傳熱簡介

傳熱是物質(zhì)在溫度差作用下所發(fā)生的熱量傳遞過程。無論在物體內(nèi)部或者物體之間，只要存在著溫度差，熱量就將以某一種或同時以某幾種方式自發(fā)地從高溫處傳向低溫處。因此傳熱是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普通的一種傳熱現(xiàn)象。在幾乎所有的工業(yè)部門，如化工、能源、冶金、機(jī)械、建筑等都涉及許多傳熱相關(guān)問題。

一．化工生產(chǎn)中的傳熱

在化工生產(chǎn)過程中，存在著大量與傳熱相關(guān)的工藝過程。因為絕大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)和物理過程均要在一定的溫度條件下進(jìn)行，這就要求向系統(tǒng)輸入或輸出熱量。因此，傳熱是化學(xué)工業(yè)中常見的單元操作之一，傳熱設(shè)備在化工廠設(shè)備投資中通常都占有很大比例，有些可達(dá)30%以上。

在化工生產(chǎn)中，傳熱的應(yīng)用主要有以下兩個方面：

1.強(qiáng)化傳熱

為了使物料滿足所要求的操作溫度進(jìn)行的加熱或冷卻，希望熱量以所期望的速率進(jìn)行傳遞，如各種換熱器設(shè)備中的傳熱。

2.削弱傳熱

為了使物料或設(shè)備減少熱量散失，而對管道或設(shè)備進(jìn)行的保溫或冷卻。

化學(xué)工業(yè)能耗高，僅次于冶金工業(yè)，因此，應(yīng)合理利用能源、節(jié)約能源。同時。熱能合理利用對降低產(chǎn)品成本和環(huán)境保護(hù)都有重要意義。

在化工生產(chǎn)中，通常采用以下三種方式進(jìn)行冷、熱流體之間的熱交換：一種是冷熱流體直接混合交換熱能；第二種是將；冷、熱流體交替通過蓄熱體實現(xiàn)熱能交換；第三種方法為間壁換熱，即冷、熱流體通過管壁或器壁面進(jìn)行換熱。化工生產(chǎn)中大多采用間壁換熱的方式來進(jìn)行熱交換。

二．傳熱過程

1.傳熱速率和熱通量

換熱器中的兩流體間傳遞的熱量，通常由傳熱任務(wù)所規(guī)定。熱傳遞的快慢用傳熱速率表示。傳熱速率是指單位時間內(nèi)熱流體通過整個換熱器的傳熱面?zhèn)鬟f給冷流體的熱量。

2.穩(wěn)態(tài)傳熱和不穩(wěn)態(tài)傳熱

若傳熱系統(tǒng)中各點的溫度僅隨位置變化而不隨時間變化，則這種傳熱過程稱為穩(wěn)態(tài)傳熱，其特點是通過傳熱面的傳熱速率為常量，連續(xù)生產(chǎn)過程多為穩(wěn)態(tài)傳熱。

若傳熱系統(tǒng)中各點的溫度不僅隨位置發(fā)生變化，而且也隨時間變化，則這種傳熱過程稱為不穩(wěn)態(tài)傳熱，連續(xù)生產(chǎn)的開、停車及間歇生產(chǎn)過程為不穩(wěn)態(tài)傳熱過程。

3.傳熱肌理

任何熱量的傳遞只能通過傳導(dǎo)、對流和輻射三種方式進(jìn)行。

（1）熱傳導(dǎo)

熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱。物體各部分之間不發(fā)生相對位移時，依靠分子、原子或電子等微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。氣體、液體和固體的熱傳導(dǎo)肌理是不同的。在氣體中，熱傳導(dǎo)是氣體分子不規(guī)則運動時相互碰撞使熱量從高溫處遷移到低溫處。在大部分液體和不良導(dǎo)體的固體中，熱傳導(dǎo)是由分子的動量傳遞所致。在金屬固體中，自由電子的運動對熱量傳導(dǎo)起著重要作用。

（2）對流

對流僅發(fā)生于流體中，它是指由于流體的宏觀運動使流體各部分之間發(fā)生相對位移而導(dǎo)致的熱量傳遞過程。由于流體間各部分是相互接觸的，處了流體的整體運動所帶來的熱對流之外，還有由于流體的微觀粒子運動造成的熱傳導(dǎo)。在工程將流體經(jīng)固體表面時的熱量傳遞過程，稱之為對流傳熱。

（3）熱輻射

輻射是一種通過電磁波傳遞能量的過程。物體因熱的原因發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。自然界中各個物體都不停地向其周圍空間發(fā)出熱輻射，同時又不斷地吸收其他物體發(fā)出的輻射能。輻射與吸收過程的綜合結(jié)果就造成了以輻射方式進(jìn)行物體間的熱量傳遞，即發(fā)射時由內(nèi)能轉(zhuǎn)換為輻射能，吸收時又從輻射能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能。雖然物體能夠以熱輻射的方式進(jìn)行熱量傳遞，但一般只有在物體溫度較高，物體間溫差較大時，輻射傳熱才作為主要傳熱方式。

實際傳熱過程往往是兩種或三種傳熱方式的組合。如對于間壁換熱過程，熱能傳遞同時包含了熱傳導(dǎo)和熱對流。