第五章 传热1

特点： 特点：
发生在物体内部或相互接触的物体之间； 发生在物体内部或相互接触的物体之间； 物体不发生宏观的相对位移。 物体不发生宏观的相对位移。
第一节 概述
2.对流传热 对流） 对流传热（ 2.对流传热（对流） 流体中质点发生相对位移而引起的热交换。 流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传 仅仅发生在流体中。 仅仅发生在流体中。 特点： 仅发生在流体中， 特点： 仅发生在流体中，有相对的宏观位移 自然对流：流体内部各处冷、 自然对流：流体内部各处冷、热流体的密度差异所致 强制对流： 强制对流：借助外加机械能
分类： 分类：
第一节 概述
3.辐射传热（辐射） 3.辐射传热（辐射） 辐射传热 高温物体产生的电磁波在空间传递而被低温物体所 吸收并转化为热能的过程称为辐射传热。 吸收并转化为热能的过程称为辐射传热。
特点： 特点：
任何物体， 0K，均存在辐射传热； 任何物体，只要T ＞0K，均存在辐射传热； 不需要任何中介； 不需要任何中介； 传热过程中伴随能量形式的转换。 传热过程中伴随能量形式的转换。
dt q = −λ ，即 dx q dt = − dx
λ
第二节 导热
对上式积分，积分限为： 对上式积分，积分限为：
∫
t2
t1
dt = − ∫
δ
q
0
λ
dx
λ取一平均值，视为常 取一平均值， 积分得： 数。积分得：
λ λ ⋅ ∆t q = (t1 − t 2 ) = δ δ
Q = qA =
(t1 − t 2 )
∆ t ∂t 温度梯度＝ = 温度梯度＝ lim ∆x → 0 ∆ x ∂x
第二节 导热
对一维稳定导热： 对一维稳定导热：
dt 温度梯度 = dx
注意：热量传递一致，与温度梯 度的方向相反。 度的方向相反。
第二节 导热
二、傅立叶(Fourier)定律 傅立叶(Fourier)定律 (Fourier) 1.傅立叶(Fourier)定律的内容 1.傅立叶(Fourier)定律的内容 傅立叶(Fourier) 导热速率与物体内的温度梯度及垂直于传热方向上 的导热面积成正比。比例系数以λ表示 的导热面积成正比。比例系数以λ
λm =
∑x λ M
i i i
1 3 i
∑x M
i i
1 3 i
式中， 分别为i组分的摩尔分率，分子量及导热系数。 式中，xi，Mi，λi分别为i组分的摩尔分率，分子量及导热系数。
1－水蒸气；2－氧；3－二氧化碳；4－空气； 水蒸气； 二氧化碳； 空气； 5－氮；6－氩
第二节 导热
第二节 导热
第二节 导热
(1) 固体的导热系数 固体导热系数范围很宽，且受温度的影响， 固体导热系数范围很宽，且受温度的影响，对大 多数质地均匀的固体，其导热系数可用下式表示： 多数质地均匀的固体，其导热系数可用下式表示：
λt = λ0 (1 + at )
式中 分别是固体物料在t℃ 0℃时的导热系数 t℃及 时的导热系数， λt，λ0－分别是固体物料在t℃及0℃时的导热系数， W/(m·K) W/(m K) 温度系数，1/℃;对绝热材料为正值 对绝热材料为正值, α－温度系数，1/℃;对绝热材料为正值,对大多数金 属为负值
∂t dQ = −λ dA ∂x
dQ ∂t q= = −λ ∂x dA
第二节 导热
2.导热系数λ 2.导热系数λ 导热系数 物理意义： 物理意义：
λ=− dQ dq =− ∂t ∂t dA ⋅ ∂x ∂x W / (m ⋅ K )
单位温度梯度（1K/m）时的导热通量（ 单位温度梯度（1K/m）时的导热通量（W/m2）； 单位， W/(m·K) 单位， W/(m K) 表示物质导热能力的强弱；是物质的一种物理性质； 表示物质导热能力的强弱；是物质的一种物理性质； λ = f（物质的结构、组成、密度、温度、压强、湿度等） 物质的结构、组成、密度、温度、压强、湿度等） 通常：固体＞液体＞ 通常：固体＞液体＞气体导热系数
T ↑→λ↓（水和甘油除外：T ↑→λ↑）； 水和甘油除外：
第二节 导热
第二节 导热
(3) 气体的导热系数
W/(m·K) K)； ～10-2 W/(m K)； 常压下： 常压下：T ↑→λ↑； 一般情况下，气体导热系数与压强无关； 一般情况下，气体导热系数与压强无关； 气体不利于导热，利于保温， 气体不利于导热，利于保温， W/(m·K) K)时 可用作隔热材料，如保温棉、玻璃棉等； 当λ＜0.2 W/(m K)时，可用作隔热材料，如保温棉、玻璃棉等； 低压气体混合物的导热系数可由下式求得： 低压气体混合物的导热系数可由下式求得：
δ λA
第二节 导热
说明
①将上式写成速率方程的一般形式为： 将上式写成速率方程的一般形式为：
推动力 推动力 ∆t 速率 = ，即： 导热速率Q = = 阻力 导热阻力 δ λA
可见，导热推动力为两壁温度差Δt， 可见，导热推动力为两壁温度差Δt，而（δ/λA）代 Δt δ/λA） 表传热阻力， 表示。 表传热阻力，以R表示。即：
t1 + t 2 ⇒λ m 取t m = 2
or ：
第二节 导热
(2)液体的导热系数： (2)液体的导热系数： 液体的导热系数 除水与甘油外,液体的导热系数均随温度升高而减少。 除水与甘油外,液体的导热系数均随温度升高而减少。 液相石油产品的导热系数随温度的变化关系可由下 式算得(克莱格实验公式): 式算得(克莱格实验公式):
∆t Q= R
第二节 导热
t1 + t 2 可取平均值： ②λ可取平均值： λ = f 2 or λ1 + λ 2 λm = 2
③壁内温度分布： 若将积分限改为： x : 0 → x , t : t1 → t x 壁内温度分布： 若将积分限改为：
t x = t1 −
t1 − t 2
第二节 导热
一、基本概念 1.温度场与温度梯度 1.温度场与温度梯度 温度场：任一时刻，物体各点的温度分布情况， 温度场：任一时刻，物体各点的温度分布情况，称为温 度场，以数学式表示如下： 度场，以数学式表示如下：
T = f ( x , y , z ,θ )
对稳定导热过程，物体各点温度均不随时间改变， 对稳定导热过程，物体各点温度均不随时间改变，则温 度场表达式变为： 度场表达式变为：
第二节 导热
纯金属： 纯金属：T↑→λ↓ 纯度↑→ 纯金属> 纯度↑→λ↑，纯金属>合金 普通碳钢：λ = 45 W/(m·K) 普通碳钢： W/(m K) W/(m·K) 不 锈 钢：λ = 16 W/(m K) 非金属： 非金属：ρ↑→λ↑，T ↑→λ↑
工程计算： 工程计算：
λ1 + λ 2 λm = 2
第一节 概述
3.回收余热、废热，充分利用能量。 3.回收余热、废热，充分利用能量。 回收余热
第一节 概述
二、热量传递的基本方式
热传导（传导、导热） 热传导（传导、导热） 对流传热（对流） 对流传热（对流） 辐射传热（辐射） 辐射传热（辐射）
第一节 概述
1.热传导（导热） 1.热传导（导热） 热传导 因为分子的微观振动， 因为分子的微观振动，热量从高温物体流向与之接 触的低温物体， 触的低温物体，或同物体内高温部分向低温部分进行的 热量传递过程称为导热，也称为热传导。 热量传递过程称为导热，也称为热传导。
T = f ( x, y, z)
第二节 导热
2.一维稳定导热：温度只沿一个坐标方向改变， 2.一维稳定导热：温度只沿一个坐标方向改变，称为一维 一维稳定导热 稳定导热，其数学表达式为： 稳定导热，其数学表达式为：
T = f (x)
3.等温面：把物体内具有相同温度的 3.等温面： 等温面 点连成一个曲面，称等温面。 点连成一个曲面，称等温面。 4.温度梯度： 4.温度梯度： 温度梯度
第二节 导热
1.导热速率 1.导热速率 一厚度为δ的无限大平壁， 一厚度为δ的无限大平壁， 壁面两侧温度分别为t 壁面两侧温度分别为t1，t2，且 若在与壁面1的距离为x t1>t2，若在与壁面1的距离为x 处取一厚度为dx的薄层， 处取一厚度为dx的薄层，由傅 dx的薄层 立叶定律： 立叶定律：
第一节 概述
三种传热方式的比较 导热 对流 辐射
第一节 概述
三、与传热有关的一些基本概念 1.传热速率Q与热通量q 1.传热速率Q与热通量q 传热速率 传热速率Q 传热面在单位时间内传的热量。单位： 传热速率Q：传热面在单位时间内传的热量。单位：w 热通量q 单位时间单位传热面积传递的热量。 热通量q：单位时间单位传热面积传递的热量。 传热面积传递的热量 单位： 单位：w/m2
第5章
Chapter 5
传热
Heat Transfer
第5章 传热
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述 导热 对流传热 沸腾与冷凝给热 两流体间的传热计算
第一节 概述
一、传热在石油化工中的应用 1.原料、 1.原料、产品的加热和冷却 原料
第一节 概述
2.对设备及管线进行保温（保冷），减少热量损失。 2.对设备及管线进行保温（保冷），减少热量损失。 对设备及管线进行保温 ），减少热量损失
dQ q= dA
第一节 概述
2.稳定传热与不稳定传热 稳定传热与不稳定传热 稳定传热：传热过程中， 稳定传热：传热过程中，如果传热系统中各处温度 只随位置而变，而不随时间而变， 只随位置而变，而不随时间而变，称此过程为稳定传热 过程。此时，传热速率Q为常数。 过程。此时，传热速率Q为常数。 不稳定传热：传热过程中， 不稳定传热：传热过程中，如果传热系统中各处温 度及有关物理量（ 度及有关物理量（如Q、q等）随时间而变，称此过程为 随时间而变， 不稳定传热过程。 不稳定传热过程。