传热三种方式

1•传导传热是指温度不同的物体直接接触，由于自由电子的运动或分子的运动而 发生的热交换现象。

温度不同的接触物体间或一物体中各部分之间热能的传递过程，称为传导传热。 传热过程中，物体的微观粒子不发生宏观的相对移动，而在其热运动相互振动或 碰撞中发生动能的传递，宏观上表现为热量从高温部分传至低温部分。 微观粒子 热能的传递方式随物质结构而异，在气体和液体中靠分子的热运动和彼此相撞， 在金属中靠电子自由运动和原子振动。⑴

对流传热是热传递的一种基本方式。热能在液体或气体中从一处传递到另一处的过程。 主要

计算分类

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2、多层平面壁的计算

1、单层平壁的计算⑴

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是由于质点位置的移动，使温度趋于均匀。是液体和气体中热传递的主要方式。但也往往伴

有热传导。通常由于产生的原因不同，有自然对流和强制对流两种。根据流动状态，又可分为层流传热和湍流传热。化学工业中所常遇到的对流传热，是将热由流体传至固体壁面（如

靠近热流体一面的容器壁或导管壁等），或由固体壁传入周围的流体（如靠近冷流体一面的

导管壁等）。这种由壁面传给流体或相反的过程，通常称作给热。

定义

对流仅发生于流体中，它是指由于流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位

弯管中的对流传热⑴

由于流体间各部分是相互接触的，除了流体的整体运动所带来的热对流之外，还伴生有由于流体的微观粒子运动造成的热传导。在工程上，常见的是流体流经固体表面时的热量传递过程，称之为对流传热。[2]

对流传热通常用牛顿冷却定律来描述，即当主体温度为tf的流体被温度为tw 的热壁加热时，单位面积上的加热量可以表示为q=a（tw-tf），当主体温度为tf

的流体被温度为tw的冷壁冷却时，有q=a（tf-tw）式中q为对流传热的热通量，W/m2 a 为比例系数，称为对流传热系数，W/（m2「C）。牛顿冷却公式表明，单

位面积上的对流传热速率与温差成正比关系。[2]基本原理

原理

在工程上，对流传热是指流体固体壁面的传热过程，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的。因此与流体的流动情况密切相关。热流体将热量传给固体壁面，再由壁面传给冷流体。由流体力学知，流体流经圆体壁面时，在靠近壁面处总有一薄层流体顺着壁面做层流流动，即层流底层。当流体做层流流动时，在垂直于流动方向的热量传递，主要以热传导方式进行。由于大多数流体的导热系数较小，故传热热阻主要集中在层流底层中，温差也主要集中在该层中。而在湍流主体中，由于流体质点剧烈混合，可近似的认为无传热热阻，即湍流主体中基本上没有温差。在层流底层与湍流主体之间存在着一个过渡区，在过渡区内，热传导与热对流均起作用使该区的温度发生缓慢变化。[3]

所以，层流底层的温度梯度较大，传热的主要热阻即在此层中，因此，减薄层流底层的厚度S是强化对流传热的重要途径。在传热学中，该层又称为传热边界层(Thermal

Boundary Layer )。⑶ 速率方程式从对流传热过程的分析可知这一个复杂的传热过程影响对流传热速率的因素很多，为了方便起见，工程上采用一种简化的方法，即将流体的全部温差集中在厚度为S的一层薄膜内，但薄膜厚度9难以测定，所以用a代替入/ S将对流

传热速率写成如下形式:

[3]

此式称为对流传热速率方程式，亦称牛顿冷却定律。式中：①—对流传热速率。(热流量rw)

A—传热面积，m

△ T—对流传热温度差「C /K)

Tw-与流体接触的壁面温度，C

T—流体的平均温度

a -对流传热系数

R—对流传热热阻，C /W

并非理论推导，而是一种推论。即假设单位面积传热量与温度差△T成正比。- 将所有复杂的因素都转移到对流传热系数a中去了。⑶

影响因素

①流体在传热过程中有无相变、汽化、冷凝。

②流体的流动状态和起因。

③流体流动的原因：强制对流、自然对流。

④物体的物理性质：p、Cp、入、卩、体积膨胀系数等。

⑤传热表面的形状、位置及大小等。[3]沸腾传热

液体和高于其饱和温度的壁面接触时就会产生沸腾，此时，壁面向流体放热的现 象称为沸腾传热。

对液体加热时，在液体内部伴有由液相变成汽相而产生气泡的进程称为沸腾。 沸腾产生的方法：

将加热壁面浸没在液体中，液体在壁面处受热沸腾，称为大容器沸腾。 液体在管内流动时受热沸腾，称为管内沸腾。

⑶

冷凝传热

当饱和蒸气与低于饱和温度的壁面相接触时，蒸气将放出潜热，并冷凝成液体。 蒸汽冷凝的方式：膜状冷凝(film-type condensation )和滴状冷凝(dropwise condensation)。

若冷凝液能润湿壁面并能形成一层完整的液滴，

称膜状冷凝由于表面张力的作用, 冷凝在壁面上形成许多液滴最终会形成膜状冷凝。

⑻ 特点分析

右图表示了壁面一侧流体的流动情况以及和流动方向垂直的某一截面上流体的

温度分布情况。[4] 在湍流主体内，由于流体质点湍动剧烈，所以在传热方向上，流体的温度差极小， 各处的温度基本相同，热量传递主要依靠对流进行，传导所起作用很小。在过渡 层内，流体的温度发生缓慢变化，传导和对流同时起作用。在滞流内层中，流体 仅沿壁面平行流动，在传热方向上没有质点位移，所以热量传递主要依靠传导进 行，由于流体的导热系数很小，使滞流内层中的导热热阻很大，因此在该层内流 体温度差较大。[4]

由以上分析可知，在对流传热(或称给热)时，热阻主要集中在滞流内层，因此， 减薄滞流

内层的厚度或破坏滞流内层是强化对流传热的重要途径。 ⑷ 当流体沿壁面作湍流流动时,

在靠近壁面处总有一滞流内层存在 在滞流内层和

[4] 湍流主体之间有一过渡层。 截面上流体的温度分布