4.1 传热概述及热传导
传热的三种基本方式
式中
q Q A
A──总传热面积
二、定态与非定态传热
非定态传热 Q,q, t f x, y, z,
定态传热 Q,q, t f x, y, z
t 0
返回
三、冷、热流体通过间壁的传热过程
T1
t2
(1)热流体 Q1(对 流) 管壁内侧
对流 导 对流
返回
4.1.3 冷、热流体的接触方式
一、直接接触式
板式塔
返回
填料塔
返回
凉水塔
返回
二、蓄热式
低温流体
优点： • 结构较简单 • 耐高温
高温流体
缺点： • 设备体积大 • 有一定程度的混合
t2
冷流体t1
T2
传热面为内管的表面积
返回
（2）列管换热器
热流体T1
返回
二、对流 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。 • 自然对流：由于流体内温度不同造成的浮升力
引起的流动。 • 强制对流：流体受外力作用而引起的流动。
对流传热：流体与固体壁面之间的传热过程。
三、热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。
• 能量转移、能量形式的转化 • 不需要任何物质作媒介
返回
4.1.2 传热的三种基本方式
一、热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部
分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导。 特点：没有物质的宏观位移
• 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 • 固体 导电体：自由电子在晶格间的运动
非导电体：通过晶格结构的振动实现 • 液体 机理复杂
Q
热
(2)管壁内侧Q2( 热传导) 管壁外侧
热传导与传热的基本规律与计算
热传导与传热的基本规律与计算热传导是热量从高温区域传递到低温区域的过程，是热能传播的一种方式。
传热则是指热能从一个物体传递到另一个物体的过程。
在这篇文章中，我们将探讨热传导和传热的基本规律以及相关的计算方法。
一、热传导的基本规律在固体中，热传导是通过原子、分子的相互碰撞传递热能的过程。
基于这一过程，热传导满足以下基本规律：1. 热传导方向：热传导的方向是从高温区域到低温区域，即热量总是沿着温度梯度的方向传递。
2. 热传导速率：热传导速率与物体的热导率成正比，与物体的截面积成反比，与温度梯度成正比。
具体计算公式如下：Q = k * A * ΔT / d其中，Q表示传导热量，k表示物体的热导率，A表示传热截面积，ΔT表示温度差，d表示传热距离。
该公式表明，热传导速率正比于传热截面积和温度梯度，反比于传热距离。
二、导热物质的热导率热导率是导热物质的一个重要物理参数，它表示单位时间内，单位面积上的热量传递量。
不同物质的热导率不同，常见物质的热导率如下：- 金属材料：金属具有较高的热导率，如铜的热导率约为401W/(m·K)，铝的热导率约为237 W/(m·K)，铁的热导率约为80 W/(m·K)。
- 非金属材料：非金属材料的热导率较低，如水的热导率约为0.6W/(m·K)，木材的热导率约为0.1 W/(m·K)。
三、传热的计算方法在进行传热计算时，我们常用以下几种方法：1. 热传导计算：利用热传导速率公式，可以计算出物体的传导热量。
通过测量温度差、传热截面积和传热距离等参数，我们可以计算出传导热量的数值。
2. 对流传热计算：对流传热是指通过流体的传热过程。
常见的对流传热计算方法有冷却方式、自然对流、强制对流等。
其中，冷却方式是通过调整传热流体的流速、温度等参数，计算出传热量的大小。
3. 辐射传热计算：辐射传热是指通过热辐射的方式传递热量。
辐射传热计算需要考虑物体的表面温度、辐射率等参数，通过辐射传热公式计算出传热量的数值。
化工流体流动与传热4.3 对流传热概述
换热器任一截 面上热流体的 平均温度
换热器任一截 面上与热流体 相接触一侧的 壁温
17
2. 热边界层
λ dt λ dt ( )w = − ( )w 因此有 α = − T − Tw dy ∆t d y
上式为对流传热系数的另一定义式， 上式为对流传热系数的另一定义式，该式表 对于一定的流体和温度差， 明，对于一定的流体和温度差，只要知道壁面附 近的流体层的温度梯度， 近的流体层的温度梯度，就可由该式求得α。 热边界层的厚薄影响层内的温度分布， 热边界层的厚薄影响层内的温度分布，因而 影响温度梯度。当边界层内、 影响温度梯度。当边界层内、外侧的温度差一定 热边界层愈薄， 愈大， 时，热边界层愈薄，则(dt/dy)w愈大，因而α就 愈大。反之，则相反。 愈大。反之，则相反。
24
4.3.3 保温层的临界直径
dc
图4-15 保温层的临界直径
25
第 4 章 传热
4.1 概述 4.2 热传导 4.3 对流传热概述 4.4 传热过程计算
4.4.1 热量衡算
26
热平衡方程
假设换热器的热损失可忽略， 假设换热器的热损失可忽略 ， 则单位时间 内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。 内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。 对于换热器的微元面积d 对于换热器的微元面积 dS ， 其热量衡算式 可表示为
dQ = α i (T − Tw )dS i =
λ
b
(Tw − t w )dS m = α o (t w − t )dS o
或
T − Tw Tw − t w tw − t dQ = = = 1 b 1
α i dSi
λ dS m
α o dS o
dQ = K (T − t )dS
传热传热概述
一、传热的基本方式 二、稳态传热和非稳态传热
第五章 传热
第三节 对流传热 第四节 热交换 第五节 辐射传热
第一节 传热概述
三、热流量和热阻 四、热交换
2012-11-2
2012-11-2
一、传热的三种基本方式
1 热传导
1.1 定义
2 对流传热
2.1 定义 由流体质点间发生相对位移而引起的热量传递过程或者由流
2 非稳态传热
在传热系统中，温度分布随时间而改变的传热过程称为非稳 态传热。
2012-11-2
2012-11-2
三、热流量、热流密度和热阻ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 热流量 热流量为传过一个热流面的热量Q与传热时间t的比值，符号 为Φ，单位为W, 用公式表示为：
3 热阻 导热过程的阻力称为热阻。热阻为导热体两侧温差与热流密 度之比。单位为K/W。
F= DT d (l Am )
四、通过圆筒壁的稳定传热
2 通过多层圆筒壁的稳定传热
稳定传热时，通过各层的热流量相等，则
F = 2p L
T1 - T2 1 r2 ln l1 r1 T2 - T3 1 r3 ln l2 r2 T3 - T4 1 r4 ln l3 r3
= 2p L
= 2p L
2012-11-2
2012-11-2 2012-11-2
2.2 特点
3 辐射传热
3.1 定义 依靠电磁波辐射实现热冷物体之间热量传递的过程称为辐射 传热。 3.2 特点 不仅是能量的传递，还伴随着能量形式的转化；是一种非接 触式传热，在真空中也能进行。
二、稳态传热和非稳态传热
1 稳态传热
在传热系统中，温度分布不随时间而改变的传热过程称为稳 态传热。
传热计算
T2 - 0
( ) ( ) \
qm,
C
h
p,h
T1
- T2
= qm,cC p,c t2 - t1
……………… (I )
式中， qm,h、qm,c ——分别为热、冷流体的质量流速， kg × s -1 ； C p,h、C p,c ——分别为热、冷流体的定压比容， J × kg -1 × K -1 ；
T1、T2 、——分别为热流体的进、出口温度， K ；
空气的流速加大，可加快热量的传递，这是一种什么形式的热量传递呢？我们定义为 对流给热。
对流给热的定义是，通过流体内质点的定向流动和混合而导致热量的传递。 对流给热服从牛顿冷却定律，也称牛顿给热定律。
先讨论一下对流给热的机理。如图 4-9 所示。固体壁面温度为 tw （高温端），流体湍流
主体的温度为 t 。
1 A
ççèæ
b1 l1
+
b2 l2
+
b3 l3
÷÷øö
4
图 4-7 多层平壁的稳态热传导 所以 n 层平壁热传导的公式为：
n
å (ti ) - ti+1
å Q = i=1
1
n
bi
A i=1 li
………………… (V )
4-5 圆筒壁稳定热传导计算
比平壁复杂的一点在于，传热面积 A 是个变量。
今有一长为 L ，内径为 r1 ，内壁温度为 t1 ，外半径为 r2 ，外壁温度为 t2 的圆筒，导出
Q
=
tw d
t
lA
……………… (VII )
7
由于上式中的传热边界层d 是难以测定的，所以仍无法进行计算。于是令 l = a ，则 dt
化工原理传热精品-PPT
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
什么是传热有哪些不同方式的传热
什么是传热有哪些不同方式的传热知识点：什么是传热及其不同方式的传热传热是指热量在物体内部的传递过程。
在自然界和工程应用中，传热现象无处不在，如温暖的阳光照射到地球上、热水袋散热等。
传热主要有三种方式：导热、对流和辐射。
1.导热：导热是指热量通过物体内部的分子振动和电子运动传递。
导热的过程在固体、液体和气体中都可以发生，但机制各不相同。
在固体中，热量主要通过晶格振动的传播；在液体和气体中，热量主要通过分子的碰撞传递。
导热的基本规律是傅里叶定律，即热流密度与温度梯度成正比，与物体的导热系数成正比。
2.对流：对流是指流体移动时带动热量一起移动的现象。
对流分为自然对流和强制对流。
自然对流是由于流体密度不均匀引起的热量传递，如烧水时水面的波动。
强制对流是由于外部因素（如风扇、泵等）引起的热量传递，如空调出风口散热。
对流的热传递效率受到流体性质、流速和温度差等因素的影响。
3.辐射：辐射是指热量以电磁波的形式传递。
任何物体只要温度高于绝对零度(-273.15℃)，就会向外辐射热量。
辐射传热不受介质的影响，可以在真空中传播。
辐射传热的基本规律是斯蒂芬-玻尔兹曼定律，即物体单位面积辐射热功率与物体温度的四次方成正比。
总结：传热是热量在物体内部的传递过程，主要有导热、对流和辐射三种方式。
导热是通过物体内部分子振动和电子运动传递热量；对流是流体移动时带动热量一起移动的现象，分为自然对流和强制对流；辐射是热量以电磁波的形式传递，不受介质影响，可以在真空中传播。
这三种传热方式在自然界和工程应用中广泛存在，具有重要的意义。
习题及方法：1.习题：一块铜块的一边紧贴着一块铁块，如果铜块的另外三边处于室温，那么经过一段时间后，铜块和铁块的温度是否相等？方法：这道题目考查的是导热现象。
由于铜块和铁块接触，热量会通过导热的方式从高温的铜块传到低温的铁块，直到两者的温度相等。
解题的关键是要理解导热的规律，即热流密度与温度梯度成正比，与物体的导热系数成正比。
热传导和传热方程
热传导和传热方程热传导是指物体内部或不同物体之间热能的传递过程。
在研究热传导过程中，我们通常会使用传热方程来描述热传导的行为和规律。
本文将探讨热传导的基本原理，以及传热方程的应用和推导。
一、热传导的基本原理热传导是一种通过分子间碰撞而传递热能的方式。
当物体的温度不均匀分布时，高温区域的分子会具有较高的动能，它们与周围分子发生碰撞，将热能传递给周围的低温区域，从而实现热量的传导。
这种通过分子碰撞传递热能的方式称为热传导。
热传导的速率与物体的温度梯度有关。
温度梯度越大，热传导的速率就越快。
热传导的速率还与物体的导热性质有关，导热性能越好，热传导的速率越快。
二、传热方程的基本形式传热方程是描述热传导过程的数学表达式，它可以用来计算热传导的速率和温度分布。
传热方程的基本形式如下：q = -kA(dT/dx)在这个方程中，q表示单位时间内的热量传递速率，k表示物体的导热系数，A表示传热截面的面积，dT/dx表示温度梯度。
根据传热方程，我们可以计算出热量传递的速率。
当温度梯度增大时，热量传递速率也会增大。
物体的导热系数越大，热量传递速率越大。
三、传热方程的应用传热方程在工程和科学研究中有着广泛的应用。
通过传热方程，我们可以计算热传导过程中的温度分布和热量传递速率，从而帮助我们设计和改进热传导设备和系统。
以散热器为例，散热器通过增大传热截面的面积和优化导热材料的选择，可以提高热量的传递速率，从而更有效地散热。
传热方程可以帮助我们计算散热器所需的散热面积和导热材料的选择。
传热方程还可以应用于热工学和热力学等领域的研究。
通过传热方程，我们可以分析和预测不同材料的导热性能，评估热传导过程中的能量损失，并优化热传导系统的设计。
四、传热方程的推导传热方程的推导是基于热传导的基本原理和数学方法进行的。
推导的具体过程根据实际情况和所研究的问题而略有不同。
下面以一维热传导问题为例，简要介绍传热方程的推导过程。
假设热传导过程发生在一维材料中，材料的长度为L。
传热的基本概念及三种基本方式特点、区别和联系
传热的基本概念及三种基本方式特点、区别和联系传热是热量从高温物体传递到低温物体或从物体的高温部分传递到低温部分的过程。
热传导、热对流和热辐射是传热的三种基本方式。
它们的特点、区别和联系如下：
1.特点：
•热传导：通过物体内部的微观粒子运动，将热量从高温区传递到低温区。
•热对流：由于流体（气体或液体）的运动，将热量从高温区传递到低温区。
•热辐射：通过电磁波的辐射和吸收，将热量从一个物体传递到另一个物体。
1.区别：
•热传导依赖于微观粒子的运动，而热对流和热辐射则与流体的运动和电磁波的传播有关。
•热对流和热辐射可以在气体、液体和固体中进行，而热传导主要在固体中进行。
1.联系：
•在某些情况下，传热过程可能同时包含热传导、热对流和热辐射。
•在传热过程中，三种方式的贡献可能相互影响，共同决定热量传递的总体效果。
简而言之，传热的基本概念及三种基本方式特点、区别和联系主要涉及热量在不同介质中的传递机制，以及它们在特定条件下的相互作用。
化工原理 传热
三. 气体的导热系数
气体的导热系数最小，有利于保温、绝热。 气体导热系数随温度升高而增大。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。 常压下气体混合物的导热系数可用下式估算：
式中
yi———气体混合物中i 组分的摩尔分率； Mi———气体混合物中i 组分的分子量，kg/kmol。
4.2.2
（4-6a）
即为单层圆筒壁的热传导速率方程。
式（4-6a）也可写成与平壁热传导速率方程相类似的形式，即
t1 t2 Q λA m r2 r1
比较可知
r r Am 2l 2 1 2rml ln(r2 / r1 )
其中
rm
4.2 热传导（Conduction）
4.2.1 热传导的数学描述─傅立叶定律
4.2.1
4.2.2 4.2.3
导热系数
平壁的稳定热传导 圆筒壁的稳定热传导
4.2.1 傅立叶定律
一. 温度场和等温面 物体或系统内的各点间的温度差，是热传导的必要条件。由热传 导方式引起的热传递速率（简称导热速率）决定于物体内温度的 分布情况。 温度场就是任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和，表达式 为： t = f (x, y, z,θ)
分别为t1、t2、t3和t4且t1 >t2 >t3 >t4，则通过各层平壁 截面的传热速率必相等： 即
Q λ1 A1 t t t t t1 t2 λ2 A2 2 3 λ3 A3 3 4 b1 b2 b3
或 由式解出
Q
t1 t 2 t 2 t 3 t 3 t 4 b1 b2 b3 λ1 A1 λ2 A2 λ3 A3
减小燃烧炉的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚为30mm，导热 系数为 0.03 W/(m℃）的保温材料。待操作稳定后，又测得炉壁内 表面温度为800℃，外表面温度为80℃。设原有两层材料的导热系数 不变，试求：
传热的基本原理和规律课件
导热系数
总结词
导热系数是描述介质导热性能的物理量。
详细描述
导热系数定义为单位时间内，通过单等条件。导热系数越大，介质的导热性能越好。常见的物 质导热系数从大到小排列为：铜、铝、铁、玻璃、木材等。
稳态导热
总结词
稳态导热是指介质中的温度分布不随时间变化的传热过程。
传热的基本原理 和规律课件
contents
目录
• 传热的基本概念 • 热传导原理 • 对流换热原理 • 辐射换热原理 • 传热规律的应用
01
CATALOGUE
传热的基本概念
传热定义
传热定义
传热是指热量从高温物体传递到 低温物体，或从一个物体的高温
部分传递到低温部分的过程。
传热分类
根据传热机理，传热可分为热传导、 热对流和热辐射三种基本类型。
热性能的参数。
辐射
辐射是指热量通过电磁波传递的 过程。辐射换热系数是表征物体 之间通过辐射进行热量传递的性
能参数。
传热过 程
热量平衡
在传热过程中，热量从高温物体 传递到低温物体，最终达到温度 平衡状态。
传热速率
传热速率受到多种因素的影响， 如物体的物理性质、传热方式、 温度差等。
02
CATALOGUE
详细描述
在稳态导热过程中，介质内部没有热量积累，热量传递速率与热量生成或损失 速率相等。此时，介质内部的温度分布只与位置有关，而与时间无关。常见的 稳态导热现象包括物体的散热、地温梯度的形成等。
03
CATALOGUE
对流换热原理
对流换热定义
对流换热是指流体与固体壁面直接接 触时，由于温度差的存在而发生的热 量传递过程。
传热规律的应用
工业传热
传热之热传导PPT课件
方向：垂直于等温面，沿 温度增加的方向， 与热量传递的方向 相反
第4页/共18页
热传导
热传导的基本概念和定律
傅立叶定律 热传导的基本定律，表示单位时间内传导的热量与温
度梯度及垂直热流方向的截面积成正比
传热方向和温度梯度相反
导热速率 W
dQ dA t
x
导热面积
温度梯度
物质热导率
m2
W/m•K ➢ 物质的物理性质之一，λ越大,导热越快，导热性能越好
热传导
通过平壁的定态热传导
例 某炉膛由三种材料的平砖构成，内层为耐火砖，厚度为150 mm；中间层为绝热层砖，厚度
为130 mm；外层为普通砖，厚度为230 mm。已知炉内外壁表面温度分别为900 ℃和40 ℃，
求耐火砖与绝热砖之间的温度。（热导率w/(m•℃),：耐火砖1.15，绝热砖0.15，普通砖0.8）
解 示意图如图所示
Q1 Q
900 ℃
t1 t2
t1 t4
b1
b1 b2 b3
40 ℃
1A 1A 2 A 3 A
b1=150 mm
b3=230 mm
b2=130 mm
等号两侧消去A， 代入数据得
t2 812.70C
第10页/共18页
热传导
通过圆筒壁的定态热传导
L
dQ dA t
x
模型条件：1. 定态传热，即传热速率为常数，但热通量变化； 2. 圆筒壁长L，内外径为r1、r2； 3. 内外壁温度恒定，分别为t1、t2.
本章章节
第一节 概述（重点） 第二节 热传导（重点） 第三节 对流传热（重点） 第四节 传热过程计算（重点） 第五节 对流传热系数经验关联式 第六节 辐射传热 第七节 换热器
第4章传热-PPT精品
列管式换热器
2、间壁式换热和间壁式换热器
主要特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开， 在换热过程中，两种流体互不接触，热量由热流 体通过间壁传给冷流体。
设备：列管式换热器、套管式换热器。 适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
2、间壁式换热和间壁式换热器
冷、热流体通过间壁两侧的传热过程包括以下三个步骤： （1）热流体以对流方式将热量传递给管壁； （2）热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另一侧； （3）传递至另一侧的热量又以对流方式传递给冷流体。
物质的导热系数主要与物质的种类和温度有关。
纯金属>合金>非金属建筑材料>液体>绝缘材料>气体
1、 固体的导热系数
金属：金属是最好的导热体。
纯金属：熔融状态时λ变小。
合金：随纯度↑—λ↑。
随T↑—λ↓ 。
非金属建筑材料和绝热材料 λ与温度、组成和结构的紧密程度有关。 随T↑—λ↑ ， 随密度↑—λ↑ ，存在最佳密度，使λ最小。
q Q A
六、传热速率方程式
传热过程的推动力：两流体的温度差，通常用平均温度差 Δtm进行计算，单位为K或℃。
经验指出，在稳态传热过程中，传热速率Q与传热面积A 和两流体的温度差Δtm成正比。即传热速率方程式为：
QKAtm
tm 1
推动力 热阻
KA
其中，比例系数K为总传热系数（overall heat transfer coefficient），单位为W/(m2.K)
2、多层平壁的热传导
在稳定传热时，通过串联平壁的导热速率
都是相等的。
Q(t1t2)(t2t3)(t3t4)
b1
b2
b3
1A
物理学概念知识：热传导和传热的机制
物理学概念知识：热传导和传热的机制热传导和传热是热学中非常重要的概念。
在热传导中，热量通过物质的传递而传递。
而在传热的机制中，热量由热源流向低温环境。
这两个机制都涉及到物质中能量的转移。
在本篇文章中，我们将探讨热传导和传热，以及这些机制在日常生活中的应用。
热传导热传导是物质中能量传输的一种形式，该能量通过物质中原子和分子之间的碰撞传递。
当物质处于不同的温度条件下时，较高温度的物质将释放出其最高能量状态中的能量。
这种能量通过物质中等温区域处于更低温度条件下的原子和分子之间的碰撞而传递。
物质中热传导的过程是由传热方程来描述的。
传热方程是描述能量传输的数学公式，它涉及热传导的基本参数，例如物质的热导率、面积和温差。
传热方程可以表示为Q=K × A × ΔT / Δx，其中Q是单位时间内从高温区域传递到低温区域的热量。
K是物质的热导率，A 是传热面积，ΔT是温度差，Δx是传输距离。
这说明了热传导过程中的重要参数，即温度差越大，物质的热导率越高，能量传递速度就越快。
热传导在日常生活中的应用广泛。
例如，它在工业生产中被广泛应用，如热交换器、热散射器和热管等制冷与传热设备。
其次，热传导也用于制造隔热材料，如保温棉、防火材料、陶瓷等。
传热传热是一个最基本的热学概念之一。
传热的机制与热传导非常相似，但二者都存在关键不同之处。
传热是由热源流向低温环境的能量传递过程，而热传导是通过物质的传递分子之间的碰撞来传递能量。
在传热机制中，热能通过导热物质不断地向外扩散，直到达到低温环境为止。
在传热的机制中，存在三种主要方式。
它们是辐射、对流和传导。
辐射传热是指辐射出的热能通过物质之间的空间传输。
对流传热是指热能通过流体的循环运动而传导。
传导传热是指热能通过物体的不同点之间直接传输。
传热在日常生活中也有广泛的应用。
风扇、空气调节和冷却器等运输和传输能量的空气系统利用传热来冷却或加热房屋和办公室。
此外，传热也存在于生物学和海洋学中。
热传导导热性与热传导现象
热传导导热性与热传导现象热传导是热量从高温区域传递到低温区域的过程，是热量传递的一种方式。
热传导导热性是指物质对热传导的能力，也可以理解为物质的导热性能。
热传导现象是指在物质中发生的热量传递过程，包括热量的传递和热量的传导方式。
一、热传导导热性热传导导热性是物质对热传导的能力的度量，通常用热导率来表示。
热导率是指单位时间内单位面积上的热量传递量与温度梯度之比。
热导率越大，物质的导热性能越好，热量传递的速度越快。
不同物质的热导率差异很大，导热性能好的物质通常被称为导热体，如金属、石墨等；而导热性能差的物质通常被称为绝热体，如木材、塑料等。
导热体能够迅速传递热量，而绝热体则能够有效地阻止热量的传递。
热导率与物质的性质有关，如物质的结构、组成、密度等。
一般来说，固体的热导率大于液体，液体的热导率大于气体。
这是因为固体分子之间的相互作用力较大，能够更快地传递热量；而气体分子之间的相互作用力较小，热量传递速度较慢。
二、热传导现象热传导现象是指在物质中发生的热量传递过程，包括热量的传递和热量的传导方式。
热量的传递是指热量从高温区域传递到低温区域的过程，热量的传导方式有三种：导热、对流和辐射。
1. 导热：导热是指热量通过物质的直接传递。
在导热过程中，热量从高温区域传递到低温区域，物质的分子通过振动、碰撞等方式将热量传递给相邻的分子，从而实现热量的传递。
导热是固体和液体中常见的热传导方式，而在气体中，由于分子之间的距离较大，导热的效果较差。
2. 对流：对流是指热量通过流体的传递。
在对流过程中，热量通过流体的流动将热量从高温区域传递到低温区域。
对流是液体和气体中常见的热传导方式，如水的热对流、空气的热对流等。
3. 辐射：辐射是指热量通过电磁波的传递。
在辐射过程中，热量通过电磁波的辐射将热量从高温区域传递到低温区域。
辐射是所有物质都具有的热传导方式，不需要介质的存在，可以在真空中传递热量。
热传导现象在日常生活中随处可见。
17传热概述和热传导.
一、热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的 部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热
传导，又称导热。
特点：没有物质的宏观位移
气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果
固体 导电体：自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格结构的振动来实现的 液体 机理复杂
锅炉炉墙由耐火砖硅藻土砖和石棉水泥砖三层组成各层的厚度导热系数由下表所示炉墙内外表面的温度分别为495和60试求每平方米炉墙每小时的热损失及各层界面上的温度
传热概述和热传导
主要内容
一. 传热概述
1.传热过程
2.传热速率
二. 热传导
1. 傅立叶定律和导热系数 2. 一维稳态导热
三. 本讲小结
第4章 传 热
Qdx
0
b
t2
Adt
x x时，t t
Qxt 2
变为
Q
x
A(t1 t )
t t1
若不随t变化， t～x成呈线形关系。
若随t变化关系为： 0 (1 at)
3．当随t变化时
如：1～t1，2～t2
则t～x呈抛物线关系。
导 热 过 程 示 意 图
加 热 炉
① 等温面 具有相同温度的点组成的面 特点：等温面上各点温度相等， 等温面不会相交。 ② 温度梯度 沿等温面法线方向的温度变化率。
法向 n
t t n dA t t
等温面
t
t t lim n n0 n
n
等温面、温度梯度与热流方向
方向：沿温度增高方向为正，且与等温面垂直。
第四章 传热1-热传导.
在一定温度范围内
0 (1 t )
2.3.2 液体的导热系数
0, ── 0℃, t℃时的导热系数，W/(m· K)； '── 温度系数 对大多数金属材料' < 0, t 大多数非金属材料' > 0, t
一般地 液态金属的 > 非金属液体的 ; 在非金属液体中，水的导热系数最大，(0.5~0.7)W/(m· °C); 纯液体的导热系数比其溶液的要大
r r2 , t t2
Qdr 2 rldt
Q 2l (t1 t 2 ) 2l (t1 t 2 ) r2 1 r2 ln ln r1 r1
2
热传导
讨论：
1. 上式b可以写为
Q
Q 2l (t1 t 2 ) 2l (t1 t 2 ) r2 1 r2 ln ln r1 r1
Q
Q A
dt dx
自然界中传递过程的普遍关系 过程的推动力 过程传递速率= 过程的阻力
Q
A
t R
q
Q t1 t2 t A R
Qx Qxdx Q const
t
讨论 1．导热推动力 t (t 1 t 2 )
2．导热热阻 R，R' ℃/w, m2.℃/w
t-t t+t t Q dA
温度梯度是一个点的概念。 温度梯度是一个向量。
n
方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正。
稳定的一维温度场
Gradt lim
t dt x 0 x dx
2
热传导
相当于温度场的牛顿粘性定律 热传导基本定律 通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比
热量传递篇--传热原理 第十四讲 传热概述 热传导共28页
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
28
热量传递篇--传热原理 第十四讲 传热 概述 热传导
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
保温杯内胆与瓶身中间处于真空，
无气体分子，不导热。
27
4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
1.固体的导热系数
导热性能与导电性能密切相关，一般而言，良好的导电体必然是良好的导热体，
反之亦然。在所有固体中，金属的导热性能最好。 大多数金属的导热系数与金属温度和纯度有关，即
t ， λ
t 0
t 0
非稳态(非定常)传热：间歇生产过程，开、停车阶段。
Q , q, t f x , y , z
本章只讨论稳定传热
17
4.1.3 传热过程 热载体及其选择
选择原则
①载热体的温度易调节控制；
②载热体的饱和蒸气压较低，加热时不易分解； ③载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备；
《化工原理》
第4章 传热
4.1 传热概述及热传导
新课导入
热传递3种方式
热 传 导
热 对 流
热 辐 射
热量传递可以依靠其中的一种方式或几种方式同时进行，净的热流方向总是 从高温处向低温处流动。
2
4.1.1 传热的三种基本方式
热传导
若物体各部分之间借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动 传递热量的过程为热传导(又称导热)。
物质种类
气体
液体
非导固体
金属
绝热材料
W/(m﹒oC) 0.006～0.6 0.07～0.7
0.2～3.0
15～420
﹤0.25
26
4.2.1傅立叶定律（Fourier's Law）
从导热系数的角度分析一下，泡沫箱和保温杯的保温原理。
泡沫箱中存在大量微孔，填充
了大量空气，同时其自身为绝
缘的聚苯乙烯材质，二者导热 系数小，具有保温作用。
吸水--- λ增大，保温性能变差，所以，要防水。
31
4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
大多数均质的材料，其导热系数与温度近似成直线关系，可用下式 表示 λ=λ0(1+at) λ—物质在温度为t℃时的导热系数，W/m· ℃； λ0—物质在0℃时的导热系数，W/m· ℃； a—温度系数，对大多数金属材料为负值， 而对大多数非金属为正值，1/℃。
蓄热体
壁面，用热流体将固体填充物加热，然后
停止热流体，使冷流体流过固体表面，用 固体填充物所积蓄的热量加热冷流体。
高温流体
适用范围：一般气体介质之间，使用不多。
12
4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
间壁式换热
特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开，
在换热过程中，两种流体互不接触，热量
由热流体通过间壁传给冷流体。 优点：传热速度较快，适用范围广，热量 的综合利用和回收便利。 缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。 设备：套管式换热器、列管式换热器
Q (t1 t2 ) b A
因素及有关计算 2. 对流传热+辐射 例如：温度很高的他、反应釜的外壁 传导
对流 对流
9
4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
直接接触式换热
接触方式
蓄热式换热 间壁式换热
10
4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
直接接触式
特点：是依靠热流体和冷流体直接 接触和混合过程实现的。 优点：传热面积大，传热效率高， 设备简单
t+t
t
t-t Q
温度梯度是一个向量。
方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正
稳态一维温度梯度：
dt gradt dx
n
dA
22
4.2 热传导
热力管道包裹的“外衣”的原则和机 理是什么？
保温箱和保温杯为什么能够保温呢？
23
4.2 热传导
如何衡量传热速度的快慢呢？
传（导）热速率：是指在单位时间内通过传热面的热量，用Q 表示， 单位为W。 影响导热速率的因素有哪些呢？ 怎样才能提高导热速率呢？
d. 一般来说， λ溶液< λ纯液体。
29
4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
3.气体的导热系数
与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对导热不利，有利于保温和绝热。工 业上所使用的保温材料（如玻璃棉等）就是因为其空隙中有大量静止的空气。 a. 通常，T↑，λ气↓ b.在通常的压力范围内,其导热系数随压力变化很小. 在压力大于200MPa时
热负荷Q
根据工艺要求，同种流体需要温升或温降时，吸收或放出的热量。
传热速率Q（热流量）
单位时间内通过传热面的热量， 表征换热器的生产能力，W。
热流密度（热通量）
单位时间单位面积传递的热量，W/m2，热通量是反映传热强度的指标，
又称为热流强度。
q
dQ dS
15
4.1.3 传热过程
传递过程速率与过程的推动力成正比，与过程的阻力成反比。传热过程
条件：系统两部分之间存在温度差。 特点：静止物体的传热方式，没有物质的宏观位移。
物质的三态（固液气）均可以充当热传导的介质，但热传导的机理
因物质种类不同而异。
3
4.1.1 传热的三种基本方式
金属固体：热传导起因于自由电子的扩散运动； 金属棒 T1 T2
T1＞T2
不良导体的固体和大部分液体 热传导是通过晶格结构的振动，即原子、分子在平衡位置附近的振动来实现的； 气体：热传导则是由于分子不规则热运动而引起的。
典型设备：如凉水塔、喷洒式冷却塔、
混合式冷凝器 适用范围：无价值的蒸气冷凝，或其冷 凝液不要求是纯粹的物料等，允许冷热
两流体直接接触混合的场合。
混合式冷凝器
11
4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
蓄热式换热
特点：冷热两流体间的热量是通过壁面
低温流体
周期性的加热和冷却来实现的。
传热方式：首先热流体流过蓄热器中固体
不能在真空中进行
能在真空中进行
8
4.1.1 传热的三种基本方式
联合传热
实际上，三种传热方式，很少单独存在，而是两种或两种以上的传热联合作用。 1. 热传导+热对流 → 对流传热
例如：化工生产中冷、热流体通过间壁式换热器的热交换 冷热流体的对流传热 通过固体壁面的热传导
热 壁面 冷
本章重点：对流传热的基本原理，应向对流传热的
热 流 体
间 壁
冷 流 体
对流
传导
对流
适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
13
4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
套管换热器(最简单的一种)
热流体 T1
传热面A：内管壁的表面积
冷流体t1
t2 T2
列管换热器
热流体T1 t2 T2
传热面A: 为壳内所
冷流体t1
有管束壁的表面积
14
4.1.3 传热过程 传热速率和热通量
4.2.2 平壁热传导
根据傅立叶定律
Q A
dt dx
分离变量后积分（设不随t而变）
得
Q b t1 dt A 0 dx A Q (t1 t 2 ) b
t2
式中 Q ─热流量或传热速率，W或J/s；
A ─平壁的面积，m2；
b ─平壁的厚度，m；
q
或
Q (t1 t 2 ) A b
6
4.1.1 传热的三种基本方式
热辐射
因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。
热辐射的特点： ①不需要任何介质，可以在真空中传播； ②不仅有能量的传递，而且还有能量形式的转移； ③辐射传热是物体间相互辐射和吸收能量的结果。
高温物体
辐射能
低温物体
④任何物体只要在热力学温度零度以上，都能发射辐射能，但是 只有在物体温度较高时，热辐射才能成为主要的传热方式。
固 ; 固
金属纯度， λ
非金属固体的导热系数与其组成、结构的紧密程度及温度有关。
t ， λ ρ ，λ
固 固；
28
4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
2.液体的导热系数
液体
金属液体－导热系数λ较高 非金属液体－导热系数λ较低
液态金属的导热系数比一般液体的高，其中熔融的纯钠具有较高的导热系 数。液体的导热系数基本上与压强无关。 a. 在非金属液体中，水的导热系数最大。 b. 金属液体: T↑，λ液↓ c. 绝大多数液体（除水和甘油）： T↑，λ液↓；T↑，λ水↑，λ甘油↑
32
4.2.2 平壁热传导
单层平壁热传导
b
t 假设： (1) A大，b小； (2) 材料均匀—λ为常数； (3)温度仅沿x变化，且不随时间变化。 若平壁侧面的温度t1及t2恒定， 则：当x=0时，t= t1
t1 Qx
t2
Qx+dx x
x=b时，t= t2
——边界条件
33
d x b：平均壁厚，m； t：温度差，oC；
热传导不能在真空中进行。
导热：固体中 热传递的主要方式
液体中 并不显著
4
4.1.1 传热的三种基本方式
热对流
流体质点在传热方向上的相对运动来实现热量传递的过程，简称对流。
实质：流体的质点携带着热能在不断的流动中，把热能给出或吸入的过程。
分类：根据对流产生的原因分为强制对流、自然对流。
强制对流：若相对运动是由外力作用引起的。
④价格便宜，来源容易。
18
4.1.3 传热过程
加热剂：热水、饱和水蒸气 矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等
用电加热
冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等 冷却温度30C 水 加热温度180C 饱和水蒸气