热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。自然界中各个物体都不停地向其周围空间发出热辐射,同时又不断地吸收其他物体发出的辐射能。辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行物体间的热量传递,即发射时由内能转换为辐射能,吸收时又从辐射能转换为内能。虽然物体能够以热辐射的方式进行热量传递,但一般只有在物体温度较高,物体间温差较大时,辐射传热才作为主要传热方式。

      实际传热过程往往是两种或三种传热方式的组合。如对于间壁换热过程,热能传递同时包含了热传导和热对流。

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