化工原理第四章 传热 PPT
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化工基础第四章 传热ppt课件
1.固体热导率 金属材料 10～102 W/(m•K) 建筑材料 10-1～10 W/(m•K) 绝热材料 10-2～10-1 W/(m•K)
在一定温度范围内：
0(1a)t
对大多数金属材料a < 0 ，t 对大多数非金属材料a > 0 ， t
2.液体热导率 0.09～0.6 W/(m·K)
t/n ── 温度梯度，℃/m或K/m； ── 导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。
负号表示传热方向与温度梯度方向相反
二、热导率
dtQ //dnA tq /n
在数值上等于单位温度梯度下的热通量
表征材料导热性能的物性参数
= f(结构, 组成, 密度, 温度, 压力）
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
稳定传热：在传热体系中各点的温度只随换热器 的位置的变化而变，不随时间而变．特点：通过传热 表面的传热速率为常量，热通量不一定为常数。
稳态传热 Q ,q ,t fx ,y ,z t 0
不稳定传热：若传热体系中各点的温度，既随 位置的变化，又随时间变化。特点：传热速率、热 通量均为变量。通常连续生产多为稳定传热，间歇 操作多为不稳定传热。
冷流体t1 T2
（二）传热速率与热流密度
传热速率Q（热流量）：单位时间内通过换热器的 整个传热面传递的热量，单位 J/s或W。 热流密度q （热通量） ：单位时间内通过单位传热 面积传递的热量，单位 J/(s. m2)或W/m2。
q Q A
（三）稳态与非稳态传热
非稳态传热 Q ,q ,t fx ,y ,z ,
b11A t1b2t2A 2tb333At1R t4i 总 总推 热动 阻力
各层的温差
化工原理第四章第四节讲稿PPT课件
t2 R2
tw t 1
t3 R3
i dS i
2020/11/12
利用串联热阻叠加原则：
dQ T t1 t2 t3
R
R1 R2 R3
K1d 0 S01 d0Sdbm Si1 diS
若以外表面为基准
11bd0S dS0 dS ddl
K 0 dSm idSi
dS0dSmd0dm
,d
S0 d
若冷凝液的温度低于饱和温度离开换热器
Q W h r c p T s h T 2 W c c p t 2 c t 1
2020/11/12
二、总传热速率方程
通过换热器中任一微元面积的间壁两侧的流体的传热速 率方程，可以仿照对流传热速率方程写出：
d Q K (Tt)d SK tdS
•两侧的α相差不大时，则必须同时提高两侧的α，才能提高K
值。
•污垢热阻为控制因素时，则必须设法减慢污垢形成速率或及
时清除污垢。
2020/11/12
例：有一列管换热器，由φ25×2.5的钢管组成。CO2在管内 流动，冷却水在管外流动。已知管外的α1=2500W/m2·K，管 内的α2= 50W/m2·K 。 （1）试求传热系数K； （2）若α1增大一倍，其它条件与前相同，求传热系数增大 的百分率； （3）若增大一倍，其它条件与（1）相同，求传热系数增 大的百分率。
1 0 .5 1 8 3 0 0 .0 0 2 2 5 0 .5 5 1 3 2 0 5 1 25 250045 2 .5 2 25 02 00
2020/11/12
0 .0 0 0 .0 0 0 0 4 .0 00 5 0 .0 0 80 0 0 .0 0 62 6 2
0.02m 627K/W K3.5 7W/m 2K
化工原理第四章讲稿PPT课件
传热速率与热通量的关系为 q dQ dA
传热速率
传热温差（推动力） 热阻（阻力）
传热温差以△T表示，热阻通常以R或r表示Q T
R
2021/2/11
q T r
第四章 传热
第二节 热传导
一、基本概念和傅立叶定律 二、导热系数 三、平壁的稳定热传导 四、圆筒壁的稳定热传导
2021/2/11
一、基本概念和傅立叶定律
2021/2/11
五、典型的间壁式换热器及其传热过程
1、套管式换热器
套管式换热器是由两种直径大小不同的直管组成的同心 管，一种流体在内管中流动，另一种流体在内、外两壁 间的环隙中流动，通过内管管壁进行热量交换。内管壁 的表面积即为传热面积。
2、列管式换热器
列管式换热器由壳体、管束、管板和封头等部件组成。
2021/2/11
2021/2/11
2021/2/11
一种流体由封头的进口管进入器内，流经封头与管板的空间 分配至各管内（称为管程）。通过管束后，从另一端封头的 出口流出换热器。另一种流体则由壳体的接管流入，在壳体 与管束间的空隙流过（称为壳程），从壳体的另一端接管流 出。壳体内往往安装若干块与管束相垂直的折流挡板。 流体在管束内只通过一次，称为单程列管式换热器。
2021/2/11
二、热源和冷源
1、热源
1）电热：特点是加热能达到的温度范围广，而且便于控制， 使用方便，比较清洁。但费用比较高 。
2）饱和水蒸气： 优点：饱和水蒸气的冷凝温度和压强有一一对应的关系， 调节饱和水蒸汽的压强就可以控制加热温度，使用方便， 而且饱和蒸汽冷凝过程的传热速率快。 缺点：饱和水蒸气冷凝传热能达到的温度受压强的限制。
gradt
lim
化工原理传热精品-PPT
化工原理传热精品
主要内容
4、1 概述 4、2 热传导 4、3 对流传热概述 4、4 对流传热系数关联式 4、5 传热过程计算 4、6 辐射传热 4、7 换热器
2
基本要求
了解热传导基本原理,掌握傅立叶定律及平壁、圆筒 壁得热传导计算;
了解对流传热得基本原理、牛顿冷却定律及影响对流 传热得因素;掌握对流传热系数得物理意义和经验关联 式得用法、使用条件及注意事项;
Sm 2rmL
Sm
S2 S1 ln S2 / S1
圆筒壁得 对数平均
半径
rm
r2 r1 ln r2
r1
注:当 r2/r1<2时,可用算术平均值代替对数平均值。 44
2、多层圆筒壁得热传导
假设层与层之 间接触良好,即互 相接触得两表面温 度相同。
图4-12 多层圆筒壁热传导
45
2、 多层圆筒壁得热传导
微分导 热速率
dQ dS t
n
Q与温度 梯度方向
相反
导热系 数
温度梯 度
傅立叶定律表明导热速率与 温度梯度及传热面积成正比,而 热流方向却与温度梯度相反。
Δn ət/ən Q
32
3、 导热系数
dQ dS t
q t
n n
① 在数值上等于单位温度梯度下得热通量,故物质得
越大,导热性能越好。
② 是物质得固有性质,是分子微观运动得宏观表现。
加热剂
适用温度,℃
冷却剂 适用温度,℃
热水 饱和蒸汽 矿物油 联苯混合物 熔盐 烟道气加热剂
40～100 100～180 180～250 255～380(蒸汽) 142～530 ～1000
水 空气 盐水
0～80 >30 0～－15
主要内容
4、1 概述 4、2 热传导 4、3 对流传热概述 4、4 对流传热系数关联式 4、5 传热过程计算 4、6 辐射传热 4、7 换热器
2
基本要求
了解热传导基本原理,掌握傅立叶定律及平壁、圆筒 壁得热传导计算;
了解对流传热得基本原理、牛顿冷却定律及影响对流 传热得因素;掌握对流传热系数得物理意义和经验关联 式得用法、使用条件及注意事项;
Sm 2rmL
Sm
S2 S1 ln S2 / S1
圆筒壁得 对数平均
半径
rm
r2 r1 ln r2
r1
注:当 r2/r1<2时,可用算术平均值代替对数平均值。 44
2、多层圆筒壁得热传导
假设层与层之 间接触良好,即互 相接触得两表面温 度相同。
图4-12 多层圆筒壁热传导
45
2、 多层圆筒壁得热传导
微分导 热速率
dQ dS t
n
Q与温度 梯度方向
相反
导热系 数
温度梯 度
傅立叶定律表明导热速率与 温度梯度及传热面积成正比,而 热流方向却与温度梯度相反。
Δn ət/ən Q
32
3、 导热系数
dQ dS t
q t
n n
① 在数值上等于单位温度梯度下得热通量,故物质得
越大,导热性能越好。
② 是物质得固有性质,是分子微观运动得宏观表现。
加热剂
适用温度,℃
冷却剂 适用温度,℃
热水 饱和蒸汽 矿物油 联苯混合物 熔盐 烟道气加热剂
40～100 100～180 180～250 255～380(蒸汽) 142～530 ～1000
水 空气 盐水
0～80 >30 0～－15
化工原理第四章对流传热41页PPT
Re
lu
普兰德数 (Prandtl number)
Pr c p
表示惯性力与粘性力之比， 是表征流动状态的准数
表示速度边界层和热边界层 相对厚度的一个参数，反映
与传热有关的流体物性
影响 较大的物性常数有：，， Cp ，。 （1）的影响 ； （2）的影响 Re ；
（3）Cp的影响 Cp 则单位体积流体的热容量大，
则较大； （4）的影响 Re 。
2020/3/29
3、流动型态 【层流】主要依靠热传导的方式传热。由于流体的
导热系数比金属的导热系数小得多，所以热阻大。
【湍流】由于质点充分混合且层流底层变薄，较大
2020/3/29
2、有效膜模型
（1）流体与固体壁面之间存在一个厚度为bt的虚拟 膜（流体层），称之为有效膜； （2）有效膜集中了传热过程的全部传热温差的以及 全部热阻，在有效膜之外无温差也无热阻存在（所 有的热量传递均产生在有效膜内）； （3）在有效膜内，传热以热传导的方式进行。
2020/3/29
2020/3/29
二、对流传热速率方程 1、什么是模型法
【定义】把复杂问题简单化、摒弃次要的条件，抓 住主要的因素，对实际问题进行理想化处理，构建 理想化的物理模型，获得某一过程的有关规律。具 体方法为： （1）对过程进行合理的简化； （2）获得物理模型（构象）； （3）对物理模型进行数学描述，获得有关规律。
过程的因素都归结到了当中。
2020/3/29
三、影响对流传热系数的因素
1、引起流动的原因 【自然对流】由于流体内部存在温差引起密度差形
成的液体内部环流，一般u较小，也较小。
【强制对流】在外力作用下引起的流动运动，一般u
较大，故较大。因此：
《化工原理传热》课件
稳态传热的分析
稳态传热是指传热过程中温度场和热流量保持不变的情况，本节将分析稳态传热的问题和解决方 法。
非稳态传热的分析
非稳态传热是指传热过程中温度场和热流量随时间变化的情况，本节将分析非稳态传热的特点和 解决方法。
热传导的数值计算方法
热传导的数值计算方法是解决复杂传热问题的重要手段，本节将介绍常用的数值计算方法和软件 工具。
辐射传热原理
辐射传热是热能通过电磁波辐射传递的一种方式，本节将探讨辐射传热的原 理、黑体辐射和辐射传热系数的计算。
热传导方程探讨
热传导方程是描述热传导过程的数学方程，本节将详细讨论热传导方程的推 导和应用。
热传导系数的计算
热传导系数是热传导过程中的重要参数，本节将介绍热传导系数的计算方法， 包括理论计算和实验测定方法。
换热器传热面积的计算
换热器传热面积是换热器设计的重要参数，本节将介绍换热器传热面积的计 算方法和影响因素。
换热器的传热计算方法
换热器的传热计算方法是根据传热原理进行换热器性能评估和设计的重要步 骤，本节将介绍换热器的传热计算方法和案例分析。
热流量计算方法
热流量是换热器传热性能的重要参数，本节将介绍热流量的计算方法，包括计算公式和实际应用。
传热中的传质
在化工过程中，传热与传质密切相关，本节将讨论传热中的传质现象和传质机制。
多相流传热与传质
多相流传热与传质是化工过程中的常见现象，本节将介绍多相流传热与传质 的基本理论和常用计算方法。
流量、温度、传热性能关系的 建模
流量、温度和传热性能之间的关系是化工过程中的重要问题，本节将介绍建 立流量、温度和传热性能关系的建模方法。
传热应用案例分析
通过传热应用案例分析，将应用所学的传热知识解决实际工程问题，提升传热能力和工程实践经 验。
第四章 传热过程ppt
第四章 传热过程
§1概述 一、化工生产中的传热过程——传热的应用 1、供给或取走反应热： 相变潜热：
2、回收利用余热、废热。变换气的降温，以利用热能
3、隔绝热量传递, 避免热量损失：保温瓶, 保温蒸汽管 二、要解决的问题 1、进行热量衡算，确定热载体的用量 2、计算完成一定生产(传热)任务所需的传热面积 3、寻找强化传热途径——提高传热速率
式中:ΔHm;ΔHn分别为
质量和摩尔相变潜热 (单位分别为：kJ/kg；kJ/mol)
§2 传导传热（热传导，导热） 一、定义：传导传热——发生在固体、静止或滞流流体中， 因分子的振动或自由电子的运动而传递热量的方式。 二、导热方程—付立叶定律： 1、导热方程 如图：若t1>t2，热量将自动的以导 热方式从内壁向外壁传递。 实验证明：通过该壁传递的热量与 壁两侧的温差成正比，与传热面积 和传热时间成正比，与传导距离成 反比，即： dQ= 付立叶方程 对于稳定的热传导：dt不随时间dη变化，故积分为：
∵没有K=f(t)关系，只有K-t数据，∴只能采用辛普森数据
积分(自变量间隔相等) 公式积分：
n为积分区间所分的等分数，这里有6组数据 (K- t)，可求 得 6 个y值，即：
分别计算出y0,y1,y2…y5 代入公式求得η：
=8.57*105 (25/3)(5.75+4(2.78+2.51)+2(2.34+3.37) +6.94)10-5 =3230 s=54 min 341-12 六：传热温度差 传热过程中温差一般是变化的，需取平均值计算。 1、稳定的恒温传热温差 如图的传热过程：
可找到dA～d(T-t) 关系，积分就可得(T-t)m =Δtm 即：经过dA后换热器换热：
§1概述 一、化工生产中的传热过程——传热的应用 1、供给或取走反应热： 相变潜热：
2、回收利用余热、废热。变换气的降温，以利用热能
3、隔绝热量传递, 避免热量损失：保温瓶, 保温蒸汽管 二、要解决的问题 1、进行热量衡算，确定热载体的用量 2、计算完成一定生产(传热)任务所需的传热面积 3、寻找强化传热途径——提高传热速率
式中:ΔHm;ΔHn分别为
质量和摩尔相变潜热 (单位分别为：kJ/kg；kJ/mol)
§2 传导传热（热传导，导热） 一、定义：传导传热——发生在固体、静止或滞流流体中， 因分子的振动或自由电子的运动而传递热量的方式。 二、导热方程—付立叶定律： 1、导热方程 如图：若t1>t2，热量将自动的以导 热方式从内壁向外壁传递。 实验证明：通过该壁传递的热量与 壁两侧的温差成正比，与传热面积 和传热时间成正比，与传导距离成 反比，即： dQ= 付立叶方程 对于稳定的热传导：dt不随时间dη变化，故积分为：
∵没有K=f(t)关系，只有K-t数据，∴只能采用辛普森数据
积分(自变量间隔相等) 公式积分：
n为积分区间所分的等分数，这里有6组数据 (K- t)，可求 得 6 个y值，即：
分别计算出y0,y1,y2…y5 代入公式求得η：
=8.57*105 (25/3)(5.75+4(2.78+2.51)+2(2.34+3.37) +6.94)10-5 =3230 s=54 min 341-12 六：传热温度差 传热过程中温差一般是变化的，需取平均值计算。 1、稳定的恒温传热温差 如图的传热过程：
可找到dA～d(T-t) 关系，积分就可得(T-t)m =Δtm 即：经过dA后换热器换热：
化工基础-传热 PPT课件
单位： cp J ·kg-1 ·K-1
cpm J ·mol-1 ·K-1
5、显热：单位量（质量或物质的量）物质在等压时变温伴 随的热量变化。单位： J
计算：Q=m ·cp ·Δt
或 Q=n ·cpm ·Δt
6、潜热：单位量（质量或物质的量）物质在发生相变时 伴随的热量变化。单位： J ·kg-1， J ·moj-1 汽化热、冷凝热、升华热、溶解热、结晶热等
1kcal ·h-1 =1.163W
3、传热强度q：
单位时间单位面积传递的热量。也叫热流密度。
q Q A
单位：W ·m-2 ， kg·s-3
2020/7/9
第四章 传热过程
5
化工基础
College of Chemistry & Materials
4、恒压比热容cp、cpm：单位量物质恒压下升温1K所需热量。
t2
t3
A2
2 2
第三层： t3
t3
t4
A3
3 3
2020/7/9
第四章 传热过程
Φ
δ1 δ2 δ3
A
t1
△t1
t2
△t2 △t3
t3 t4
厚度δ
12
化工基础
College of Chemistry & Materials
对定态传热：A1=A2=A3=A，Φ1=Φ2=Φ3=Φ
上面三式相加：
q
t
i
0.24
940 50 0.12
0.24
890 1.248
713.4W
m2
i 0.9 0.2 0.63
由
q ti ti1
i i
得
t2
《化工原理传热》课件
导热问题的数学描述
导热问题的数学描述通常使 用偏微分方程，如热传导方 程。
解这些方程可以得到导热过 程中的温度分布、热流量等 参数。
通过建立数学模型，可以描 述导热过程中温度随时间和 空间的变化规律。
在实际应用中，还需要考虑 其他因素如边界条件、初始 条件等。
03
对流换热
对流换热基本概念
01
02
04
辐射换热
辐射换热基本概念
定义
01
物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射换热。
辐射换热与物质属性
02
物体的辐射换热能力与其发射率、吸收率、反射率和透射率有
关。
辐射换热与温度
03
物体的辐射换热能力随温度升高而增强。
辐射换热计算方法
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
描述了物体在绝对黑体条件下辐射换热的规律。
发射率修正
02
它主要通过物质分子、原子或分子的振动和相互碰 撞进行热量传递。
03
热传导是三种基本传热方式之一，另外两种是热对 流和热辐射。
傅里叶定律
傅里叶定律是热传导的基本定 律，它描述了热传导速率与温
度梯度之间的线性关系。
公式为：q = -k * grad(T)， 其中q为热流密度，k为导热 系数，grad(T)为温度梯度。
传热方式
01
02
总结词：传热主要有三 种方式：热传导、热对 流和热辐射。
详细描述
03
04
05
1. 热传导是指热量在物 质内部通过分子、原子 等微观粒子的运动传递 热量。不同物质导热能 力不同，金属是良好的 导热体。
2. 热对流是指由于物质 宏观运动引起的热量传 递过程，如气体、液体 等流动过程中热量的传 递。对流换热在化工、 能源、动力等领域有广 泛应用。
化工原理第四章 传热ppt课件
导热热阻（℃/W） （4-5）式还可写成：
qQ Abt1t2
精选PPT课件
（4-6）
18
（二）多层平壁的稳态热传导
三层平壁如图，设层间接触良好
一维稳定导热必有： Q1= Q2= Q3= Q
即：
Qt1t2 t2t3 t3t4 const
b1
b2
b3
1A 2A 3A
依叠加原理：
Qt1t2t2t3t3t4 b1 b2 b3
t1t4 3 bi
1A 2A 3A 精选PPT课件
A i1 i
(4-7)
19
n层时：
Q
t1 tn1 n bi
i1 i A
此式说明：某层热阻大，需要的温差也大，即以 较大的温差克服较大的阻力，才能达到与其他层传热 速率相同。
精选PPT课件
20
四、圆筒壁的稳态热传导
特点：传热面积、温度沿半径变化 设圆筒壁为无限长，目的也是按一维导热处理
（3）气体导热系数
总之：
气体导热系数很小。T↑ λ↑
λ固态金属 >λ固态非金属 >λ液体 > λ绝热材料 > λ气体
精选PPT课件
14
在非金属液体中，水的热导率最大
精选PPT课件
15
三、平壁的稳态热传导
（一）单层平壁的稳态热传导
前提：（1）平壁无限大，平壁长宽远大于厚度，边缘 热量损失忽略。
（2）平壁两侧温度均匀、恒定，且t1>t2： （3）壁内传热系定态一维热传导；
（4）材料密度均匀，导热系数λ 为常数；
傅立叶定律可写成：
Q
A
dt dx
=常数
精选PPT课件
16
对傅立叶定律式积分：
化工原理第四章传热42PPT课件
⑤流体传热时的相变化 相变会引起与壁面接触处流体的运动形式改变，如加剧搅
动。一般来讲，相变有利于传热。这就是用蒸汽加热的原因之 一。
空气自 气体强 水自然 水强制 水蒸汽 有机蒸 水沸腾 然对流 制对流 对流 对流 冷凝 汽冷凝
5~25 20~100 20~ 1000~ 5000~ 500~ 2500~
d. 普兰特（Prandtl）准数
Pr c p
反映流体物性对对流传热的影响。
气体：小于1接近1 ，液体：大于1 。
e.定性温度 取什么温度查取所需物性： ,,cp,
1、因给热热阻主要集中在层流内层，所以定性温度取平
均膜温
tm
tm
tw t 2
2、广泛使用：t m =流体主体的平均温度
例如：管流：
1000 15000 15000 2000 25000
⑥壁面的形状、排列方式和尺寸 流体流过固体表面的状况对流体的流动有影响，同时影响
热边界的形成和发展。当管长增加时，传热边界层中温度分 布将逐渐变得更为平坦，当通过很长的管长时，温度梯度会 消失，此时传热也就停止了。所以管子的尺寸和形状对α有较 大的影响。管子排列时：错列的a高于直列
况进行换热）。
②流体的对流状态：强制对流自然对流时a为大。 a
t
③流体的物理性质
如导热系数、热容、膨胀系数、密度和粘度等，其中导
热系数、热容、密度、膨胀系数增大对传热有利；而粘度大，
则滞流层厚，对流传热系数变小。
④传热的温度 温度对流体的物理性质有显著的影响。因此，壁面和流
体的温度以及两者的温度差对给热系数有间接但是明显的影 响。如粘度随温度的升高而降低，在其他条件不变的情况下， 热边界层减薄，有利于传热 。因此在使用物理参数时，要考 虑温度。
动。一般来讲，相变有利于传热。这就是用蒸汽加热的原因之 一。
空气自 气体强 水自然 水强制 水蒸汽 有机蒸 水沸腾 然对流 制对流 对流 对流 冷凝 汽冷凝
5~25 20~100 20~ 1000~ 5000~ 500~ 2500~
d. 普兰特（Prandtl）准数
Pr c p
反映流体物性对对流传热的影响。
气体：小于1接近1 ，液体：大于1 。
e.定性温度 取什么温度查取所需物性： ,,cp,
1、因给热热阻主要集中在层流内层，所以定性温度取平
均膜温
tm
tm
tw t 2
2、广泛使用：t m =流体主体的平均温度
例如：管流：
1000 15000 15000 2000 25000
⑥壁面的形状、排列方式和尺寸 流体流过固体表面的状况对流体的流动有影响，同时影响
热边界的形成和发展。当管长增加时，传热边界层中温度分 布将逐渐变得更为平坦，当通过很长的管长时，温度梯度会 消失，此时传热也就停止了。所以管子的尺寸和形状对α有较 大的影响。管子排列时：错列的a高于直列
况进行换热）。
②流体的对流状态：强制对流自然对流时a为大。 a
t
③流体的物理性质
如导热系数、热容、膨胀系数、密度和粘度等，其中导
热系数、热容、密度、膨胀系数增大对传热有利；而粘度大，
则滞流层厚，对流传热系数变小。
④传热的温度 温度对流体的物理性质有显著的影响。因此，壁面和流
体的温度以及两者的温度差对给热系数有间接但是明显的影 响。如粘度随温度的升高而降低，在其他条件不变的情况下， 热边界层减薄，有利于传热 。因此在使用物理参数时，要考 虑温度。
《第四章传热》PPT课件
gradt dt dx
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
四章传热ppt课件
19
若温度场内各点的温度不随时间改变，则称为稳定温度 场。稳定温度场中的导热即为稳定导热（又称定态导
热）。可用数学表达式表示为：t = f (x, y, z)
• 稳定温度场中温度相同的点所组成的面称为等温面。 • 当稳定温度场中的温度只沿空间某一方向变化时，称为一
维稳定温度场，此时的导热称为一维稳定导热。可用数学 表达式表示为：
• 温度随半径而变；此时傅立叶定律应改写为
Q A dt
dr
• 圆筒壁的导热面积随半径而变，A＝2πrL。
2020/4/30
31
• 如图所示，由傅立叶定 律有：
Q(2rL) dt
dr
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32
• 将上式分离变量，并根据边界条件积分。即：
• 积分得：
Qr2 dr2L t2dt
r r1
23
1．气体的导热系数
• 气体的导热系数最小 • 随着温度的升高而增大；而在相当大的压强范
围内，气体的导热系数随压强的变化很小，可 以忽略不计，只有当压强很高（大于200MPa） 或很低（小于2.7kPa）时，才应考虑压强的影 响，此时导热系数随压强的升高而增大。
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2．液体的导热系数
t1 t2
b
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由傅立叶定律
Q A dt
dx
t2 dt Q
b
dx
ห้องสมุดไป่ตู้
t1
A 0
Q A(t1 t2 )
b
t1
Q
t2
b
Q(t1t2) b
Rt 导 导 热 热 推 热 动 阻 力
A
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四、传热过程
（一）传热速率 可用两种方式表示：
（1）热流量Q：
单位时间内通过整个换热器的传热面所传递的热量 (J/s)或W
（2）热流密度（或热通量）q：
单位时间、通过单位传热面传递的热量 （J/m2·s）或（W /m2）
二者之间的关系： q dQ dA
注意：对传热速率的要求是相对的，需要加热、冷却时， 要强化传热；要求保温时，要降低传热速率。
化工原理第四章 传热
第一节 概述
一、传热过程的应用
1、物料的加热与冷却：
使物料达到指定的温度
2、热量与冷量的回收利用：
以节约能源，降低生产成本
3、设备与管道的保温：
以减少热量、冷量损失
§4.1 二、热量传递的基本方式
根据传热机理的不同，分为三种：
1、热传导（Conduction）（导热）
原因：微观粒子的热运动 特点：无宏观位移
r2 r1
t2
)
2rml(t1 t2)
(r2 r1)
可整理得： Am(t1 t2) t1 t2
b
b
（4-11）
Am （类似于平壁导热）
其中： Am2rml dml
对数平均半径：
rm
r2 r1 ln r2
r1
对数平均直径：d m
d2 d1 ln d2
d1
当d2 d1
2
时，可用算术平均直径：
是固体内部热量传递的主要形式
2、对流传热（Convection）
原因：流体质点相对位移 特点：流体流动（自然、强制）
3. 辐射传热（Radiation）
原因：因热产生电磁波辐射 特点：不需要媒介，可在真空中传递；
有能量形式变化
三、两流体通过间壁换热
1、间壁式换热器
2、两流体通过间壁的传热过程
（1）热流体以对流方式将热量传递到间壁的一侧壁面 （2）热量从间壁的一侧壁面以导热方式传递到另一侧 壁面 （3）最后以对流方式将热量从壁面传给冷流体
傅立叶定律与牛顿粘性定律类似。
dudu
dy dr
（此处的类似是指非同类过程之间的相似性）
二、热导率
物质的物理性质之一
表征物质的导热能力， λ越大，导热性能越好。 影响因素： 物质种类、环境温度等
（1） 固体导热系数 λ的数量级（W/m·℃）：金属：10~102
建材：10-1~10 绝热材料：10-2~10-1
dm
d2
d1 2
也可用对数平均面积：
Am
A2 A1 ln A2
A1
由式 Q 2l(t1 t2) t1 t2 得
lnd2
b
d1
Am
圆筒壁热阻
（二）多层圆筒壁的稳态热传导
三层圆筒壁如图，设层间接触良好
一维稳定导热： Q1=Q2=Q3=Q
注意： q1≠q2≠q3
原因是：热射线是放射性形式，各层面积不等。 仿多层平壁的处理方法，热阻代入圆筒的热阻。
第二节 热传导
一、傅立叶定律
（一）温度场和温度梯度
温度场：物体内各点温度在时空中的分布。
Tf(x,y,z,)
定态时： Tf(x,y,z)
一维稳定温度场：T f (x)
等温面：温度相同的点所组成的面。
等温面彼此不会相交。 一维稳定温度场内的等温面是平行或同心的圆筒面。
温度梯度:
dt
dt
一维时：
dn
（4）材料密度均匀，导热系数λ 为常数；
傅立叶定律可写成：
Q
A
dt dx
=常数
对傅立叶定律式积分：
Q A dt
dx
t2dt Q x2dx
t1
A x1
Q
Q
t2t1A(x2x1) A b
（4-5）
整理得：
温差，导热推动力（℃）
推动力 阻力
（4-5a）
导热热阻（℃/W） （4-5）式还可写成：
固体λ与温度的关系： 0(1a)t （W/m℃）
λ0——0℃时材料的导热系数 a——温度系数（金属为–，非金属为+）
λ金属> λ合金> λ非金属 （2）液体导热系数
水、氯化钙、甘油、乙二醇：T↑ λ↑ 其他液体：T↑ λ↓
λ液态金属> λ 水> λ其他液体 液体的λ较小，但比固体绝热材料大
（3）气体导热系数
总传热量Q沿r方向各处相等； q沿r方向各截面传热量不等；
依傅立叶定律：Q A dt
dr
即 Q2rl dt
dr
Q r2dr2l t2dt
r r1
t1
Q2l(t1t2) (t1t2) t
lnr2 r1
21llnrr12
R
（4-9）
Q
式(4-9)还
2(r2 r1)l(t1
(r2
r1
)ln
总之：
气体导热系数很小。T↑ λ↑
λ固态金属 >λ固态非金属 >λ液体 > λ绝热材料 > λ气体
在非金属液体中，水的热导率最大
三、平壁的稳态热传导
（一）单层平壁的稳态热传导
前提：（1）平壁无限大，平壁长宽远大于厚度，边缘 热量损失忽略。
（2）平壁两侧温度均匀、恒定，且t1>t2： （3）壁内传热系定态一维热传导；
qQ Abt1t2
（4-6）
（二）多层平壁的稳态热传导
三层平壁如图，设层间接触良好
一维稳定导热必有： Q1= Q2= Q3= Q
即：
Qt1t2 t2t3 t3t4 const
b1
b2
b3
1A 2A 3A
依叠加原理：
Qt1t2t2t3t3t4
b11Ab22Ab33A
t1t4 3 bi
A i1 i
(4-7)
n层时：
Q
t1 tn1 n bi
i1 i A
此式说明：某层热阻大，需要的温差也大，即以
较大的温差克服较大的阻力，才能达到与其他层传热 速率相同。
四、圆筒壁的稳态热传导
特点：传热面积、温度沿半径变化 设圆筒壁为无限长，目的也是按一维导热处理
（一) 单层圆筒壁的稳态热传导
（1）材料密度均匀，导热系数λ为常数； （2）圆筒壁内外两侧温度均匀、恒定； （3）内部温度仅沿半径方向（垂直于壁面）变化；
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
（二）稳态传热与非稳态传热
稳态过程：
等不传随热时过间程变中化，，参但数可T以1、是T位2、置t的1、函t2数、。qm1、qm2… 连续生产中的传热过程多为稳态传热
非稳态过程：
传热过程中，各参数是时间的函数时，为非稳态过程。 开车、停车以及改变操作条件时，为非稳态传热
Q t1t4 R1R2R3
dn
•
dQ
梯度方向以温度增加方向为正，且垂直于等温面。 梯度方向正好与传热方向相反。
（二）傅立叶定律
是热传导的基本定律
传热速率；W
温度梯度 ℃/m
还可写成： q dt
dx
傅立叶定律指出： 热流密度正比于传热面的法向温度梯度。 式中负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反 即热量从高温传至低温