热量传递方式及应用-2015-6

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参考文献
[1] 陈涛,张小国.化工传递过程基础[M],（第三版).北京: 化学工业出版社,2009. [2] 徐强.动量、热量及质量传递的类似性[J].1994 ,(2),22-24
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热从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式叫做热传导。热量从系统的一 部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做热传导。热传导是固体中热传递的主要方 式。在气体或液体中，热传导过程往往和对流同时发生。各种物质的热传导性能不同，一般金属都 是热的良导体，玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮以及液体和气体都是热的不良导体，石棉的热 传导性能极差，常作为绝热材料。 描述导热现象的的物理定律为傅里叶定律，其数学表达式为：
q ht A
q——对流传热速率 A——与导热方向垂直的传热面面积 h——对流传热系数，或称膜系数
（4）Leabharlann t ——固体壁面与流体主体之间的温差值
1.3 辐射传热
高温物体直接向外发射热的现象叫做热辐射。物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领， 这种热传递的方式叫做热辐射。热辐射虽然也是热传递的一种方式，但它和热传导、对流不同。它 能不依靠媒质把热量直接从一个系统传给另一系统。热辐射以电磁辐射的形式发出能量，温度越 高，辐射越强。辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐 射，在 500 摄氏度以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。热辐射是远距离传热的主 要方式，如太阳的热量就是以热辐射的形式，经过宇宙空间再传给地球的。 描述热辐射的基本定律是史蒂芬-波尔兹曼定律，理想辐射体向外发射能量的速率与热物体热 力学温度的四次方成正比，即：
5 R k cp u 4M
1.2 对流传热
（3）
对流靠气体或液体的流动来传热的方式叫做对流。 液体或气体中较热部分和较冷部分之间通 过循环流动使温度趋于均匀的过程。对流是液体和气体中热传递的主要方式，气体的对流现象比液 体明显。对流可分自然对流和强迫对流两种。自然对流往往自然发生，是由于温度不均匀而引起 的。强迫对流是由于外界的影响对流体搅拌而形成的。 对流传热速率可由牛顿冷却定律表述，即：
q 0T 4 A q ——黑体发射能力 A
（5）
0 ——黑体的辐射常数
T——黑体表面的绝对温度 对于两无限大黑体间的辐射传热速率为：
q0 0 A(T14 T24 )
（6）
2
q 0 ——两黑体间的辐射传热速率
T1 , T2 ——分别为黑体 1 和黑体 2 表面的绝对温度
A ——辐射物体的表面积
2 实际应用
在实际过程中，往往是几种传热方式同时存在。如高温炉膛内热量向管壁的传递，主要依 靠热射，但对流和热传导也起一定作用；又如间壁式换热器中，热流体先依靠对流和热传导将 热量传至热壁面，随即依靠热传导传至冷侧壁面，最后依靠对流和热传导将热量传给冷流体。 热量传递的计算问题大致分为两类：一类是计算温度分布或某一给定点的温度 ,以确定合 理的工条件;另一类是确定传热速率，以便确定换热设备的尺寸。传热的速率可用两种方式表 示：一是热量，即单位时间内通过整个传热面积所传递的热量;另一是热量通量 ,又称热流密 度，即单位时间通过单位传热面积所传递的热量。在化工生产的大多数场合中,要求热量通量 大,以期尽可能减少换热设备，也有利于充分利用热能。另一种情况是为了防止热量散失或保 持低温，则要求热量通量尽可能小，这就是保温。
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传递方式
热量传递有热传导、对流传热和辐射传热三种基本方式。热传导依靠物质的分子、原子或
电子的运动或(和)振动来传递热量，流体中的热传导与分子动量传递类似。对流传热依靠流体 微团的宏观运动传递热量，所以它只能在流体中存在，并伴有动量传递。辐射传热是通过电磁 波传递热量，不需要物质作媒介。 1.1 热传导
热量传递方式及应用
摘要：热量传递 / 动量传递、质量传递并列为三种传递过程。化学工业与热量传递的关系密 切，化工生产中的很多过程和单元操作都需要进行加热或冷却，热量传递在化工中扮演着重要 的角色。本文对热量传递的方式和在化工中的应用进行了阐述。 关键词：热量；传递；方式；分析 热量由于温度差而产生热量从高温区向低温区的转移，与动量传递、质量传递并列为三种 传递过程。自然界中，热量传递是一种普遍存在的现象。两物体间或同一物体的不同部位间， 只要存在温差，会发生热量传递，直到各处温度相同为止。在化工生产过程中，普遍遇到的物 料升温、冷却或保温都涉及热量传递。此外，有不少场合，热量传递是与其他传递同时进行 的。例如在干燥操作中，热传递与质量传递同时发生；而在反应器中，动量传递、热量传递、 质量传递与化学反应同时发生 。
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总结
凡是有温度差存在的地方就必然有热量传递，固几乎所有的工业部门，如化工、能源、冶
金、机械、建筑等都涉及传热问题。传热过程往往都是通过一定的换热设备来实现的 。如何 设计出价格低廉、运行经济的换热设备已完成所要求的换热任务，是化学工程师经常遇到的问 题。而与解决上述问题，则既要通晓热量传递的基本原理，又要有能够定量计算热量传递速率 的基本能力。所以在学习热量传递的时候，应当更加注重实际应用的学习。已解决未来化工中 遇到的热量传递问题。
q t k A n
q——导热速率 A——与导热方向垂直的传热面面积 K——物质的导热率
（1）
t / n ——温度梯度
低密度单原子气体的热导率可根据分子的平均动能推到得出：
k
1
3 / 2d 2
k 3T / m
（2）
1
表明气体的热导率与压力无关，与绝度温度的 1/2 次方成正比。 对于低密度的多原子气体，其热导率的半经验公式为：