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第三章
热传递的基本原理
.
摘要
传热学是研究热能传递规律的学科。温差的存 在，必然会引起热量从高温物体向低温物体进 行传递。
火电厂的生产过程和传热过程联系密切。 热量传递的基本方式有导热、对流换热和辐射
换热。一般情况下传热过程均是这几种方式的 综合结果。
.
热量传递的基本方式
导热
对流换热
辐射换热
Q Sd tS tw 1 tw 2 tw 1 tw 2 tw 1 tw 2W
dx
S R
R (A ) 导热 A 时 面 导 C 积 W 热
q Q tw 1 tw 2 tw 1 tw 2 tw 1 tw 2W m 2
A
r
r单位面积m 上 2C导 W热
.
大平壁导热
.
第一节 导热
傅立叶定律及热导率
傅立叶定律以微分形式给出了导热体内热流量与温 度梯度的关系，即：
q dt
dx
式中 q——单位时间内通过导热体单位面积上的热量。
——比例系数，又称为热导率。
热导率的大Байду номын сангаас反映了物体导热能力 的大小，它的大小取决于物质的种类和 温度。
.
大平壁导热
导过平壁的热流量：
带走热量，并使其冷却的一种传热方式
大容器饱和沸腾曲线 通过对水在一个大气压（1.013×105Pa） 下的大容器饱和沸腾换热过程的实验观 察，可以画出下图所示的曲线，称为饱 和沸腾曲线。曲线的横坐标为加热面的 过热度；纵坐标为热流密度。
.
第二节 对流换热
t twts
.
第二节 对流换热
2、 凝结换热 当蒸汽与低于其相应压力下的饱
h(流体内部和流体 间与 导壁 热面 热)阻 、ch (单位体积流体能多 携能 带量 )更
h (有碍流体流动、热 不对 利流 )于
.
第二节 对流换热
⒋几何因素的影响
壁面几何形状、大小，流体与固体 热接触的相对位置等对对流换热的影响。
⒌流体有无相变
h相变h单相
.
第二节 对流换热
对流换热量的计算 牛顿冷却公式：
QaS(tw
tf
)
tw
tf 1
aS
.
第二节 对流换热
对流换热量按牛顿冷却定律计算，但式 中的表面传热系数难以确定，要考虑到 诸多因素影响。表面传热系数的计算步 骤是，首先选择试验关联式；确定Nu准 则；根据Nu定义式，求解表面传热系数ą。
.
第二节 对流换热
流体有相变时的对流换热 1、沸腾换热：指工质通过气泡运动
一般情况下传热过程均是这几种方式的综合结果。
.
什么是导热？
当物体内部或相互接触的物体间存在温度差时，热量从高温处 传到低温处的过程称为导热或热传导。
什么是对流换热？
流动着的流体与其相接触的固体壁面之间的热量传递过程称 为对流换热。
什么是辐射换热？
物体在向外发射热辐射的同时，又要接收周围物体投射到它 表面上的热辐射能，并将其转变为热能而吸收。通过热辐射方式 交换热量的过程称辐射换热。
和温度的壁面接触时，将发生凝结过程。 凝结时蒸汽释放出汽化潜热并传递给固 体壁称凝结换热过程。
分为膜状凝结、珠状凝结 液膜的导热热阻成为膜状凝结换热的主要阻力 不凝结气体——附加热阻（凝汽器设有抽气系统） 排除凝结液、减小液膜厚度——强化膜状凝结换热
.
第三节 辐射换热
概念
.
第二节 对流换热
概念 当温度不同的各部分流体之间产生
宏观的相对运动时，各部分流体因相互 掺混所引起的热量传递过程，称为热对 流。流动着的流体与其相接触的固体壁 面之间的热量传递过程称为对流换热。
.
第二节 对流换热
对流换热时，流体内部各部分流体 之间存在热对流，并同时伴随有热传导， 这是因为微观粒子的热运动总是存在的； 在靠近固体壁面处，因流体的黏性力作 用，紧贴壁面薄层流体的流速为零，该 薄层流体与壁面之间只能通过导热方式 进行热量交换。因此，对流换热是热对 流和热传导综合作用的结果。
.
第二节 对流换热
.
第二节 对流换热
▲对流换热的主要影响因素
1.流动的起因
h强制h自然
2.流体的流态
h紊流 h层流
Re wd wd
➢ 当Re<2320时为稳定层流； ➢ Re>10000时为旺盛紊流 ； ➢ 2320<Re<10000时则为流
态不 确定的过渡阶段。
.
第二节 对流换热
3.流体的物理性质
若物体内的温度分布随时间变化，则为 非稳态温度场。
.
第一节 导热
在有温差存在的物体内，若将其温度 相同的点连接起来，则会形成一个等 温面。等温面可以是曲线、平面或封 闭的圆环面。等温面上各点的温度均 相等，只有穿过等温面时才会有温度 改变。将等温面法线方向上的温度变
dt
化率称为温度梯度，用 d x 表示。
.
第一节 导热
概念
当物体内部或相互接触的物体间存在温度 差时，热量从高温处传到低温处的过程称为 导热或热传导。
.
第一节 导热
气体的导热：通过其处于杂乱无章运动中的分子间的 碰撞，进行能量的交换而实现导热。
固体的导热：主要是通过材料晶格的热振动波以及自 由电子的迁移来实现的。
液体的导热：在液体介电质中，热量的转移是依靠弹 性波的作用。
.
第二节 对流换热
分类
强制对流换热 自然对流换热 与固体表面相接触流体的流动，如 果是在风机或泵等所提供的外力推动下 形成的，称为强制对流换热； 如果是由于流体内部各部分之间密 度不同所引起的，称自然对流换热。
.
第二节 对流换热
单相介质对流换热 相变对流换热
被壁面加热或冷却的流体未发生相 变，称为单相介质的对流换热；否则称 为有相变的对流换热，如蒸汽凝结或液 体沸腾等。
在金属内部则依靠自由电子的运动，而对于非金 属则主要通过晶格的热振动波进行热量的传递。
.
第一节 导热
温度场（Temperature field） 某时刻空间所有各点温度分布的总称 温度场是时间和空间的函数，即：
tf(x,y,z,)
.
第一节 导热
如果物体内各点的温度在温度不随时间 而变，称为稳态温度场。
多层平壁
QaS(twtf
)twtf 1
aS
Q
1
tw1 tw4
2 3
1S 2S 3S
Q=温差除以热阻之和
q
Q S
tw1 tw4
1 2 3
1 2 3
.
第一节 导热
导热量 Q t R
热阻→热流量 在导热分析计算中，热阻的概念 是很重要的。掌握了不同物体的导热 热阻，也就能计算这些物体的热流量。
热传递的基本原理
.
摘要
传热学是研究热能传递规律的学科。温差的存 在，必然会引起热量从高温物体向低温物体进 行传递。
火电厂的生产过程和传热过程联系密切。 热量传递的基本方式有导热、对流换热和辐射
换热。一般情况下传热过程均是这几种方式的 综合结果。
.
热量传递的基本方式
导热
对流换热
辐射换热
Q Sd tS tw 1 tw 2 tw 1 tw 2 tw 1 tw 2W
dx
S R
R (A ) 导热 A 时 面 导 C 积 W 热
q Q tw 1 tw 2 tw 1 tw 2 tw 1 tw 2W m 2
A
r
r单位面积m 上 2C导 W热
.
大平壁导热
.
第一节 导热
傅立叶定律及热导率
傅立叶定律以微分形式给出了导热体内热流量与温 度梯度的关系，即：
q dt
dx
式中 q——单位时间内通过导热体单位面积上的热量。
——比例系数，又称为热导率。
热导率的大Байду номын сангаас反映了物体导热能力 的大小，它的大小取决于物质的种类和 温度。
.
大平壁导热
导过平壁的热流量：
带走热量，并使其冷却的一种传热方式
大容器饱和沸腾曲线 通过对水在一个大气压（1.013×105Pa） 下的大容器饱和沸腾换热过程的实验观 察，可以画出下图所示的曲线，称为饱 和沸腾曲线。曲线的横坐标为加热面的 过热度；纵坐标为热流密度。
.
第二节 对流换热
t twts
.
第二节 对流换热
2、 凝结换热 当蒸汽与低于其相应压力下的饱
h(流体内部和流体 间与 导壁 热面 热)阻 、ch (单位体积流体能多 携能 带量 )更
h (有碍流体流动、热 不对 利流 )于
.
第二节 对流换热
⒋几何因素的影响
壁面几何形状、大小，流体与固体 热接触的相对位置等对对流换热的影响。
⒌流体有无相变
h相变h单相
.
第二节 对流换热
对流换热量的计算 牛顿冷却公式：
QaS(tw
tf
)
tw
tf 1
aS
.
第二节 对流换热
对流换热量按牛顿冷却定律计算，但式 中的表面传热系数难以确定，要考虑到 诸多因素影响。表面传热系数的计算步 骤是，首先选择试验关联式；确定Nu准 则；根据Nu定义式，求解表面传热系数ą。
.
第二节 对流换热
流体有相变时的对流换热 1、沸腾换热：指工质通过气泡运动
一般情况下传热过程均是这几种方式的综合结果。
.
什么是导热？
当物体内部或相互接触的物体间存在温度差时，热量从高温处 传到低温处的过程称为导热或热传导。
什么是对流换热？
流动着的流体与其相接触的固体壁面之间的热量传递过程称 为对流换热。
什么是辐射换热？
物体在向外发射热辐射的同时，又要接收周围物体投射到它 表面上的热辐射能，并将其转变为热能而吸收。通过热辐射方式 交换热量的过程称辐射换热。
和温度的壁面接触时，将发生凝结过程。 凝结时蒸汽释放出汽化潜热并传递给固 体壁称凝结换热过程。
分为膜状凝结、珠状凝结 液膜的导热热阻成为膜状凝结换热的主要阻力 不凝结气体——附加热阻（凝汽器设有抽气系统） 排除凝结液、减小液膜厚度——强化膜状凝结换热
.
第三节 辐射换热
概念
.
第二节 对流换热
概念 当温度不同的各部分流体之间产生
宏观的相对运动时，各部分流体因相互 掺混所引起的热量传递过程，称为热对 流。流动着的流体与其相接触的固体壁 面之间的热量传递过程称为对流换热。
.
第二节 对流换热
对流换热时，流体内部各部分流体 之间存在热对流，并同时伴随有热传导， 这是因为微观粒子的热运动总是存在的； 在靠近固体壁面处，因流体的黏性力作 用，紧贴壁面薄层流体的流速为零，该 薄层流体与壁面之间只能通过导热方式 进行热量交换。因此，对流换热是热对 流和热传导综合作用的结果。
.
第二节 对流换热
.
第二节 对流换热
▲对流换热的主要影响因素
1.流动的起因
h强制h自然
2.流体的流态
h紊流 h层流
Re wd wd
➢ 当Re<2320时为稳定层流； ➢ Re>10000时为旺盛紊流 ； ➢ 2320<Re<10000时则为流
态不 确定的过渡阶段。
.
第二节 对流换热
3.流体的物理性质
若物体内的温度分布随时间变化，则为 非稳态温度场。
.
第一节 导热
在有温差存在的物体内，若将其温度 相同的点连接起来，则会形成一个等 温面。等温面可以是曲线、平面或封 闭的圆环面。等温面上各点的温度均 相等，只有穿过等温面时才会有温度 改变。将等温面法线方向上的温度变
dt
化率称为温度梯度，用 d x 表示。
.
第一节 导热
概念
当物体内部或相互接触的物体间存在温度 差时，热量从高温处传到低温处的过程称为 导热或热传导。
.
第一节 导热
气体的导热：通过其处于杂乱无章运动中的分子间的 碰撞，进行能量的交换而实现导热。
固体的导热：主要是通过材料晶格的热振动波以及自 由电子的迁移来实现的。
液体的导热：在液体介电质中，热量的转移是依靠弹 性波的作用。
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第二节 对流换热
分类
强制对流换热 自然对流换热 与固体表面相接触流体的流动，如 果是在风机或泵等所提供的外力推动下 形成的，称为强制对流换热； 如果是由于流体内部各部分之间密 度不同所引起的，称自然对流换热。
.
第二节 对流换热
单相介质对流换热 相变对流换热
被壁面加热或冷却的流体未发生相 变，称为单相介质的对流换热；否则称 为有相变的对流换热，如蒸汽凝结或液 体沸腾等。
在金属内部则依靠自由电子的运动，而对于非金 属则主要通过晶格的热振动波进行热量的传递。
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第一节 导热
温度场（Temperature field） 某时刻空间所有各点温度分布的总称 温度场是时间和空间的函数，即：
tf(x,y,z,)
.
第一节 导热
如果物体内各点的温度在温度不随时间 而变，称为稳态温度场。
多层平壁
QaS(twtf
)twtf 1
aS
Q
1
tw1 tw4
2 3
1S 2S 3S
Q=温差除以热阻之和
q
Q S
tw1 tw4
1 2 3
1 2 3
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第一节 导热
导热量 Q t R
热阻→热流量 在导热分析计算中，热阻的概念 是很重要的。掌握了不同物体的导热 热阻，也就能计算这些物体的热流量。