[工学]化工流体流动第二节 热传导
《化工原理》授课计划
《化工原理》授课计划一、课程简介《化工原理》是一门重要的专业课程，旨在培养学生掌握化工过程中涉及的基本原理、方法和技术。
本课程涵盖了流体流动、传热、蒸发、过滤等多方面内容，对于化工、生物、环境等领域的应用具有重要意义。
本课程共有32学时，包括实验和课程设计。
授课对象为大学二年级学生。
二、教学目标1. 掌握化工原理的基本概念、原理和方法；2. 学会运用化工原理解决实际工程问题；3. 培养工程意识和创新思维。
三、教学内容与安排第一章流体流动基础第一节流体性质与流体静压强第二节流体流动现象与规律第三节流体流量测量与计算方法第四节流体在管内的流动阻力第五节流体输送设备的选择与计算教学安排：4学时（理论）+ 2学时（实验）第二章传热原理与应用第一节传热基本概念与方式第二节热传导与对流传热第三节热辐射与间壁式换热器第四节热量传递速率计算与设备选择教学安排：6学时（理论）+ 2学时（讨论）第三章蒸发原理与技术第一节蒸发基本原理第二节蒸发设备与选择第三节蒸发过程计算与优化教学安排：4学时（理论）+ 2学时（实验）第四章过滤与分离原理第一节过滤基本原理与过程描述第二节过滤设备与选择第三节过滤过程计算与优化教学安排：3学时（理论）+ 实验+2学时（实践）和指导/答疑时间（x 小时）为其他三部分安排适当的课外活动或实践指导时间。
2个课时建议每周一次或组织相关活动以保持学生的积极性和参与度。
此外，建议在课程结束前一周进行一次总结性的复习和答疑，以便学生更好地理解和掌握课程内容。
在实验部分，应注重安全教育，确保学生正确使用实验设备和器材，并确保实验过程的安全。
在实践环节，应提供必要的指导，帮助学生解决实际问题，并鼓励他们提出自己的见解和创新思路。
同时，应注重课程的考核方式，包括平时作业、实验报告、课堂表现和期末考试等多个方面，以全面评估学生的学习效果和实际应用能力。
最后，为了提高教学效果，建议采用多媒体教学、案例分析、小组讨论等多种教学方式，以激发学生的学习兴趣和积极性，促进他们的主动学习和思考。
第二节两流体间的对流传热doc
传热1．学习目的通过本章学习，掌握传热的基本原理、传热的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程的有关问题，诸如：（1）热传导速率方程及其应用。
（2）换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算。
（3）对流传热系数关联式。
（4）辐射传热的基本概念和相关定律，掌握两物体间辐射传热的速率方程。
2．本知识点的重点（1）单层、多层平壁热传导速率方程，单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用。
（2）换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算，用平均温度差法进行传热计算。
（3）对流传热系数的影响因素及因次分析法。
3．本章应掌握的内容（1）传热的基本方式。
（2）间壁式换热器。
（3）对流传热系数机理。
（4）用传热单元数法进行传热计算。
（5）换热器的结构型式和强化途径。
（6）两固体间的辐射传热速率方程及其应用。
4．本章一般了解的内容（1）保温层临界直径。
（2）传热单元数法及应用场合。
（3）对流－辐射联合传热。
（4）一般传热设计的规范、相关计算和设备选型要考虑的问题。
5．本章学习中应注意的问题（1）边界层概念。
（2）传热单元数法。
（3）因次分析法。
（4）辐射传热的基本概念和定律，影响辐射传热速率的影响因素。
6 .应掌握的英文词汇Heat transfer and its applicationsBasic law of conductionSteady-state conductionUnsteady-state conductionPrinciples of heat flow in fluidsTypical heat-exchange equipmentEnergy balancesHeat flux and heat –transfer coefficientsHeat transfer to fluids without phase changeBoundary layerHeat transfer by forced convection in laminar flowHeat transfer by forced convection in turbulent flowHeat transfer in transition region between laminar and turbulent flowHeat transfer to liquid metalsHeating and cooling of fluids in forced convection outside tubesNatural convectionHeat transfer to fluids with phase changeHeat transfer from condensing vaporsHeat transfer to boiling liquidsRadiation heat transferEmission of radiationAbsorption of radiation by opaque solidsRadiation between surfacesRadiation to semitransparent materialsCombined heat transfer by conduction-convection and radiationHeat-exchange equipmentShell-and –tube heat exchangersPlate-type exchangersExtended-surface equipmentScraped-surface exchangersCondensers and vaporizersHeat transfer in agitated vesselsHeat transfer in packed beds概述:化学工业与传热过程密切相关，因为化工生产中的很多过程和单元操作，都需要加热、冷却和保温。
流体流动与传热_ 传热_热传导_
0.08W/（m·K），已知饱和蒸汽温度为180℃，并测得保温层中央即厚度为50mm处的温度为90℃，
试求（1）由于热损失每米管长的蒸汽冷凝量为多少？ （2）保温层的外侧温度为多少？
解:（1）对定态传热过程，单位管长的热损失Q/L 沿半径方向不变，故可根据靠近管壁
−
令 =
Τ
−
−
于是 =
=
当
< 时，可用算术平均代替
− 推动力
对照平壁： ==
=
热阻
−
=
Τ
1.单层圆筒壁导热
例2 为减少热损失，在外径150mm的饱和蒸汽管外覆盖厚度为100mm的保温层，保温材料的热导率为
.
− − .
保温砖 =
=
= W/m2
.
1＝10.83cm
t3=201.6 ℃
2＝11.64cm
1.单层圆筒壁导热
无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热源）
分析：①取控制体
②作热量衡算定态：Q进=Q出
③结合特征方程求解析解
一维稳定grad =
1.傅立叶定律
◼ 傅里叶定律（Flourier’s law ）表达式
热流密度与温度梯度成正比
=
= −
q：热通量，单位传热面积的传热速率，W/m2
“-”表示热通量q与温度梯度方向相反
法国著名数学家、物理学家
λ：导热系数(热导率)，表征物质导热能力的大小，物性，单位 W/m·℃=W/m·K
化工传递过程讲义
《化工传递过程》讲稿【讲稿】第一章 传递过程概论（4学时）传递现象是自然界和工程技术中普遍存在的现象。
传递过程：物理量（动量、热量、质量）朝平衡转移的过程即为传递过程。
平衡状态：物系内具有强度性质的物理量如速度、温度、组分浓度等不存在梯度。
*动量、热量、质量传递三者有许多相似之处。
*传递过程的研究,常采用衡算方法。
第一节 流体流动导论流体：气体和液体的统称。
微元体:任意微小体积。
流体质点：当考察的微元体积增加至相对于分子的几何尺寸足够大，而相对于容器尺寸充分小的某一特征尺寸时，便可不计分子随机运动进出此特征体积分子数变化所导致的质量变化，此一特征体积中所有流体分子的集合称为流体质点。
可将流体视为有无数质点所组成的连续介质一、静止流体的特性（一）流体的密度流体的密度：单位体积流体所具有的质量。
对于均质流体 对于不均质流体点密度dVdM d =ρ *流体的点密度是空间的连续函数。
*流体的密度随温度和压力变化。
流体的比体积：单位流体质量的体积。
MV =υ （二）可压缩流体与不可压缩流体可压缩流体：密度随空间位置和时间变化的流体，称为可压缩流体。
(气体)不可压缩流体：密度不随空间位置和时间变化的流体，称为不可压缩流体。
(液体)（三）流体的压力流体的压力（压强，静压力）：垂直作用于流体单位面积上的力。
A P p =（四）流体平衡微分方程1.质量力(重力)单位流体质量所受到的质量力用B f 表示。
在直角坐标z y x ,, 三个轴上的投影分量分别以 X ﹑Y ﹑Z 表示。
B F V M =ρ2.表面力:表面力是流体微元的表面与其临近流体作用所产生的力用Fs 表示。
在静止流体中，所受外力为重力和静压力，这两种力互相平衡，利用平衡条件可导出流体平衡微分方程。
916:16化工传递过程基础黄山学院化学系首先分析x 方向的作用力，其质量力为由静压力产生的表面力为XdxdydzdF Bx ρ=dydz dx x p p pdydz dF sx ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+-=12(五)流体静压力学方程流体静压力学方程可由流体平衡微分方程导出。
化工原理传热
化工原理传热传热是化工工程中非常重要的一个环节，它涉及到许多工艺过程和设备的设计与操作。
在化工生产中，传热过程不仅影响着产品质量和生产效率，还直接关系到能源的利用效率和环境保护。
因此，对于化工原理传热的深入理解和掌握，对于化工工程师来说至关重要。
传热的基本原理包括传热方式、传热系数、传热表达式等。
传热方式主要包括传导、对流和辐射三种方式。
传导是指热量通过物质内部的传递，对流是指热量通过流体的对流传递，而辐射是指热量通过电磁波的辐射传递。
传热系数是描述传热效果的物理量，它与传热介质的性质、流体状态、流体性质等因素有关。
传热表达式则是用来描述传热过程的数学表达式，可以通过传热方程和传热系数来进行计算和分析。
在化工生产中，传热过程通常涉及到换热器、蒸发器、冷凝器等设备。
换热器是用来实现不同流体之间热量交换的设备，它包括了许多种类，如壳管式换热器、板式换热器等。
蒸发器是将液态物质转化为气态物质的设备，它在化工生产中应用广泛。
而冷凝器则是将气态物质转化为液态物质的设备，也是化工生产不可或缺的一部分。
在传热过程中，热传导、对流传热和辐射传热是相互作用的。
热传导是传热过程中最基本的方式，它在许多设备和工艺中都有重要的应用。
对流传热则是流体在传热过程中的一种重要方式，它受到流体的流动状态、速度、流体性质等因素的影响。
而辐射传热则是在高温条件下的一种重要传热方式，它在许多高温工艺和设备中都有重要的应用。
总的来说，化工原理传热是化工工程师必须要深入了解和掌握的一个重要内容。
通过对传热的基本原理、传热设备和传热过程的深入研究，可以更好地指导化工生产实践，提高生产效率，降低能源消耗，保护环境，实现可持续发展。
希望本文能为化工工程师提供一些有益的参考和帮助。
化工原理流体流动
化工原理流体流动
化工原理中的流体流动是一个重要的研究领域，它涉及到各种物质在化工过程中的传输、混合、分离等关键过程。
在化工流体流动中，流体的性质和流动行为对化工过程的效率和产品质量具有重要影响。
在流体流动的研究中，我们通常会涉及到不同的流动模式，如层流、湍流等。
层流是指流体在管道中以规则的、层次分明的方式流动，其粘滞作用较强，流速均匀。
湍流则是一种不规则的、紊乱的流动方式，其粘滞作用较弱，流速不均匀。
在化工过程中，通常会通过控制流体的流动模式来达到更好的传输效果。
另外，在化工流体流动中，物质的输送也是一个重要的问题。
液体在管道中的流动主要通过压力差和重力来实现，而气体的流动则主要受到压力差和浓度差的影响。
我们可以通过调节管道的形状和尺寸，以及控制流体的流速和粘度来实现物质的有效输送。
此外，在化工过程中，流体的混合和分离也是一个重要的问题。
混合是指将不同的物质进行均匀混合，以达到一定的反应效果或产品质量。
分离则是将混合物中的不同组分分离出来，以达到对应的目的。
在化工过程中，我们通常会使用各种设备和技术来实现流体的混合和分离，如搅拌器、离心机等。
总之，化工原理中的流体流动是一个复杂而重要的研究领域。
通过深入了解流体的性质和流动行为，我们可以更好地控制化
工过程中的传输、混合和分离等关键环节，以提高生产效率和产品质量。
第二节 热传导
第二节热传导一、有关热传导的基本概念只要物体内部有温度差存在，就有热量从高温部分向低温部分传导。
所以研究热传导必须涉及物体内部的温度分布。
1.温度场和等温面温度场：某一瞬间空间中各点的温度分布，称为温度场。
等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组成的面称为等温面。
因为空间同一点不能同时具有两个不同的温度，所以不同的等温面彼此不能相交。
2.温度梯度温度梯度是一个点的概念。
温度梯度是一个向量。
方向垂直4tl>二、导热系数1.固体的导热系数九在数值上等于单位温度梯度下的热通量。
九是分子微观运动的宏观表现。
常用的固体导热系数见表4-1。
在所有固体中，金属是最好的导热体。
纯金属的导热系数一般随温度升高而降低。
而金属的纯度对导热系数影响很大，如含碳为1%的普通碳钢的导热系数为45W/m・K,不锈钢的导热系数仅为16W/m・K。
2.液体的导热系数液体分成金属液体和非液体两类,前者导热系数较高,后者较低。
在非金属液体中,水的导热系数最大,除去水和甘油外,绝大多数液体的导热系数随温度升高而略有减小。
一般来说,溶液的导热系数低于纯液体的导热系数。
表4-2和图4-6列出了几种液体的导热系数值。
表4-2液体的导热系数液体温度，°C导热系数，久W/m*K 醋酸50% 20 0.353.气体的导热系数气体的导热系数随温度升高而增大。
在通常的压力范围内，其导热系数随压力变化很小气体的导热系数很小，故对导热不利，但对保温有利。
常见的几种气体的导热系数值见表4-3。
表4-3气体的导热系数三、对流传热1．对流传热的基本概念对流传热是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，帮与流体的流动情况密切相关。
工业上遇到的对流传热，常指间壁式换热器中两侧流体与固体壁面之间的热交换，变化即流体将热量传给固体壁面或者由壁面将热量传给流体的过程称之为对流传热（或称对流给热、放热）。
在第一章流体流动中已指出，流体产生流动的原因可以是流体以外力(如泵、鼓风机等)作用下而造成的强制对流，亦可是由流体内部的温度差而引起流体的密度差产生的自然对流。
第二章传热过程
从右表数据可 以看出，金属的值 最大，气体的值最 小，一些保温材料 值之所以很小，就 是因为保温材料内 有很大部分空间是 空气的缘故。
物质 导热系数 λ [W/m·K]
金属 建筑材料
5 0.5～2
绝热材料
0.01～0.4
水
0.6
其他液体 气体
0.09～0.7 0.007～0.17
物料的导热系数 值还随温度而变化。但金属和液
液体混合物的导热系数，可按质量加和法进行估算：
n
m Kixi i1
(2 4)
式中：m、i － 混合液和各组分的导热系数 [W/m·K]；
xi － 各组分的质量分数；
K － 常数，对一般混合物或溶液为1.0，对有机物的水 溶液为0.9。
气体混合物的导热系数，可按摩尔加和法估算：
λm
i
n
1
化工生产中，间壁式传热设备用得最多。这类设 备通常称作热交换器或换热器。在所有化工厂设备中 换热器约占设置重量的40％左右，因此必须对传热机 理、传热过程的影响因素、传热过程的强化或抑止、 换热设备的传热面积计算，以及主要几种热交换器的 基本结构和性能有所了解。
补充：
传热过程
稳态传热：在传热进行时，物体各点温度不随时 间而变、仅随位置变化的传热过程。
补充：
▪ 发生导热时，物体各部分之间不发生宏观相对位移。 ▪ 对于气体，导热是由于气体分子做无规则热运动、
相互碰撞而引起； ▪ 对于固体，导电体的导热是由自由电子的运动而引
起；而非导电体则通过晶格的振动来传递热量。 ▪ 对于液体，可以认为介于气体和固体之间。
在一个均匀（各部分化学组
成、物理状态相同）的物体内 （图2-1），热量以传导方式沿 着方向n通过物体。取热流方向 的微分长度为dn ，在d 瞬间内 的热传量为 dQ。
《化工原理传热》课件
导热问题的数学描述
导热问题的数学描述通常使 用偏微分方程，如热传导方 程。
解这些方程可以得到导热过 程中的温度分布、热流量等 参数。
通过建立数学模型，可以描 述导热过程中温度随时间和 空间的变化规律。
在实际应用中，还需要考虑 其他因素如边界条件、初始 条件等。
03
对流换热
对流换热基本概念
01
02
04
辐射换热
辐射换热基本概念
定义
01
物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射换热。
辐射换热与物质属性
02
物体的辐射换热能力与其发射率、吸收率、反射率和透射率有
关。
辐射换热与温度
03
物体的辐射换热能力随温度升高而增强。
辐射换热计算方法
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
描述了物体在绝对黑体条件下辐射换热的规律。
发射率修正
02
它主要通过物质分子、原子或分子的振动和相互碰 撞进行热量传递。
03
热传导是三种基本传热方式之一，另外两种是热对 流和热辐射。
傅里叶定律
傅里叶定律是热传导的基本定 律，它描述了热传导速率与温
度梯度之间的线性关系。
公式为：q = -k * grad(T)， 其中q为热流密度，k为导热 系数，grad(T)为温度梯度。
传热方式
01
02
总结词：传热主要有三 种方式：热传导、热对 流和热辐射。
详细描述
03
04
05
1. 热传导是指热量在物 质内部通过分子、原子 等微观粒子的运动传递 热量。不同物质导热能 力不同，金属是良好的 导热体。
2. 热对流是指由于物质 宏观运动引起的热量传 递过程，如气体、液体 等流动过程中热量的传 递。对流换热在化工、 能源、动力等领域有广 泛应用。
化工原理
百科名片化工原理化学工程学及其进展化学工程学，以化学、物理和数学原理为基础，研究物料在工业规模条件下，它所发生物理或化学点击此处添加图片说明状态变化的工业过程及这类工业过程所用装置的设计和操作的一门技术学科。
化学工程学的进展：三阶段：单元操作：20世纪初期。
单元操作的物理化学原理及定量计算方法，奠定了化学工程做为一门独立工程学科的基础。
“三传一反”概念：20世纪60年代多分支：20世纪60年代末。
形成了单元操作、传递过程、反应工程、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及控制等完整体系。
目录英文名称0.1 化学工程学科的进展单元操作图书信息内容简介图书目录绪论第1章流体流动原理及应用第2章传热及传热设备第3章传质原理及应用第4章固体颗粒流体力学基础与机械分离第5章固体干燥第6章其他单元附录化工原理（第三版上册）化工原理（第三版）（下册）内容简介目录一、上册二、下册英文名称0.1 化学工程学科的进展单元操作图书信息图书目录绪论第1章流体流动原理及应用第2章传热及传热设备第3章传质原理及应用第4章固体颗粒流体力学基础与机械分离第5章固体干燥第6章其他单元附录化工原理（第三版上册）化工原理（第三版）（下册）内容简介目录一、上册二、下册展开编辑本段英文名称Chemical Engineering Principles编辑本段0.1 化学工程学科的进展单元操作化工生产是以化学变化或化学处理为主要特征的工业生产过程。
在化学工业中，对原料进行大规模的加工处理，使其不仅在状态与物理性质上发生变化，而且在化学性质生也发生变化，成为合乎要求的产品，这个过程即叫化工生产过程。
以氯碱生产为例说明化工生产过程的基本步骤。
可见，虽然电解反应为核心过程，但大量的物理操作占有很大比重。
另外象传热过程，不仅在制碱中，在制糖、制药、化肥中都需要，在传热过程物料的化学性质不变，遵循热量传递规律，通过热量交换的方式实现，所用设备均为换热器，作用都是提高或降低物料温度，为一普遍采用的操作方式。
第二节 热传导
第二节热传导一、有关热传导的基本概念只要物体内部有温度差存在，就有热量从高温部分向低温部分传导。
所以研究热传导必须涉及物体内部的温度分布。
1. 温度场和等温面温度场：某一瞬间空间中各点的温度分布，称为温度场。
等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组成的面称为等温面。
因为空间同一点不能同时具有两个不同的温度，所以不同的等温面彼此不能相交。
2. 温度梯度温度梯度是一个点的概念。
温度梯度是一个向量。
方向垂直二、导热系数1. 固体的导热系数λ在数值上等于单位温度梯度下的热通量。
λ是分子微观运动的宏观表现。
常用的固体导热系数见表4-1。
在所有固体中，金属是最好的导热体。
纯金属的导热系数一般随温度升高而降低。
而金属的纯度对导热系数影响很大，如含碳为1%的普通碳钢的导热系数为45W/m·K，不锈钢的导热系数仅为16 W/m·K。
2. 液体的导热系数液体分成金属液体和非液体两类，前者导热系数较高，后者较低。
在非金属液体中，水的导热系数最大，除去水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度升高而略有减小。
一般来说，溶液的导热系数低于纯液体的导热系数。
表4-2和图4-6列出了几种液体的导热系数值。
表4-2 液体的导热系数3. 气体的导热系数气体的导热系数随温度升高而增大。
在通常的压力范围内，其导热系数随压力变化很小，气体的导热系数很小，故对导热不利，但对保温有利。
常见的几种气体的导热系数值见表4-3。
表4-3 气体的导热系数三、对流传热1．对流传热的基本概念对流传热是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，帮与流体的流动情况密切相关。
工业上遇到的对流传热，常指间壁式换热器中两侧流体与固体壁面之间的热交换，变化即流体将热量传给固体壁面或者由壁面将热量传给流体的过程称之为对流传热（或称对流给热、放热）。
在第一章流体流动中已指出，流体产生流动的原因可以是流体以外力（如泵、鼓风机等）作用下而造成的强制对流，亦可是由流体内部的温度差而引起流体的密度差产生的自然对流。
天津大学《化工流体流动与传热》教学大纲
★面向21世纪课程教材★化工流体流动与传热教学大纲天津大学化工学院化工系2003年4月《化工流体流动与传热》课程教学大纲64 学时4 学分一、课程性质、目的和任务本课程及其后续课程《化工传质与分离过程》，是为培养面向21世纪高等化工创新人才的需要而建立的新课程体系中的主干课程。
本课程将传统的《化工原理》与《化工传递过程基础》有机地融为一体，依据传递过程的理论体系和单元操作的共性组合而成。
本课程属于化工类及其相近专业的一门主干课，为学生在具备了必要的高等数学、物理、物理化学、计算技术等基础知识之后必修的技术基础课。
本课程担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用，是化工类及其相近专业许多专业课程的重要基础课程，本课程教学水平的高低，对化工类及相近专业学生的业务素质和工程能力的培养起着至关重要的作用。
本课程属工科科学，用自然科学的原理（主要为动量、热量传递理论）考察、解释和处理化学工程中的实际问题，研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。
本课程强调工程观点、定量运算和设计能力的训练；强调理论与实际相结合；强调提高分析问题、解决问题的能力和综合能力。
学生通过本课程学习，应能够运用动量和热量传递的基本理论，解决流体流动、流体输送、沉降分离、过滤分离、液体搅拌、过程传热、蒸发等单元操作过程的计算及设备选择等问题，并为后续专业课程的学习奠定基础。
二、教学基本要求本课程在第五学期(四年制)开设。
教材内容分为课堂讲授、学生自学和学生选读三部分，其中课堂讲授部分由教师在教学计划学时内进行课堂教学，作为基本要求内容；学生自学部分由学生在教师的指导下，利用课外时间进行自学，作为一般要求内容；学生选读部分由学生根据自己的兴趣及能力，进行课外选读，不作要求。
本课程教学计划总学时64学时（其中课堂讲授62学时，机动2学时）；学生自学12学时；课程设计1周。
本课程采用课后习题，每次课后留2～3个练习题，由学生独立完成，教师可根据情况布置综合练习题和安排习题讨论课。
化工传递过程基础(第三版)
二、本课程的学习内容？
物理过程的速率和传递机理的探讨
• 动量传递
• 热量传递
• 质量传递
推动力：速度差 推动力：温度差 推动力：浓度差
第一章 传递过程概论
第一节 流体流动导论
※ 流体：气体和液体的统称
一、静止流体的特性 （一）流体的密度（ρ）
均质流体：
※ 非均质流体： f x, y, z
※ 动量通量
r d(ux )
dy
※ 热量通量
q e A
H d
c pt
dy
※ 质量通量
j
e A
M
d A
dy
动量、热量和质量传递的通量表达式
仅有分子运动 以涡流运动为主的 兼有分子运动和涡流运
的传递过程
传递过程
动的传递过程
动量通量
d(ux )
（一）流速与流率
流速：流体流动的速度，表示为 u
u f (x, y, z, )
流速不均匀分布情况下，点流速（在dθ时间内流体流过距离ds）
dx
dy
ux d uy d
dz
uz d
流率：单位时间内流体通过流动截面的量
[m/s]
※ 以流体的体积计量称为体积流率（流量，Vs）m3/s ※ 以质量计量称为质量流率（w），kg/s
※ 牛顿粘性定律
dux
dy
2. 分子间热量传递 —— 热传导
※ 傅立叶定律
q k dt
A
dy
高温
低温
3. 分子间质量传递 ——分子扩散
※ 费克定律
jA
DAB
d A
化工原理公式及各章节总结汇总
第一章 流体流动与输送机械1. 流体静力学基本方程：gh p p ρ+=022. 双液位U 型压差计的指示: )21(21ρρ-=-Rg p p )3. 伯努力方程：ρρ222212112121p u g z p u g z ++=++4. 实际流体机械能衡算方程：f W p u g z p u g z ∑+++=++ρρ222212112121+ 5. 雷诺数：μρdu =Re6. 范宁公式：ρρμλfp d lu u d l Wf ∆==⋅⋅=22322 7. 哈根-泊谡叶方程：232d lup f μ=∆ 8. 局部阻力计算：流道突然扩大：2211⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A ξ流产突然缩小：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2115.0A A ξ第二章 非均相物系分离1. 恒压过滤方程：t KA V V V e 222=+令A V q /=，A Ve q e /=则此方程为：kt q q q e =+22第三章 传热1. 傅立叶定律：n t dAdQ ϑϑλ-=，dxdt A Q λ-= 2. 热导率与温度的线性关系：)1(0t αλλ+= 3. 单层壁的定态热导率：bt t AQ 21-=λ，或mA b tQ λ∆=4. 单层圆筒壁的定态热传导方程： )ln1(21221r r t t l Q λπ-=或m A b tt Q λ21-=5. 单层圆筒壁内的温度分布方程：C r l Qt +-=ln 2λπ（由公式4推导）6. 三层圆筒壁定态热传导方程：34123212141ln 1ln 1ln 1(2r r r r r r t t l Q λλλπ++-=7. 牛顿冷却定律：)(t t A Q w -=α，)(T T A Q w -=α8. 努塞尔数λαl Nu =普朗克数λμCp =Pr 格拉晓夫数223μρβtl g Gr ∆= 9. 流体在圆形管内做强制对流：10000Re >，1600Pr 6.0<<，50/>d lk Nu Pr Re 023.08.0=，或kCp du d ⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λμμρλα8.0023.0，其中当加热时，k=，冷却时k= 10. 热平衡方程：)()]([1222211t t c q T T c r q Q p m s p m -=-+=无相变时：)()(12222111t t c q T T c q Q p m p m -=-=，若为饱和蒸气冷凝：)(12221t t c q r q Q p m m -== 11. 总传热系数：21211111d d d d b K m ⋅+⋅+=αλα 12. 考虑热阻的总传热系数方程：212121211111d d R R d d d d b K s s m ⋅++⋅+⋅+=αλα 13. 总传热速率方程：t KA Q ∆=14. 两流体在换热器中逆流不发生相变的计算方程：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=--22111112211lnp m p m p m c q c q c q KA t T t T 15. 两流体在换热器中并流不发生相变的计算方程：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=--22111122111lnp m p m p m c q c q c q KA t T t T 16. 两流体在换热器中以饱和蒸气加热冷流体的计算方程：2221ln p m c q KAt T t T =--第四章 蒸发1. 蒸发水量的计算：110)(Lx x W F Fx =-=2. 水的蒸发量：)1(1x x F W -= 3. 完成时的溶液浓度：WF F x -=4. 单位蒸气消耗量：rr D W '=，此时原料液由预热器加热至沸点后进料，且不计热损失，r 为加热时的蒸气汽化潜热r ’为二次蒸气的汽化潜热 5. 传热面积：mt K QA ∆=，对加热室作热量衡算，求得Dr h H D Q c =-=)(，1t T t -=∆，T 为加热蒸气的温度，t 1为操作条件下的溶液沸点。
化工原理传热
化工原理传热传热是化工工程中非常重要的一个环节，它涉及到许多工艺过程中的能量转移和热平衡问题。
在化工生产中，传热过程不仅影响着产品的质量和产量，还直接关系到能源的利用效率和生产成本。
因此，对于化工原理传热的研究和应用具有重要的意义。
首先，我们来了解一下传热的基本原理。
传热是指热量从高温区传递到低温区的过程。
在化工生产中，常见的传热方式包括传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子振动传递，对流是指热量通过流体的流动传递，而辐射则是指热量通过电磁波辐射传递。
这三种传热方式在化工过程中经常同时存在，相互作用，共同影响着热量的传递效果。
在化工原理传热中，热传导是最基本的传热方式。
热传导的速率取决于传热介质的导热系数和温度梯度。
导热系数越大，温度梯度越大，传热速率就越快。
在化工设备中，常见的传热设备包括换热器、冷凝器、蒸发器等，它们利用传热原理实现了物料之间的热量交换。
通过合理设计传热设备的结构和选用合适的传热介质，可以有效提高传热效率，降低能源消耗和生产成本。
除了传热设备的设计，传热过程中的传热表面也是影响传热效果的重要因素。
传热表面的形态和材质对传热速率有着直接的影响。
通过增大传热表面积和改善传热表面的热传导性能，可以提高传热效率，实现更高效的能量转移。
在化工生产中，传热过程还经常涉及相变热的问题。
相变热是指物质在相变过程中吸收或释放的热量。
在化工原理传热中，常见的相变热包括蒸发、冷凝、凝固和熔化等。
通过合理控制相变热的过程，可以实现对物料温度的精确控制，保证生产过程的稳定性和产品质量。
总的来说，化工原理传热是化工工程中不可或缺的一部分，它直接关系到生产过程的能量转移和热平衡问题。
通过深入研究传热原理，合理设计传热设备和优化传热过程，可以实现能源的高效利用和生产成本的降低，推动化工生产的可持续发展。
希望通过本文的介绍，读者能对化工原理传热有更深入的了解，为实际生产提供一定的参考和指导。
[工学]化工流体流动第二节 热传导
![[工学]化工流体流动第二节 热传导](https://img.taocdn.com/s3/m/508630e46137ee06eff918ae.png)
对n层圆筒壁，其热传导速率方程可表示为
Q
t1 tn+1 n bi
S i1 i mi
或
Q n
t1 tn1 1 ln ri1
i1 2πLi ri
思考题
1.导热系数和傅立叶定律的物理意义； 2.接触热阻的概念及其对热传导的影响； 3.多层平壁和圆筒壁导热的计算。
290页1，2，3
习题
导热系数为常数时，平壁内温度分布为常数； 导热系数为温度的函数时，平壁内温度分布为曲线。
4.2.3 平壁的热传导
1. 单层平壁的热传导 2.多层平壁的热传导
2.多层平壁的热传导
图4-9 三层平壁热传导
2.多层平壁的热传导
接触热阻 由于表面粗糙不平，不同材料
构成的界面之间可能出现明显的温 度降低而产生接触热阻。
4.2.2 导热系数
1.固体的导热系数
对大多数均质固体，导热系数与温度近似 呈线性关系
0 1't
α′为常数，又称温度系数，1/℃。对大多数金 属材料， α′为负值;对大多数非金属材料， α′为正值。
4.2.2 导热系数
2.液体的导热系数
液态金属导热系数比一般液体的要高；
大多数液态金属的导热系数随温度升高而降低；
间壁式换热和间壁式换热器
图4-3 间壁两侧流体间传热
4.1 概述 4.2 热传导
第 4 章 传热
4.2 热传导
4.2.1 基本概念和傅立叶定律
1. 温度场和温度梯度
1. 温度场和温度梯度
（1）温度场
定义：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和。
温度场的数学表达式:
t f x，y，z，
定态温度场:
t1
化工原理重点2
《化工原理》期末考试重点Attention ：1.以下页码与《化工原理（第四版）》教材相对应；2.大型计算题在第一、四、五、六章出；3.听闻上一年计算出的是例题的原题或更改数字后的原题 (作业题也要看看)；4.老师说第七章，时间不够不考试的她都不讲，所以第七章列出来的知识点考的几率颇大（要求是了解相关概念）。
5.与书本冲突的地方以书本为准，公式里面字母所代表的含义书上有。
绪论（浏览）P6 表0-5 各种组成（浓度）之间的换算关系第一章 流体流动P11概念：绝对压力：以绝对真空为基准测得的压力称为绝对压力，是流体的真实压力。
表压：以外界大气压力为基准测得的压力称为表压。
工程上用压力表测得的流体压力，就是流体的表压。
它是流体的绝对压力与外界大气压力的差值，即：表压=绝对压力-大气压力真空度：表压为正值时，通常称为正压；为负值时，则称为负压。
通常把其负值改为正值，称为真空度。
真空度与绝对压力的关系为：真空度=大气压力-绝对压力掌握三者之间的关系 P13第一节三、流体静力学基本方程（P13） P14 0p p gh ρ=+（1-9a ）、p p h gρ-=（1-9b ） 第二节二、稳态流动与非稳态流动（P19）P19稳态流动:流体在管路中流动时，在任何一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改变，这种流动称为稳态流动。
P20 Au ρ=常数（1-21） 式（1-21）称为连续性方程式21221u d u d ⎛⎫= ⎪⎝⎭（1-23）P21四、伯努力方程式:22pu gz ρ++=常数 P22 2211221222f p u p u z z H g g g gρρ++=+++∑（1-30） 温馨提示：如出现计算题一定要把公式：2211221222e f p u p u z H z H g g g gρρ+++=+++∑写上。
P23 例1-9第三节 管内流体流动现象P27 二、流体流动类型与雷诺数 （一） 雷诺实验 （二） 流动类型： 层流（滞流）：当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向做直线运动，质点之间互不混合，充满整个管的流体就如一层一层的同心圆筒在平行地流动，这种流动状态称为层流或滞流。
化工传递过程基础(第三版)
绪论
一、化工研究的基本问题？
✓ 过程的平衡和限度 –《化工热力学》
精馏段操作线 平衡线
✓ 过程的速率和实现过程所需要的设备
• 化学反应速率和设备 –《化学反应动力学》和《化学反应工程》
• 物理过程速率和设备 – 《化工传递》和《化工单元操作》
提馏段操作线
图0-1 McCabe-Thiele图
p dP dA
p:点压力,dP:垂直作用在微元 图1-4 非均匀受力图 体表面的力,dA:微元体表面积
压力单位及换算
1atm = 1.013×105Pa = 1.013bar = 1.033kgf·cm-2 = 7.60×102mmHg 压力表示方法
绝对压力和相对压力（表压力和真空度）
表压力 = 绝对压力-大气压力 真空度 = 大气压力-绝对压力
1P = 100cP
※ 气体的粘度随温度的升高而增大；液体随温度的升高而减少；
※ 压力对液体粘度影响可忽略，气体的粘度在压力较低时（＜1000kPa） 影响较小，压力大时，随压力升高而增大。
3. 运动粘度 （ν）
流体的动力粘度与密度的比值，称为运动粘度 （ν）
（四）牛顿型流体和非牛顿型流体 牛顿型流体：遵循牛顿粘性定律的流体； dux
（二）拉格朗日观点
研究对象是流体运动的质点或微团，研究每个流体质点自始至终的运动过程； ※ 特点：选定研究对象的质量固定，位置和体积随时间改变；
二、物理量的时间导数
※ 偏导数、全导数和随体导数 e.g 河流中鱼的浓度（c）随空间位置和时间变化
c cx, y, z,
（一）偏导数 c
表示某一固定空间点上的流动参数随时间的变化率
※ 湍流流体在流向上的动量，分子传递+涡流传递。
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对n层圆筒壁，其热传导速率方程可表示为
Q
t1 tn+1 n bi
S i1 i mi
或
Q n
t1 tn1 1 ln ri1
i1 2πLi ri
思考题
1.导热系数和傅立叶定律的物理意义； 2.接触热阻的概念及其对热传导的影响； 3.多层平壁和圆筒壁导热的计算。
290页1，2，3
b1
b2
b3
t1
t1
t2
Qb1
1 S
t2
t2
t3
Qb2
2 S
t3
t3
t4
Qb3
3 S
图4-9 三层平壁热传导
2.多层平壁的热传导
t1
t1
t2
Qb1
1 S
t2
t2
t3
Qb2
2 S
t3
t3
t4
Qb3
3 S
Q t1 t2 t3
纯金属导热系数一般随温度升高而降低； 金属的导热系数大多随着其纯度的增加而增大； 非金属随着密度增加而增大，随着温度升高而增大。
4.2.2 导热系数
1.固体的导热系数
对大多数均质固体，导热系数与温度近似 呈线性关系
0 1't
α ′为常数，又称温度系数，1/℃。对大多数金 属材料， α ′为负值;对大多数非金属材料， α ′为正值。
t1 t4
b1 b2 b3
b1 b2 b3
1S 2 S 3 S 1S 2 S 3 S
Q t1 tn1 t
n bi
i1 i S
R
4.2 热传导
4.2.1 基本概念和傅立叶定律 4.2.2 导热系数 4.2.3 平壁的热传导 4.2.4 圆筒壁的热传导
一般来说，金属的导热系数最大，非金属固体次 之，液体较小，气体最小。
4.2.2 导热系数
气体 液体 非导电固体 金属 绝热材料
导热系数[W/(m·oC)] 0.006～0.06 0.07～0.7 0.2～3.0 15～420 <0.25
与组成、温度和密度等因素有关
4.2.2 导热系数
1. 固体的导热系数
2.多层平壁的热传导
接触热阻
因两个接触面间有空穴，而空 穴内又充满空气，因此，传热过程 包括通过实际接触面的热传导和通 过空穴的热传导(高温时还有辐射 传热)。一般来说，因气体的导热 系数很小，接触热阻主要由空穴造成。
2.多层平壁的热传导
接触热阻
接触热阻与接触面材料、表面 粗糙度及接触面上压强等因素 有关，主要依靠实验测定。
定态温度场:Biblioteka t f x，y，z
定态一维温度场： t f x
1. 温度场和温度梯度
（2）等温面
定义：温度场中同一时刻下相同温度各点所组成的 面积。
特点：
a 温度不同的等温面彼此不相交； b 沿等温面无热量传递; c 沿和等温面相交的任何方向上，温度随距离
的变化程度以沿与等温面的垂直方向为最大。
4.2.2 导热系数
2.液体的导热系数
液态金属导热系数比一般液体的要高；
大多数液态金属的导热系数随温度升高而降低；
非液态金属，除水和甘油外，液体的导热系数随 温度升高而减小； 纯液体的导热系数比其溶液的要大。
4.2.2 导热系数
2.液体的导热系数
有机化合物水溶液的导热系数的估算式为
m 0.9 aii
有机化合物的互溶混合液的导热系数的估算式为
m aii
4.2.2 导热系数
3.气体的导热系数 气体的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 变化甚微。在过高或过低的压强下，考虑压强的影 响，此时随压强增高导热系数增大。
常压下混合气体的导热系数计算式为
m
垂直于壁面的 x 方
向变化；
（4）平壁面积与厚度相比 很大，可以忽略边缘处的热损失。
1. 单层平壁的热传导
x 0，t t1；
x
b，t
t
；
2
且t1 t2
Q S dt
dx
Q
b
St1
t2
Q t1 t2 t
bR
S
q Q t Sb
t R
间壁式换热和间壁式换热器
图4-3 间壁两侧流体间传热
4.1 概述 4.2 热传导
第 4 章 传热
4.2 热传导
4.2.1 基本概念和傅立叶定律
1. 温度场和温度梯度
1. 温度场和温度梯度
（1）温度场
定义：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和。
温度场的数学表达式:
t f x，y，z，
化工计算中，经常采用两量的对数平均值。当 两个物理量的比值等于2时，算术平均值与对数平 均值相比，计算误差仅为4%，这是工程计算允许 的。因此当两个变量的比值小于或等于2时，经常 用算术平均值代替对数平均值，使计算较为简便。
2.多层圆筒壁的热传导
假设层与层之 间接触良好，即互 相接触的两表面温 度相同。
2.多层圆筒壁的热传导
热传导速率可表示为
Q 2L t1 t2
ln r2 r1
Q
t1 t4
t1 t4
1 ln r2 1 ln r3 1 ln r4 r2 r1 r3 r2 r4 r3
2πL1 r1 2πL2 r2 2πl3 r3 1Sm1 2Sm2 3Sm3
其中
Sm
2π
r2 ln(r2
r1 r1 )
L
2πrm L
圆筒壁的 对数平均
面积
圆筒壁的对 数平均半径
1.单层圆筒壁的热传导
Sm
2π
r2 ln(r2
r1 r1 )
L
2πrm L
Sm
2πLr2 2πLr1 ln 2πLr2
S2 S1 ln S2
2πLr1
S1
1.单层圆筒壁的热传导
2.多层平壁的热传导
假设： (1)导热系数不随温 度变化，或可取 平均值； (2)一维稳态； (3)忽略热损失； (4)没有接触热阻。
图4-9 三层平壁热传导
2.多层平壁的热传导
定态导热时，通过各层的导热速率必相等
Q 1St1 t2 2 St2 t3 3St3 t4
1. 单层平壁的热传导
Q t1 t2 t
bR
S
q
Q S
t b
t R
传递过程的普遍关系式及热阻
过程传递速率
过程的推动力 过程的阻力
由热阻可判断界面温度和温度差。
1. 单层平壁的热传导
平均导热系数
两侧面导热系数的算术平均值，或两侧面温度 之算术平均值之下的导热系数。
导热系数为常数时，平壁内温度分布为常数； 导热系数为温度的函数时，平壁内温度分布为曲线。
4.2.3 平壁的热传导
1. 单层平壁的热传导 2.多层平壁的热传导
2.多层平壁的热传导
图4-9 三层平壁热传导
2.多层平壁的热传导
接触热阻 由于表面粗糙不平，不同材料
构成的界面之间可能出现明显的温 度降低而产生接触热阻。
4.2.4 圆筒壁的热传导
1.单层圆筒壁的热传导
1.单层圆筒壁的热传导
传热速率 传热面积 热通量
平壁 圆筒壁
常量 常量
常量 随半径变
常量 随半径变
1.单层圆筒壁的热传导
Q 2π L t1 t2
ln(r2 r1)
可写成与单层平壁热传导速 率方程相类似的形式
Q
Sm
t1 r2
t2 r1
表示通过等温面的导热速率与温度梯度及传热 面积成正比。
傅立叶定律与牛顿定律相类似，导热系数 是
粒子微观运动特性的表现。
4.2 热传导
4.2.1 基本概念和傅立叶定律 4.2.2 导热系数
4.2.2 导热系数
定义式：
dQ dS t
n
导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量；
导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的物理 性质之一；
习题
(3)温度梯度 温度梯度为向量，它的正方向是指向温度增加的
方向；通常将温度梯度的标量也称为温度梯度。
定态的一维温度场：
gradt dt dx
4.2.1 基本概念和傅立叶定律
1. 温度场和温度梯度 2.傅立叶定律
2. 傅立叶定律
定义式： dQ dS t n dQ dS t
n
i
yi
M1 i
3
yi
M
1
i
3
4.2 热传导
4.2.1 基本概念和傅立叶定律 4.2.2 导热系数 4.2.3 平壁的热传导
4.2.3 平壁的热传导
1. 单层平壁的热传导
假设：
（1）平壁材料均匀； （2）导热系数不随
温度而变；
4.2.3 平壁的热传导
1. 单层平壁的热传导
假设：
（3）平壁内的温度仅沿
1. 温度场和温度梯度
(3)温度梯度
定义： 通常，将温度为t t 与t两相邻等温面
之 间 的 温 度 差t， 与 两 面 之 间 的 垂 直 距离 n之 比 值 的 极 限 称 为 温 度梯 度 。