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传热过程heat transfer process

时间：2020-03-01 来源：网络 浏览：
一类以热量传递为主要理论基础的单元操作，主要有换热和蒸发等。传热过程普遍存在于各工业生产过程中，与化学工业的关系尤为密切，主要用于：①物料的加热、冷却、汽化和冷凝，以达到或维持生产工艺所要求的温度和相态；②热量的回收，以提高能量利用率;③设备的保温，以减少热量或冷量的损失，并改善劳动条件;④溶液的蒸发，以取得浓缩的溶液或纯净的溶剂。此外，化工生产中的许多单元操作（如蒸馏、干燥、制冷等）和反应过程均涉及热量传递，这些过程的设计、操作和控制也都要利用传热过程的规律。
　　化工生产中冷热流体间的传热，大都通过间壁进行。单位时间内热流体通过设备的总传热面积传递给冷流体的热量，称为热流量φ。它可表示为：
　　　　　　　

式中R为总热阻；K为传热系数；A为传热面积;T－t为热流体与冷流体的温差，是传热推动力。
　　冷热流体间通过间壁的传热，至少包括三个串联的步骤（见图）：

图

①热量靠对流传热自热流体传给壁面；②热量自壁面高温侧靠热传导传至低温侧；③热量靠对流传热自壁面传给冷流体。对于定态过程，各步骤传递的热量必定相等，当壁面两侧面积相等时，可以证明：
　　 　　　

式中 α1和 α2分别为壁面两侧传热分系数；λ为间壁材料的热导率；δ为间壁厚度。此式表明传热的总热阻等于三个串联的分热阻之和。其中δ/λ的值，当间壁为金属材料时通常比其余两项小得多。
　　单位时间内通过单位传热面积所传递的热量，称为热量通量（又称热流密度）q，也就是：
　　　　　　　　　

q＝dφ/dA

热量通量是反映传热过程强度的特征量，可表示为：
　　　　　　　　　

q＝K(T-t)

　　当两流体通过间壁传热时，流体的温度往往沿壁面发生变化，为计算通过整个壁面的热流量，必须对热量通量沿整个壁面积分，这就是传热基本方程式，它可写作：
　

φ＝KAΔtm

式中Δtm为平均温度差。
　　平均温度差的大小与冷热两流体沿壁面流动的方向有关。当两流体作逆流或并流流动时，平均温度差为壁面两端温度差Δt1和Δt2的自然对数平均值，即：
　　　　　 　　

当冷热两流体的进出口温度一定时，逆流流动的平均温度差最大，并流时的最小，其他各种流动方式则介于两者之间。但当有一个流体温度保持不变时（如冷凝、沸腾），则流动方式对平均温度差没有影响。  
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