《化工原理教学课件》传热计算

《化工原理教学课件》传热计算欢习传热计课课将讨传热计迎学化工原理中的算程本程深入探原理、算方法及领应其在化工域的用传热计算的重要性设备设计能源节约传热计换热传热过显合理的算是确保设备优化程可以著降低能源关键产高效运行的消耗，提高生效率安全生产传热计预过热关隐准确的算有助于防设备和相安全患热传导基础知识定义傅里叶定律热传导传过观质热关热传导是分子间能量递的程，不涉及宏物运动描述了流密度与温度梯度的系，是的基本定律热传导中的边界条件第一类边界条件第二类边界条件热固体表面温度已知，常用于恒温固体表面流密度已知，适用于热热源或冷源电加等情况第三类边界条件对换热固体表面与流体间的流，最常见的边界条件一维定常热传导解析解平壁简单维热传导线最的一模型，温度分布呈性圆筒壁径热传导对数关向，温度分布呈系球壁径热传导径向，温度分布与半成反比复杂几何形状的热传导形状因子法1简杂为热化复几何等效阻数值解法2有限差分或有限元方法实验测定3对杂状于极其复的形二维热传导问题网格划分数值求解将维区为单阵二域划分小元，建立差分利用迭代法或矩法求解温度分布方程结果分析绘线图热制等温，分析流分布非定常热传导问题集总参数法1数较内匀适用于比奥小的情况，假设物体部温度均图解法2图图利用海斯勒或舒曼快速估算温度变化数值解法3对杂于复几何或边界条件，采用有限差分等方法对流换热基础定义牛顿冷却定律热传对对对换热关对换热数流体运动引起的量递，包括自然流和强制流描述了流速率与温差的系，引入流系不同类型对流换热管内流动管外流动层换热圆应流和湍流特性差异大，常包括平板、管外流等，用于换热用于管式器空气冷却器等设备沸腾与凝结过换热应相变程中的强化，广泛用于蒸发器和冷凝器对流换热相关无量纲参数雷诺数努塞尔数状态换热数对换热换热数表征流动，影响系表征流强度，是求解系关键的普朗特数数扩热扩流体物性参，反映动量散与对散的相强度换热设备设计基础换热负荷计算1传热确定需要递的量换热面积估算2传热数对数基于总系和平均温差结构设计3选择换热合适的器类型和材料性能评估4计压标算降、效率等指管壳式换热器计算热平衡方程换热确定量和流体出口温度对数平均温差虑考温差沿程变化的影响总传热系数综虑内对导热合考管外流和管壁阻力换热面积数计换热积基于上述参算所需面板式换热器计算特点计算方法换热结紧换热压较虑结板式器构凑，效率高，但降大基本原理与管壳式相似，但需考板间流道的特殊构管内单相流沸腾换热核态沸腾过渡沸腾膜态沸腾123过热区热换热数剧热过辐低度域，气泡在加表面形成气泡合并形成蒸汽膜，系急加表面被蒸汽膜覆盖，主要通传热并脱离下降射管内单相流冷凝换热膜状冷凝滴状冷凝影响因素连续换热难倾冷凝液以液膜形式流动，常见于垂直表冷凝液以液滴形式存在，效果好但以表面角、蒸汽速度、不凝气体含量等维面持相变换热问题潜热1过释热相变程中放或吸收的量换热系数2过换热数显相变程中系著增大流动特性3杂换热气液两相流动复，影响效果压力影响4压导力变化致相变温度改变辐射换热原理定义特点围传过质传物体以电磁波形式向周播能量的程不需介，在真空中播最快，与温度的四次方成正比黑体辐射定律普朗克定律斯特凡玻尔兹曼定律-辐辐绝对描述黑体在不同波长下的射强黑体射总能量与温度四次度分布方成正比维恩位移定律辐对应关描述最大射强度的波长与温度的系实际物体的辐射性质吸收率反射率辐辐物体吸收入射射能量的比例物体反射入射射能量的比例透过率过辐物体透入射射能量的比例多个物体间的辐射换热辐射形状因子关描述两个表面之间的几何系辐射网络法将辐换热简为络进射化电路网行分析蒙特卡洛法计杂辐换热利用统方法模拟复几何中的射辐射与对流换热的耦合自然对流与辐射强制对流与辐射围辐时对高温物体周空气流动与射同高速气流中的物体同受到流时辐存在和射影响综合换热系数虑辐对给换热数考射和流的共同作用，出等效系换热设备实际应用问题结垢1换热压降低效率，增加降，需定期清洗振动2导损流体引起的振动可能致设备坏，需采取减振措施腐蚀3蚀蚀缩选化学腐和电化学腐会短设备寿命，需用合适材料相变沸腾凝结换热装置设计/工艺参数确定1压温度、力、流量等换热面积计算2虑热显热考相变潜和结构优化3进促液膜破碎或气泡脱离安全性评估4烧击防止干或液串并联换热器设计串联布置并联布置过换热获较时过换热流体依次通多个器，可得大温度变化流体同通多个器，可处理大流量化工生产中的换热计算实例一问题描述已知条件12馏计计组进某精塔再沸器的设算塔底液体流量、成、出口压温度，蒸汽力等计算步骤3换热选择换热计换热积压确定量、器类型、算面、校核降化工生产中的换热计算实例二问题描述应夹计反器套冷却系统设已知条件应热应质数反、反物料性、冷却水参计算重点夹换热数套系、冷却水流量、温度控制策略安全考虑紧过热急冷却措施、防止或失控传热计算中的不确定性分析参数不确定性模型不确定性数误简导计物性据、工况波动等引入的化假设致的算偏差差敏感性分析评数对计结估各参算果的影响程度传热计算的局限性和注意事项适用范围尺度效应复杂性计围验数扩规杂注意算公式的适用条件和范实室据大到工业模可能存在偏差实际工况可能比理想模型复得多总结和展望传热计算的重要性1计过础是化工设备设和程优化的基计算方法的进步2验数断从经公式到值模拟，精度不提高未来发展方向3时术应智能算法、多尺度模拟、实优化等新技的用。