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2022年12月10日

工业传热过程机理与传热安全分析

工业传热过程机理与传热安全分析 2011:  一、 传热过程机理分析

根据传热的机理的不同,热量传递有3种基本方式:热传导、热对流、热辐射。传热可依靠其中一种或几种方式进行。不管以何种方式传热,热量自发传递的方向总是由高温处向低温处传递的。???

热传导又称为导热,是由于物质的分子、原子或电子的热运动或振动,使热量从物体的高温部分向低温部分传递的过程。任何紧密接触的物体,不论其内部有无质点的相对运动,只要存在温度差,就必然发生热传导。可见热传导不但发生在固体中,而且也是流体内的一种传热方式。气体、液体、固体的热传导不但发生在固体中,而且也是流体内的一种传热方式。气体、液体、固体的热传导进行的机理各不相同。在气体中,热传导是由不规则的分子热运动引起的;在大部分液体和不良导体的固体中,热传导是由分子或晶格的振动传递动量来实现的。因此,良好的导电体也是良好的导热体。热传导不能在真空中进行。

热对流是指流体中质点发生相对运动而引起的热量传递。热对流仅发生在流体中。由于引起流体质点相对运动的原因不同,对流又可分为强制对流和自然对流。由于外力(泵、风机、搅拌器等作用)而引起的质点运动,称为强制对流;由于流体内部各部分温度的不同而产生密度的差异,使流体质点发生相对运动,称为自然对流。在流体发生强制对流时,往往伴随着自然对流。但一般强制对流的强度比自然对流强度大得多。

流体中发生对流传热时,导热是不能避免的,通常把流体与固体壁面间的热量传递称之为对流传热(或给热)。

因热的原因物体发出辐射能的过程,称为热辐射。它是一种通过电磁波传递能量的方法。具体地说,物体将热能转变成辐射能,以电磁波的形式在空气中进行传送,当遇到另一个能吸收辐射能的物体时,即被其部分或全部吸收,并转变为热能。辐射传热就是不同物体间相互辐射和吸收能量的总结果。可知,辐射传热不仅是能量传递,同时还伴有能量形式的转换。热辐射不需要任何媒介,换言之,可以在真空中传播,这是热辐射不同于其他传热方式的另一特点。应予指出,只有物体温度较高时,辐射传热才能成为主要的传热方式。

实际上,传热过程往往不是以某种传热方式单独出现,而是以两种或三种传热方式的组合。例如生产中普遍使用的间壁式换热器中的传热,主要是以热对流和热传导相结合的方式进行的。下面将结合实际生产情况对传导传热、对流传热和辐射传热分别介绍。

化工生产中的热交换通常发生在两流体之间。在换热过程中,温度较高放出热量的流体称为热流体,温度较低吸收热量的流体称为冷流体。同时,根据换热目的的不同,热流体(或冷流体)又有其他的名称。若换热的目的是为了将冷流体加热,此时热流体称为加热剂,常见的加热剂有水蒸气(一般也称为加热蒸汽)等;若换热的目的是为了将热流体冷却(或冷凝),此时冷流体称为冷却剂(或冷凝剂),常见的冷却剂(或冷凝剂)有冷水、冷冻盐水和空气等。

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