第十章 自然对流换热与传质
流体介质中的传热与传质过程
流体介质中的传热与传质过程引言流体介质中的传热与传质过程是研究流体中热量和物质传递的重要领域。
在工程和科学领域中，研究流体介质中的传热与传质过程对于实现高效能源利用、优化生产工艺以及理解大自然中的现象具有重要意义。
本文将详细介绍流体介质中的传热与传质过程的基本原理、相关参数以及应用领域。
传热过程传热是指热量从一个物体或一个位置向另一个物体或位置传递的过程。
在流体介质中，热量可以通过三种方式传递：传导、对流和辐射。
1. 传导传导是指通过分子间的碰撞传递热量的过程。
在流体介质中，传导主要通过分子间的热运动实现。
传导热流的大小与温度梯度成正比，与材料的热导率成反比。
2. 对流对流是指由于流体的运动而导致的传热过程。
对流传热可以分为自然对流和强制对流两种方式。
自然对流是指由于密度差异引起的流体运动，如热空气上升、冷空气下降。
强制对流是指通过外部力推动流体流动，如泵等。
对流传热的大小与流体的性质、流速以及流体与固体间的传热系数有关。
3. 辐射辐射是指物体通过电磁波辐射传递热量的过程。
在流体介质中，辐射主要是热量以红外线的形式通过空气传递。
辐射传热的大小与物体的温度、表面特性以及介质的吸收和反射能力有关。
传质过程传质是指物质从一个区域向另一个区域移动的过程。
在流体介质中，传质可以通过扩散、对流和反应三种方式实现。
1. 扩散扩散是指物质由于浓度差异而从高浓度区域向低浓度区域移动的过程。
扩散传质的速率主要与浓度差、物质的分子量以及介质的扩散系数有关。
对流传质是指由于流体的运动而导致的物质传递过程。
对流传质的速率与流体的性质、流速以及流体与固体间的质量传递系数相关。
3. 反应反应传质是指物质通过化学反应或相变过程进行传质的过程。
反应传质的速率与反应速率以及界面的质量传递系数有关。
流体介质中传热与传质的耦合在实际应用中，流体介质中的传热与传质往往是相互耦合的。
传热过程可以引起传质过程，而传质过程也可以引起传热过程。
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算【原创实用版】目录一、材料加工冶金传输原理1.动量传输2.热量传输3.质量传输二、自然对流传热的计算1.自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算2.强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算三、应用实例1.材料加工中的应用2.冶金工程中的应用正文一、材料加工冶金传输原理在材料加工和冶金工程中，动量、热量和质量的传输是非常重要的环节。
动量传输主要研究流体流动过程，热量传输关注传热过程，而质量传输则涉及传质过程。
这三个传输过程的基本理论为材料加工和冶金工程提供了理论基础。
1.动量传输动量传输主要研究流体流动过程中的力、速度和压力等物理量的变化。
在材料加工和冶金工程中，动量传输对于流体的输送、混合和分离等过程具有重要意义。
2.热量传输热量传输主要研究热能在流体中的传递过程，包括热传导、热对流和热辐射等。
在材料加工和冶金工程中，热量传输对于温度控制、熔化和凝固等过程至关重要。
3.质量传输质量传输主要研究物质在流体中的传递过程，包括质量扩散和质量转移等。
在材料加工和冶金工程中，质量传输对于物质的浓度分布、组分变化和相变等过程具有重要作用。
二、自然对流传热的计算自然对流传热是指流体在自然条件下的对流传热过程。
对于小型冷藏柜和家用电冰箱等制冷装置中的自然对流空气冷却式冷凝器，可以采用一种简单的近似传热计算方法。
1.自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算主要包括对流换热系数、热传导系数和热辐射系数的选取。
通过这些系数的合理选取，可以较为准确地计算出冷凝器的传热效果。
2.强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算需要考虑强制通风对传热效果的影响。
通过对强制通风条件下的传热过程进行详细分析，可以得到更为准确的传热计算结果。
三、应用实例在材料加工和冶金工程中，动量、热量和质量传输原理被广泛应用于各种实际过程。
1.材料加工中的应用在材料加工中，动量、热量和质量传输原理可以用于分析和优化流体的输送、混合和分离等过程，提高材料的质量和性能。
传热与传质总结
传热与传质学习总结通过本课程的学习，使我获得了比较宽广和巩固的热量和质量传递规律的‘；；；；；；；【’l'；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；【；；；；；咯；；；；；；；基本知识，初步具备分析工程传热与传质问题的基本能力。
传热传质学主要介绍传热、传质过程所遵循的基本原理；分析稳态和非稳态条件下热传导及质量扩散现象；研究热对流过程中的能量平衡及质量传递的问题；讨论解决实际工程问题的数学方法。
总的来说，传热与传质主要讲的是对流换热现象以及对流换热中的问题及解答。
在含有两种或两种以上组成的流体内部，如果有组分的浓度梯度存在，则每种的组分都有向其低浓度梯度方向转移，以减弱这种浓度不均匀的趋势，混合物的组分在浓度梯度作用下有高浓度向低浓度方向的转移过程称为传质，亦称质量传递。
正如温度差是热量的传递的推动力那样，浓度差是质量传递的的推动力。
在二元混合物中，温度梯度或者总压力梯度的存在也会产生扩散，分别称为热扩散和压力扩散，这些扩散的结果会引起相应的浓度扩散，不过当温度梯度和总压力不大时，热扩散与压力扩散所引起的质量传递可以忽略不计。
含有大量孔隙的固体称为多孔固体。
在多孔固体的孔隙中大都存在流体(液体与/或气体)，因此，多孔固体实质上是固体与流体的多相混合体，或者说，是固体骨架与流体的多相混合体。
在不同应用场合，多孔固体又被称为多孔物体、多孔物料、多孔材料或多孔介质。
多孔介质的一个显著特点是，多相体系组成的多孔介质中的流体相是连续相，固相骨架可以是连续相，而更多是非连续相。
孔固体、多孔介质与多孔材(物)料尽管它们的基本内涵是相同的，但在不同应用场合，为了更真实地表示物理过程，更准确的给予数学描述，使用不同的名词是必要的。
夲书以材料学科为背景讨论传热传质问题，因此，将更多地使用多孔材料传热传质。
学习了这门课程，让我知道了几个守恒原理，即质量守恒原理、动量定理、能量守恒原理。
这些原理是解决传热与传质问题所要用到的基本原理，热的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同而引起的。
《化工传递过程》教学大纲
化工传递过程教学大纲一、课程的基本信息适应对象：化学工程与工艺专业四年制本科学生课程代码：41E02127学时分配：28赋予学分：1.5先修课程：高等数学、物理化学、化工原理、化工热力学后续课程：化工过程开发，化工设计与计算二、课程性质与任务《化工传递过程》是针对化学工程与工艺专业的专业特色课程，是学生学习专业课和从事本专业的科研、生产工作必备的理论基础。
本课程是一门探讨自然现象和化工过程中动量、热量和质量传递速率的课程。
化学工程中各个单元操作均被看成传热、传质及流体流动的特殊情况或特定的组合，对单元操作的任何进一步的研究，最终都是归结为这几种传递过程的研究。
将化工单元操作（化工原理）的共性归纳为动量、热量和质量传递过程（"三传"）的原理系统地论述，将化学工程的研究方法由经验分析上升为理论分析方法。
各传递过程既有独立性又有类似性，虽然课程中概念、定义和公式较多，基本方程又相当复杂给学习带来一定的困难，但可运用"三传"的类似关系进行研究理解，可使学生掌握化学工程专业中有关动量、热量和质量传递的共性问题。
该课程的学习有助于学生深入了解各类传递过程的机理，为改进各种传递过程和设备的设计，操作和控制提供理论基础；为今后的科学研究提供各种的基础数学模型；为速度、温度、浓度分布及传递速率的确定提供必要的帮助。
为分析和解决过程工程和强化设备性能等问题提供坚实的理论基础。
三、教学目的与要求本课程的教学目的是了解和掌握化工过程中三传现象的机理及其数学描述。
确定边界条件从而分别求出过程的解析、数值解或转化为准数关联式，培养学生分析和解决化学工程中传递问题的能力，为在工程上进一步改善各种传递过程和设备的设计、操作及控制过程打下良好的理论基础。
通过学习加深对化学工程基本原理的理解，使学生能顺利学习后续的专业课，提高自学与更新本专业知识的能力。
四、教学内容与安排第一章传递过程概论（2学时）1.1 流体流动导论1.2 动量、热量和质量传递的类似性1.3 传递过程的衡算方法第二章动量传递概论与动量传递微分方程（4学时）2.1 动量传递概论2.2 描述流动问题的观点与时间导数2.3 连续性方程2.4 运动方程第三章动量传递方程的若干解（3学时）3.1 曳力系数与范宁摩擦因数3.2 平壁间与平壁面上的稳态层流3.3 圆管与套管环隙间的稳态层流3.4 爬流3.5 势流3.6 平面流与流函数的概念第四章边界层流动（4学时）4.1 边界层的概念4.2 普朗特边界层方程4.3 边界层积分动量方程4.4 管道进口段内的流体流动4.5 边界层分离第五章湍流（3学时）5.1 湍流的特点、起因及表征5.2 湍流时的运动方程5.3 湍流的半经验理论5.4 无界固体壁面上的稳态湍流5.5 圆管中的湍流5.6 平板壁面上湍流边界层的近似解5.7 量纲分析在动量传递中的应用第六章热量传递概论与能量方程（3学时）6.1 热量传递的基本方式6.2 能量方程第七章热传导（2学时）7.1 稳态热传导7.2 不稳态热传导第八章对流传热（3学时）8.1 对流传热的机理与对流传热系数8.2 平板壁面对流传热8.3 管内对流传热8.4 自然对流传热第九章质量传递概论与传质微分方程（2学时）9.1 质量传递概论9.2 传质微分方程第十章分子传质(扩散) （2学时）10.1 一维稳态分子扩散的通用速率方程10.2 气体中的分子扩散10.3 液体中的分子扩散10.4 固体中的扩散10.5 伴有化学反应的分子扩散过程第十一章对流传质（2学时）11.1对流传质的机理与对流传质系数11.2 平板壁面对流传质11.3 管内对流传质11.4 对流传质模型第十二章多种传递同时进行的过程（2学时）12.1 热量和质量同时传递的过程12.2 平板壁面层流边界层中同时进行动量、热量和质量传递的过程五、教学设备和设施教室，黑板，投影仪，多媒体电脑。
传热学知识点
传热学主要知识点1. 热量传递的三种基本方式。
热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。
2．导热的特点。
a 必须有温差；b 物体直接接触；c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；d 在引力场下单纯的导热一般只发生在密实的固体中。
3.对流（热对流）(Convection)的概念。
流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。
4对流换热的特点。
当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点：a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层5.牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。
h 是对流换热系数单位 w/(m 2 k) q ''是热流密度（导热速率），单位(W/m 2) φ是导热量W6. 热辐射的特点。
a 任何物体，只要温度高于0 K ，就会不停地向周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均有关；f 发射辐射取决于温度的4次方。
7.导热系数, 表面传热系数和传热系数之间的区别。
导热系数：表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。
表面传热系数：当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。
影响h 因素：流速、流体物性、壁面形状大小等传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。
(w))(∞-=''t t h q w 2/)(m w t t Ah A q w ∞-=''=φ第一章 导热理论基础1傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的意义。
傅立叶定律（导热基本定律）：dx dT k q x ∂∂-='' )(zT y T x T k T k q ∂∂+∂∂+∂∂-=∇-=''k j i T(x,y,z)为标量温度场nT k q n ∂∂-='' 圆筒壁表面的导热速率drdT rL k dr dT kA q r )2(π-=-= 垂直导过等温面的热流密度，正比于该处的温度梯度，方向与温度梯度相反。
传热几传质学答案
第八章 热量传递的基本概念2．当铸件在砂型中冷却凝固时，由于铸件收缩导致铸件表面与砂型间产生气隙，气隙中的空气是停滞的，试问通过气隙有哪几种基本的热量传递方式？答：热传导、辐射。
注：无对流换热3．在你所了解的导热现象中，试列举一维、多维温度场实例。
答：工程上许多的导热现象，可以归结为温度仅沿一个方向变化，而且与时间无关的一维稳态导热现象。
例，大平板、长圆筒和球壁。
此外还有半无限大物体，如铸造时砂型的受热升温（砂型外侧未被升温波及）多维温度场：有限长度的圆柱体、平行六面体等，如钢锭加热，焊接厚平板时热源传热过程。
4．假设在两小时内，通过152mm ×152mm ×13mm （厚度）实验板传导的热量为 837J ，实验板两个平面的温度分别为19℃和26℃，求实验板热导率。
解：由傅里叶定律可知两小时内通过面积为152×152mm 2的平面的热量为873=-36002101326191015210152333⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯---λ 得 C m W 03/1034.9*⨯=-λ 第九章 导 热1. 对正在凝固的铸件来说，其凝固成固体部分的两侧分别为砂型（无气隙）及固液分界面，试列出两侧的边界条件。
解：有砂型的一侧热流密度为常数，故为第二类边界条件，即τ＞0时),,,(nt z y x q T =∂∂λ 固液界面处的边界温度为常数， 故为第一类边界条件，即τ＞0时Τw =f(τ)注：实际铸件凝固时有气隙形成，边界条件复杂，常采用第三类边界条件3. 用一平底锅烧开水，锅底已有厚度为3mm 的水垢，其热导率λ为1W/(m · ℃)。
已知与水相接触的水垢层表面温度为111 ℃。
通过锅底的热流密度q 为42400W/m 2，试求金属锅底的最高温度。
解：热量从金属锅底通过水垢向水传导的过程可看成单层壁导热，由公式（9-11）知 =∆T -=-121t t t 111℃， 得 1t =238.2℃4. 有一厚度为20mm 的平面墙，其热导率λ为1.3W/(m·℃)。
化学工程中的传热与传质研究
化学工程中的传热与传质研究传热与传质是化学工程中至关重要的物理过程。
在化学反应、能源转换和材料处理等领域，传热与传质的研究对于提高工业生产效率、减少能源消耗、改善产品质量具有重要意义。
本文将重点探讨化学工程中的传热与传质研究。
一、传热与传质的基本概念传热是指热量从高温物体传递到低温物体的过程，其方式包括传导、对流和辐射。
传质是指组分从浓度高的相移动到浓度低的相的过程，其方式包括扩散、对流和化学反应。
二、传热与传质的数学模型在化学工程中，传热与传质的数学模型是理解和预测实际过程的重要工具。
以传热为例，最常用的数学模型是热传导方程和对流换热方程。
热传导方程描述了热量在固体中传导的过程，而对流换热方程描述了流体中的对流传热。
类似地，传质的数学模型包括扩散方程和对流传质方程。
扩散方程用于描述物质在流体中的分子扩散过程，而对流传质方程则描述了物质在流体中的对流输运。
三、传热与传质的实验研究方法理论模型的建立是传热与传质研究的基础，然而实验研究仍然是验证理论模型的重要手段。
在化学工程中，常用的传热与传质实验研究方法包括热传导实验和传质实验。
热传导实验通常通过测量物体表面的温度分布来确定热传导的特性。
例如，可以使用热电偶测量固体棒的温度分布，从而得到热传导系数。
传质实验则通过测量物体表面的浓度变化来确定传质的特性。
例如，可以将气体或液体传递到固体上，然后测量固体表面的浓度分布，从而得到扩散系数。
四、传热与传质的应用传热与传质的研究在化学工程中有着广泛的应用。
在化学反应中，传热与传质的过程会影响反应速率和产物分布。
通过研究传热与传质的特性，可以优化反应条件，提高反应效率。
此外，在能源转换领域，传热与传质的研究也至关重要。
例如，在燃烧过程中，燃料的燃烧产生热量需要通过传热才能有效利用。
传热和传质的研究可以帮助改善能源转换效率，减少能源消耗。
在材料处理领域，传热与传质的研究可以改善产品质量和生产效率。
例如，在金属加热处理过程中，对物体表面的传热和传质进行控制可以实现材料的均匀加热和合理的组织结构。
第十章--自然对流PPT演示课件
(10-2-3)
t
yx
t
xy
a
2t x2
(10-2-4)16
10-2 层流边界层的相似解与积分解
定义无量纲温度 t t tw t
引入无量纲流函数
f
/
4
Gry 4
1/4
令
G
y
4
Gry 4
1/4
Hy
1Gry y 4
1/4
G 4y
则相似变量表示为
xH y
Gyfy
(10-2-5)
(10-2-6) (10-2-7) (10-2-8) (10-2-91)7
10-2 层流边界层的相似解与积分解
不难求出 u x f f xG yH yf (10-2-10a)
v y y f G y 3 4 G y y f 1 4 y f G y G 4 y y 3 y f (10-2-10b)
高等传热学内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
导热理论和导热微分方程 稳态导热 非稳态导热 凝固和熔化时的导热 导热问题的数值解 对流换热基本方程 层流边界层的流动与换热 槽道内层流流动与换热 湍流流动与换热
第十章 自然对流
第十一章 热辐射基础 第十二章 辐射换热计算
v2 H
~
gV t
(10-1-30)
12
10-1 自然对流层流边界层方程组
13
10-1 自然对流层流边界层方程组
而代入 式~(1a0Ht-21-30)有
2
aH
2 t
H
~ gV t
(10-1-31)
t ~HRaHPr1/4
(10-1-32)
传热传质基本原理答案
传热传质基本原理答案
传热传质是指物质中热量和物质的传递过程。
它是由于不同温度或浓度的物质之间存在的热量和物质的梯度而发生的。
传热传质的基本原理包括三种传递方式：传导、对流和辐射。
传导是指热量或物质通过物体内部分子之间的碰撞传递。
当两个接触的物体温度不同时，高温物体的分子会传递热量到低温物体的分子，直到两个物体温度达到平衡。
传导的速率与物体的导热性质有关，导热性能越好，传导速率越快。
对流是指热量或物质通过流体运动传递。
当流体受到外界热源或冷源的加热或冷却时，流体会发生热胀冷缩，形成对流流动。
这种流动可分为自然对流和强制对流两种方式。
自然对流是由密度差引起的，强制对流是通过外界力推动的。
辐射是指热量通过电磁波辐射传递。
所有物体都会以一定的方式发射热辐射，辐射的强度与物体的温度有关。
较高温度的物体会有较高的辐射能力，而辐射能量在空间中以光线的形式传播，可以通过真空传递。
传热传质的基本原理可以应用于各种工程领域，如热传导导热器、对流传热换热器和辐射加热设备等。
掌握这些基本原理，可以帮助人们更好地理解和设计传热传质系统，提高能量利用效率。
传热几传质学答案
第八章 热量传递的基本概念2．当铸件在砂型中冷却凝固时，由于铸件收缩导致铸件表面与砂型间产生气隙，气隙中的空气是停滞的，试问通过气隙有哪几种基本的热量传递方式？ 答：热传导、辐射。
注：无对流换热3．在你所了解的导热现象中，试列举一维、多维温度场实例。
答：工程上许多的导热现象，可以归结为温度仅沿一个方向变化，而且与时间无关的一维稳态导热现象。
例，大平板、长圆筒和球壁。
此外还有半无限大物体，如铸造时砂型的受热升温（砂型外侧未被升温波及）多维温度场：有限长度的圆柱体、平行六面体等，如钢锭加热，焊接厚平板时热源传热过程。
4．假设在两小时内，通过152mm ×152mm ×13mm （厚度）实验板传导的热量为 837J ，实验板两个平面的温度分别为19℃和26℃，求实验板热导率。
解：由傅里叶定律可知两小时内通过面积为152×152mm 2的平面的热量为t xT A t dx dT AQ ∆∆-=-=λλ 873=-36002101326191015210152333⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯---λ 得 C m W 03/1034.9*⨯=-λ第九章 导 热1. 对正在凝固的铸件来说，其凝固成固体部分的两侧分别为砂型（无气隙）及固液分界面，试列出两侧的边界条件。
解：有砂型的一侧热流密度为 常数，故为第二类边界条件， 即τ＞0时),,,(nt z y x q T=∂∂λ固液界面处的边界温度为常数， 故为第一类边界条件，即 τ＞0时Τw =f(τ)注：实际铸件凝固时有气隙形成，边界条件复杂，常采用第三类边界条件3. 用一平底锅烧开水，锅底已有厚度为3mm 的水垢，其热导率λ为1W/(m · ℃)。
已知与水相接触的水垢层表面温度为111 ℃。
通过锅底的热流密度q 为42400W/m 2，试求金属锅底的最高温度。
解：热量从金属锅底通过水垢向水传导的过程可看成单层壁导热，由公式（9-11）知C q T 032.127110342400=⨯⨯==∆-λδ=∆T -=-121t t t 111℃， 得 1t =238.2℃4. 有一厚度为20mm 的平面墙，其热导率λ为1.3W/(m·℃)。
传热传质学概念汇总
《传热传质学》概念汇总第一章绪论1.传热学：研究热量传递规律的科学。
2.热量传递的基本方式：导热、对流、辐射。
3.热传导：物体的各部分之间不发生相对位移，依靠微观粒子的热运动产生的热量传递现象。
4.纯粹的导热只能发生在不透明的固体之中。
5.热流密度：单位时间内通过单位面积的热流量（W/m2）。
6.常温下导热系数（W/m℃）：银：427；纯铜：398；纯铝：236；普通钢：30~50；水：0.599；空气：0.0259；保温材料：0.14；水垢：1~3；烟垢：0.1~0.37.热对流：由于流体各部分之间发生相对位移而产生的热量传递现象。
8.热对流只发生在流体之中，并伴随有导热现象。
9.自然对流：由于流体密度差引起的相对运动。
10.强制对流：由于机械作用或其它压差作用引起的相对运动。
11.对流换热：流体流过固体壁面时，由于对流和导热的联合作用，使流体与固体壁面间产生热量传递的过程。
12.辐射：物体通过电磁波传播能量的方式。
13.热辐射：由于热的原因，物体的内能转变成电磁波的能量而进行的辐射过程。
14.辐射换热：不直接接触的物体之间，由于各自辐射与吸收的综合结果所产生的热量传递现象。
15. 传热过程：热流体通过固体壁面将热量传给另一侧冷流体的过程。
16. 传热系数：表征传热过程强烈程度的标尺，数值上等于冷热流体温差1℃时，单位面积上的热流量（W/m 2℃）。
17. 单位面积上的传热热阻：kR K 1= 18. 单位面积上的导热热阻：λδλ=R 19. 单位面积上的对流换热热阻：hR 1=α 20. 对比串联热阻大小可以找到强化传热的主要环节。
21. 单位：物理量的度量标尺。
22. 基本单位：基本物理量的单位。
23. 导出单位：由物理含义导出，以基本单位组成的单位。
24. 单位制：基本单位与导出单位的总和。
25. 常用单位换算：Wh kcal kJ kcal Nkgf Pa atm 163.1/1;1868.4180665.91;1013251====第二章 导热基本定律及稳态导热26. 温度场：物体中温度分布的总称。
对流传质和对流传热的异同
对流传质和对流传热的异同流传质和对流传热都是指物质的传输过程，但是两者之间存在一些异同点。
相同之处：1. 本质上都是通过物质的不断运动来实现传输，无需任何介质。
2. 都遵循质量守恒定律，即传输过程中质量的总量保持不变。
不同之处：1. 传递的物理量不同：流传质是指传递的物质的质量，如气体、液体和固体颗粒等；而对流传热是指传递的热量。
2. 传输方式不同：流传质通常是通过流体的对流或扩散来传输，可以分为自然对流（靠密度差异引起）和强迫对流（外加压力差引起）；对流传热则是通过流体的对流来传输热量，同样可以分为自然对流和强迫对流。
3. 传输机制不同：流传质的传输机制主要有对流、扩散和湍流等；对流传热则主要是由于温度的差异引起的流体的密度不稳定性，从而形成对流运动，进而传输热量。
总的来说，流传质和对流传热都是通过流体的运动实现的物质传输过程，但针对的物理量和传输机制有所不同。
对流传质和对流传热是两种不同的物理过程。
它们的异同主要体现在以下几个方面：1.定义：对流传质指的是物质在流体中通过两种或多种运动方式（如扩散、对流）进行的传输过程；对流传热指的是热能在流体中通过传导和对流的方式进行的传输过程。
2.基本原理：对流传质是由于浓度差或浓度梯度引起的物质的质量传输；对流传热是由于温度差或温度梯度引起的热能的传输。
3.物理机制：对流传质的物理机制主要涉及流体的扩散、对流传质和分子传递等过程；对流传热的物理机制主要涉及流体的热传导、对流传热和辐射传热等过程。
4.传输特性：对流传质的传输特性由流体的物理性质、流体的流动速度和流体与物质之间的相互作用等因素决定；对流传热的传输特性由流体的热导率、传热界面的面积、温差和流体流动速度等因素决定。
总之，对流传质和对流传热在机制、原理和特性等方面存在一定的异同。
对流传质主要涉及物质的质量传输，而对流传热主要涉及热能的传输。
对于流体的传输过程，常常存在同时进行的情况，即同时进行对流传质和对流传热。
《对流流动传质》课件
PART 03
对流流动传质模型
REPORTING
对流模型
对流模型概述
对流模型是描述流体在运动过程中物质传递行为 的数学模型。
对流模型的分类
根据流体运动状态和传递机制的不同，对流模型 可分为层流模型和湍流模型。
对流模型的建立
对流模型的建立需要基于流体动力学和传递原理 ，通过建立数学方程来描述对流传递过程。
《对流流动传质》 PPT课件
REPORTING
• 对流流动传质概述 • 对流流动传质原理 • 对流流动传质模型 • 对流流动传质实验 • 对流流动传质案例分析 • 对流流动传质的未来发展与挑战
目录
PART 01
对流流动传质概述
REPORTING
定义与特性
定义
对流流动传质是指物质在对流过程中 通过扩散和对流传递而发生的迁移现 象。
分子扩散是由于分子热运动引起的物质传递，对 流扩散是物质随流体运动而产生的物质传递。
传质过程与物质的物理性质和化学性质有关。
流动原理
1
流动是流体在力场作用下的运动，可以分为层流 和湍流。
2
层流是流体各部分之间没有相互混杂，湍流是流 体各部分之间有强烈的相互混杂。
3
流动过程中，流体受到的力有重力、压力、粘性 力等。
实验技术改进
新型传感器和测量技术的研发将提高对流流动传质实验的准确性 和可靠性，为理论模型提供有力支持。
人工智能与机器学习
AI和机器学习技术在数据处理、模式识别和预测方面的应用将对 流流动传质研究产生深远影响。
跨学科研究与应用
化学工程与材料科
学
对流流动传质在化学工程和材料 科学领域的应用将促进新材料和 高效分离技术的开发。
自然对流换热
影响因素
影响因素
由于流体内部温度差引起密度不同而形成浮升力，在此浮升力引发的运动下所产生的换热过程，又称自由运 动换热。热力管道、热力设备、锅炉炉体等与周围空气之间的换热都是自然对流换热。它的强度取决于流体沿固 体换热表面的流动状态及其发展情况，而这些又与流体流动的空间和换热表面的形状、尺寸、表面与流体之间的 温差、流体的种类与物性参数等许多因素有关，是一个受众多因素影响的复杂过程。
自然对流换热
自然对流
01 简介
03 影响因素
目录
02 分类 04 求解方法
基本信息
自然对流换热，亦称“自由对流换热”，简称“自然对流”、“自由对流”。是指不依靠泵或风机等外力推 动，由流体自身温度场的不均匀所引起的流动。
参与换热的流体由于各部分温度不均匀而形成密度差，从而在重力场或其他力场中产生浮升力所引起的对流 换热现象。
谢谢观看
分类
分类
自然对流换热分为大空间自然对流换热和有限空间自然对流换热两类。流体在大空间作自然对流时，流体的 冷却过程与加热过程互不影响。这类问题比较简单，但总结出的关联式却具有很大的实用意义，它可以应用到比 形式上的大空间更广的范围。因为在许多实际问题中，虽然空间不大，但热边界层并不相互于扰，因而可以应用 大空间自然对流换热的规律计算。换句话说，就是可以把它当作大空间问题来处理。
简介
简介
图1自然对流亦有层流和湍流之分。以贴近一块热竖壁的自然对流为例来作分析，其自下而上的流动景象 图1所示。
在壁的下部，流动刚开始形成，它是有规则的层流；若壁面足够高，则上部流动会转变为湍流。
不同的流动状态对换热具有决定性影响。
对流传质——精选推荐
对流传质的基本概念
有效浓度边界层：流体与表面进行对流传质时，只存在浓 度均一、浓度梯度为零的紊流核心区和集中全部传质阻 力、浓度线性分布的层流底层区。紊流核心区与层流底层 区假想浓度分布线的交点A至表面的停滞流体层，称为“有
效浓度边界层”，其厚度δc′以 表示。
此时，表面上的浓度梯度可表示为
⎜⎜⎝⎛
对流传质
对流传质的基本概念 流体流过平板时的对流传质 动量、热量、质量传输类比
对流传质的基本概念
1．浓度边界层（质量边界层） 定义 流体流过表面并与之发生对流传质时，靠近表
面形成的具有浓度梯度的流体薄层。 浓度边界层的基本特征：与热边界层类似
x ↑ δc ↑ ；浓度边界层有
层流和紊流之分；浓度边 界层外的浓度梯度为零， 可视为等浓度区。
C f − Cw
=
−
Di
∂Ci ∂y
ΔC
y=0
对流传质的基本概念
4．对流传质系数的模型理论
薄膜理论 当流体靠近物体 表面流过时，存在着一层附 壁的薄膜，假定膜内流体与 主流不相混合，整个传质过 程就是此薄膜上的扩散作 用，而且认为在薄膜上呈线 性的浓度分布。表现为稳定 特征-有效浓度边界层。
ki
=
∂Ci ∂y
⎟⎟⎠⎞ y=0
=
ΔC Δy
=
C f − Cw
δ
′
c
对流传质的基本概念
2．对流传质系数
( ) Ni = ki C f − Cw A mol/s
( ) ni = ki C f − Cw
mol/m2.s
C f Cw —流体及表面浓度，mol/m3；
A—传质面积，m2； ki—对流传质系数 根据“有效浓度边界层”的概念，按菲克第一定律：
化工原理流体流动传热及吸收等章节公式概念
流体流动质点 含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。
连续性假定 假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
拉格朗日法 选定一个流体质点 , 对其跟踪观察，描述其运动参数 ( 如位移、速度等 ) 与时间的关系。
欧拉法 在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。
轨线与流线 轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。
流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。
系统与控制体 系统是采用拉格朗日法考察流体的。
控制体是采用欧拉法考察流体的。
理想流体与实际流体的区别 理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。
粘性的物理本质 分子间的引力和分子的热运动。
通常液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主。
气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。
总势能 流体的压强能与位能之和。
可压缩流体与不可压缩流体的区别 流体的密度是否与压强有关。
有关的称为可压缩流体，无关的称为不可压缩流体。
伯努利方程的物理意义 流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。
平均流速 流体的平均流速是以体积流量相同为原则的。
动能校正因子 实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。
均匀分布 同一横截面上流体速度相同。
均匀流段 各流线都是平行的直线并与截面垂直 , 在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度 , 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。
层流与湍流的本质区别 是否存在流体速度 u 、压强 p 的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
牛顿粘性定律 dy du μτ= 静力学方程 g z pg z p 2211+=+ρρ 机械能守恒式 f e h u g z p h u g z p +++=+++2222222111ρρ动量守恒 )(12X X m X u u q F -=∑ 雷诺数 μμρdGdu ==Re阻力损失 22u d l h f λ= ????dq d u h V f ∞∞ 层流 Re 64=λ 或 232d ulh f ρμ= 局部阻力 22u h f ζ= 当量直径 ∏=A d e 4 孔板流量计 ρP∆=200A C q V ， g R i )(ρρ-=∆P 传热传热过程的三种基本方式 直接接触式、间壁式、蓄热式。
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Boussinesq假设
浮升力与密度密切相关
g f
f T
方程耦合求解
Boussinesq假设 满足下列条件
T T 1
p gx 1 T
1 2
1
连续性方程
除 g 项外的动量方程
结果分析
驱动 （受热层） 摩擦力～浮升力 被驱动 （未受热层） 摩擦力～惯性力
Pr 1
T
u
T
T
u
向上流动的流体并不限于厚度为T这一层流体， 受热向上运动的流体层对外侧未受热流体的粘性 拖曳作用，使未受热流体向上流动。
摩擦力～浮升力 浮升力～惯性力
T
Pr 1
11.2 竖平壁上常物性自然对流
Tw＝常量
u v 0 x y
数 学 模 型
u u u u v g T T 2 x y y
2
边界层外流体 压力为静压力 边界层外流体 速度为零
T T 2T u v a 2 x y y
u 0, v 0, T Tw, y 0 u 0, v 0, T T, y
能量方程 不可压缩的常物性方程处理
2
密度差近似为纯粹的温度影响
1 1 , T T T
ρ ρ ρβ T T
u u 2u u v g T T 2 x y y
大多数流体的物性都是随温度而变化 流体温度变化范围不大时
c p、k、 T
高速流动的粘性耗散使流体温度有较大的变化 高温差换热必须考虑物性变化的影响
c p、k、 T
产生原因： 流体内部的温度差或浓度差引起密度差 在在重力场或其它力场（离心力场、电磁力场等） 形成浮升力而产生的
ucp
边界层外
T T T vc p k x y y y
p dp g x dx
uv0
u
u u u v g x y y y
浮升力
分类： 层流 紊流
11.1 自然对流边界方程
靠近壁面的薄层满足边界层理论
Tw T Tw
gx
x
y
边界层方程
假设 •二维稳态 •体积力为重力 •忽略粘性耗散
•忽略压缩功
•无内热源及不发生化学变化
边界层内控制方程
u v 0 x y u u p u u v g x y x y y
u
v
T
在T外，流体温度不变化，浮升力未零，粘 性力引起的拖曳作用几乎不存在，流体不运 动，速度分布和温度分布的宽度相同。