传热的基本原理和规律

气体
液体
0.006～0.06
0.1～0.7
非导电固体
金属 绝热材料
0.2～3.0
15～420 0.003～0.06
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二、导热系数
1.固体的导热系数 纯金属的导热系数与电导率的关系可用魏德曼 （Wiedeman）-弗兰兹（Franz）方程描述
L eT
良好的电导体必然是良好的导热体，反之亦然。
第五章 传 热
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握传热的基本原理和规律 ，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。
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第五章 传 热
5.1 传热过程概述
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概述
传热
热量从高温度区向低温度区移动的过程称为热 量传递，简称传热。 化工生产中对传热过程的要求 一是强化传热过程，如各种换热设备中的传热。 二是削弱传热过程，如对设备或管道的保温，以 减少热损失。
对流
对流是由流体内部各部分质点发生宏观运 动和混合而引起的热量传递过程 对流传热 在化工生产中特指流体与固体壁面之间的 热量传递过程。
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对流
对流传热速率可由牛顿冷却定律描述
dQ t dS
微分对流 传热通量 对流传 热系数 温度差
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第五章 传 热
5.1 传热过程概述 5.1.1 热传导及导热系数 5.1.2 对流 5.1.3 热辐射
通过各层平壁截面的传热速率必相等
Q1 Q2 Q3 Q4 Q
t2 t3 t3 t4 t1 t2 Q 1S 2 S 3 S b1 b2 b3
或
t1 t2 t2 t3 t3 t4 Q b1 b2 b3 1S 2 S 3 S
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二、多层平壁的一维稳态热传导
dQ t dS n
微分导 热通量
热通量与 温度梯度 方向相反
导热系 数
温度梯 度
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二、导热系数
导热系数
dQ dS t n
导热系数表征了物质热传导能力的大小，是 物质的基本物理性质之一，其值与物质的形态、 组成、密度、温度等有关。
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二、导热系数
导热系数[W/(m.oC)]
动画22
图5-1 套管式换热器 1-内管 2-外管
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冷热流体（接触）热交换方式及换热器
图5-2 单程管壳式换热器 动画21 1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封头,6-管 板,7-挡板,8-泄水池
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冷热流体（接触）热交换方式及换热器
间壁式换热器内冷、热流体间的传热过程包括以 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；
三层平壁稳态热传导速率方程 t1 t4 Q b3 b1 b2 1S 2 S 3 S 对n层平壁，其传热速率方程可表示为
t1 tn 1 Q bi S i
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二、多层平壁的一维稳态热传导
接触热阻
因两个接触表面粗糙不平而产生的附加热阻。
接触热阻包括通过实际接触面的导热热阻和 通过空穴的导热热阻（高温时还有辐射传热）。
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第五章 传 热
5.1 传热过程概述 5.1.1热传导及导热系数
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一、热传导(导热)
热传导(导热) 不依靠物体内部各部分质点的宏观混合运 动而借助于物体分子、原子、离子、自由电子 等微观粒子的热运动产生的热量传递称为热传 导，简称导热。
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一、热传导(导热)
傅立叶定律（Fourier’s Law） 描述热传导现象的物理定律为傅立叶定律 （Fourier’s Law），其表达式为
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二、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
对大多数金属材料， 为负值；而对大多数非金 属材料，为正值；对理想气体，=1/T ，1/K。
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二、导热系数
2.液体的导热系数 除水和甘油外，大多数非金属液体的导热系数亦 随温度的升高而降低。
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载热体及其选择
选择载热体原则 （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； （4）价格便宜，来源容易。
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第五章 传 热
5.2 热传导
5.2.1 平壁一维稳态热传导
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一、单层平壁一维稳态热传导
假设：
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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。
图5-3 单层平壁热传导
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一、单层平壁一维稳态热传导
对平壁一维稳态热传导
dt Q S dx
积分并整理得
微分式
Q
S
b
(t1 t2 )
积分式
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一、单层平壁一维稳态热传导
t1 t2 t Q b R S
Q t1 t2 t q b S R'
导热热 阻

热传导推动力 热传导速率 热传导热阻
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二、多层平壁的一维稳态热传导
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5-4 三层平壁热传导
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二、多层平壁的一维稳态热传导
金属液体的导热系数比一般的液体要高
纯液体的导热系数比其溶液的要大
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二、导热系数
3.气体的导热系数 气体导热系数随温度升高而增大。
在相当大的压力范围内，气体的导热系数随压力 的变化很小，可以忽略不计。
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第五章 传 热
5.1 传热过程概述 5.1.1 热传导及导热系数 5.1.2 对流
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对流
（ 3 ）传递至另一侧的热量又以对流方式传递给 冷流体。
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第五章 传 热
5.1 传热过程概述 5.1.1 热传导及导热系数
5.1.2 对流
5.1.3 热辐射 5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器 5.1.5 载热体及其选择
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载热体及其选择
载热体
在化工生产中，物料在换热器内被加热或 冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热 量，此种流体称为载热体，其中起加热作用的 称为加热介质（或加热剂）；起冷却（冷凝） 作用的称为冷却介质（或冷却剂）。
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热辐射
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。 1. 可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。
2. 不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形 式的转换。
3. 任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐 射能，但仅当物体的温度较高、物体间的温度 差较大时，辐射传热才能成为主要的传热方式。
接触热阻与接触面材料、表面粗糙度及接触 面上压力等因素有关，可通过实验测定。
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二、多层平壁的一维稳态热传导
接触热 阻
图5-5 接触热阻的影响
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练 习 题 目
思考题 1. 热量传递的三种基本方式是什么？分别用什么 定律可以描述？
2. 在热传导问题中，术语“一维”是什么意思？
何谓稳态热传导？ 3. 试写出有接触热阻存在时多层平壁热传导的计 算公式。 作业题: 1、2
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第五章 传 热
5.1 传热过程概述 5.1.1 热传导及导热系数
5.1.2 对流
5.1.3 热辐射 5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及 换热器
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冷热流体（接触）热交换方式及换热器
一、直接接触式换热和混合式换热器
二、蓄热式换热和蓄热器
三、间壁式换热和间壁式换热器√
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冷热流体（接触）热交换方式及Leabharlann Baidu热器