传热的基本原理和规律
热传导的基本原理与计算方法
热传导的基本原理与计算方法热传导是指热量从高温区向低温区传递的过程。
它是热力学的一种基本现象，广泛应用于物理学、化学、材料科学等领域。
热传导研究的是物质中热量的传导机制、热传导的速率和规律以及如何控制和改变热传导过程。
一、热传导的基本原理在物理学中，热量的传导可以用热传导定律来描述，即热传导的速率与热差成正比，与导热系数和传热面积成反比。
物质温度较高的区域传递给相邻温度较低的区域，热量的传导是靠原子、分子、电子等的热运动完成的。
这些粒子在物质内做无规则的振动、流动，高温区的热粒子向低温区运动，直到它们的热平衡达到。
热传导的基本原理可以用一维热传导方程来描述：$$\frac{\partial T}{\partial t}=\alpha\frac{\partial^2 T}{\partialx^2}.$$其中，T代表温度，x代表长度，t代表时间，α代表物质的导热系数。
方程的右侧表示温度梯度，表示热量的传递速度。
二、计算热传导的基本方法由于热传导过程的复杂性，通过简单的数学方程来计算热传导的速率是不可能的。
因此，人们开发了许多传热学模型和计算方法。
这些方法主要可以分为两种：一种是基于传热学原理和模型计算的解析解，另一种是基于数值方法求解的计算机模拟。
1. 解析解法解析解法是指根据物理模型和数学方程分析热传导的过程，得到解析解的方法。
这种方法的优点是计算结果精确，适用于简单的热传导问题，如一维热传导、恒定温差热传导等。
解析解法的缺点是只能用于特定情况下的计算，不适用于复杂的三维热传导问题。
2. 数值模拟法数值模拟法是指利用数字计算机来模拟热传导过程，在计算机上求解热传导方程。
这种方法的优点是可以模拟任意形状复杂的热传导问题，适用范围广，计算结果较为准确。
数值模拟法的缺点是需要高性能计算机进行计算，耗费时间和资源较多。
三、热传导应用范围热传导的应用范围非常广泛，涉及物理、化学、材料等多个领域。
在工程领域，热传导的应用与产品的保温、散热、冷却、加热等相关。
传热学和热力学
传热学和热力学
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目录
1.传热学和热力学的定义与关系
2.传热学的基本原理
3.热力学的基本原理
4.传热学和热力学在实际应用中的重要性
正文
传热学和热力学是物理学的两个重要分支，它们之间有着密切的联系。
传热学主要研究热量在各种物质中的传递规律，而热力学则研究热现象背后的宏观物理规律。
传热学是研究热量传递的一门学科，它主要研究热量如何在固体、液体和气体中传递。
传热学的基本原理是热量传递的三种方式：导热、对流和辐射。
导热是指热量通过物质直接传递，对流是指热量通过流体的运动进行传递，辐射是指热量通过电磁波的形式进行传递。
热力学则主要研究热力学系统中的宏观物理规律。
热力学的基本原理包括热力学第一定律和热力学第二定律。
热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，它表明能量不能被创造或消失，只能在不同形式之间转化。
热力学第二定律则表明，在任何过程中，系统的熵（表示混乱程度的物理量）总是在增加，或者说，热量不会自己从低温物体传递到高温物体。
传热学和热力学在实际应用中具有重要意义。
例如，在工程设计中，需要通过传热学的知识来设计高效的热交换器，以实现热量的有效传递。
在能源利用和环境保护方面，热力学的知识则可以帮助我们理解和优化热力学系统的效率，以提高能源利用率和减少环境污染。
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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。
傅里叶导热定律：单位时间、单位面积上的传热量(热流密度)与温度梯度成正比。
傅里叶导热定律：单位时间、单位面积上的传热量（热流密度）与温度梯度成正比。
1.引言1.1 概述傅里叶导热定律是热传导领域中的基本定律之一，它描述了物质内部传热的规律。
根据傅里叶导热定律，单位时间内通过一个单位面积的物质的传热量（热流密度）与温度梯度成正比关系。
也就是说，当一个物体内部存在温度差时，热量会以固定比例从高温区域传导到低温区域。
傅里叶导热定律是以法国数学家和物理学家傅里叶的名字命名的，在19世纪初他提出了这一理论。
这个定律对于热传导问题的研究有着重要的意义，不仅在物理学中具有广泛应用，而且在工程领域、地球科学、材料科学等方面也得到了广泛的应用和发展。
通过研究傅里叶导热定律，我们可以了解热传导过程中的热量分布规律，掌握不同物质导热性能的特点，为热工系统的设计和优化提供基础理论依据。
同时，这个定律的应用也使得我们可以解释一些实际问题，比如热传导导致的温度分布不均匀、能量损失问题等。
本文将介绍傅里叶导热定律的概念和原理，并深入探讨传热量与温度梯度之间的关系。
通过实验和理论分析，我们将进一步验证这一定律，并探讨其在实际应用中的意义和局限性。
最后，我们将给出结论，确认单位时间、单位面积上的传热量与温度梯度成正比的观点，并讨论傅里叶导热定律在热传导问题中的应用前景。
下一部分将介绍傅里叶导热定律的概念和原理。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将从以下几个方面探讨傅里叶导热定律与传热量与温度梯度之间的关系。
文章结构如下：2. 正文2.1 傅里叶导热定律的概念和原理- 介绍傅里叶导热定律的基本概念以及其背后的物理原理- 着重解释热传导过程中的热流以及导热系数的概念2.2 传热量与温度梯度的关系- 分析传热量与温度梯度之间的关系，深入探讨它们的数学表达式- 解释为什么传热量与温度梯度成正比3. 结论3.1 结论1: 单位时间、单位面积上的传热量与温度梯度成正比- 总结并确认傅里叶导热定律的核心观点：单位时间、单位面积上的传热量与温度梯度成正比- 进一步解释这一结论的重要性和实际应用3.2 结论2: 傅里叶导热定律的应用与意义- 探讨傅里叶导热定律在不同领域中的应用，如工程热学、材料科学等- 讨论傅里叶导热定律对于能源利用、环境保护等方面的意义通过以上结构，我们将全面展示傅里叶导热定律的概念和原理，以及传热量与温度梯度的关系。
化工原理传热
化工原理传热
传热是化工过程中重要的物理现象之一，它涉及能量的转移和分布。
传热可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
传导是指热能在固体或液体中以分子间相互碰撞的方式传递。
在传导过程中，热量会从高温区域传递到低温区域，直到温度达到平衡。
对流是指热能通过流体的运动传递。
当物体表面受热时，周围的流体会被加热并膨胀，然后从热源处上升。
这导致了对流循环，使热量从热源传递到周围环境。
辐射是指热能以电磁波的形式传递，不需要介质来传递热量。
辐射可以通过空气、液体和固体传播，甚至可以在真空中传播。
辐射热传递取决于物体的温度和表面特性。
在化工过程中，传热是必不可少的。
传热的目的可以是控制温度以实现反应的理想条件，或者从一个系统中移除或向其输入热量。
为了实现有效的传热，可以采取以下措施：
1. 提高传热系数：通过增加传热表面积或提高传热介质的流速，可以增加传热系数，从而加快传热速度。
2. 减小传热阻力：通过改变传热介质的性质或减小传热介质的流通路径长度，可以减小传热阻力，提高传热效率。
3. 使用传热表面增强技术：如使用鳍片、流体分散剂或填料等
技术，可以增大传热表面积，从而提高传热效率。
4. 优化换热设备设计：通过合理设计换热设备的结构和组件，可以实现更高效的传热过程，并减少传热介质的能量损失。
化工过程中的传热是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素。
通过合理选择传热方式和采取相应的措施，可以实现高效的能量传递和分布，从而提高化工过程的效率和质量。
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。
(完整PPT)传热学
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高 ，导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
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目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
01 传热学基本概念 与原理
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。
传热学(第二章)
⒉ 通过圆筒壁的导热 由导热微分方程式(2—12)
边界条件：r=r1时，t=t1；r=r2时，t=t2 对（2-25）式积分两次，得其通解： t = c1 ln r + c2 将边界条件代入通解，确定积分常数
t2 − t1 t −t c2 = t1 − ln r 2 1 ln( r2 / r ) ln( r2 / r ) 1 1 t −t t = t1 + 2 1 ln( r / r ) （2-26） 1 ln( r2 / r ) 1 dt λ t1 − t2 q = −λ = （2-27） dr r ln( r2 / r ) 1 c1 =
2 1
λ1
第二章
导热基本定律及稳态导热
2-3 通过平壁、圆筒壁、球壳和其他变截面物体的导热 通过平壁、圆筒壁、
• 1∂ ∂T 1 ∂ ∂T ∂ ∂T ∂T (λr + 2 (λ ) + (λ ) + Φ = ρcp ∂τ r ∂r ∂r) r ∂ϕ ∂ϕ ∂z ∂z d dt 简化变为 dr (r dr ) = 0 （2-25）
⒉ 通过圆筒壁的导热 根据热阻的定义，通过整个圆筒壁的导热热阻为 （2-29） 29） 与分析多层平壁—样，运用串联热阻叠加的原则，可得通过图2-9所示的多层圆筒壁的 导热热流量 2πl(t1 − t4 ) Φ= （2-30） ln( d2 / d1) / λ1 + ln( d3 / d2 ) / λ2 + ln( d4 / d3) / λ3 ⒊ 通过球壳的导热 导热系数为常数，无内热源的空心球壁。内、外半径为r1、r2，其内外表面均匀 恒定温度为t1、t2，球壁内的温度仅沿半径变化，等温面是同心球面。 由傅立叶定律得： dt 各同心球面上的热流率q不相等，而热流量Φ相等。 Φ = −4πr2λ dr dr ⇒Φ 2 = −4πλdt r
内能与热传导的传热过程
内能与热传导的传热过程热力学是研究能量转化和传递的科学，内能和热传导是热力学中重要的概念。
内能是物体内部的能量，热传导是热能由高温物体传递到低温物体的过程。
本文将探讨内能与热传导的传热过程。
一、内能的定义内能是一个系统内部的总能量，包括系统的动能、势能和分子间的相互作用能。
在热力学中，内能通常用符号U表示。
内能的大小取决于系统的状态，与系统的体积、压强和温度等因素有关。
二、内能的改变内能的改变可以通过系统对外做功和系统吸收或放出热量来实现。
根据热力学第一定律，内能的改变等于系统对外做的功加上系统吸收或放出的热量，即ΔU = Q - W。
这个公式描述了内能与热量和功之间的关系。
三、热传导的基本原理热传导是热量在物体间传递的过程，其基本原理是热量由高温物体传递到低温物体，直至两者达到热平衡。
热传导是通过物体内部的分子振动和碰撞传递热量的，是一种无需介质参与的传热方式。
四、热传导的数学描述热传导的速率可以通过热传导方程来描述，该方程表明热传导速率与温度梯度成正比，与物质的导热系数和截面积成反比。
热传导方程可以用来计算各种材料中热量的传递速率，为工程设计和实际应用提供了重要参考。
五、内能与热传导的关系内能与热传导之间存在密切的关系，内能的改变会引起热量的吸收或释放，从而影响热传导的过程。
在热传导中，物体内部的分子振动和碰撞会导致内能的改变，从而影响热量的传递速率。
六、结论内能与热传导是热力学中重要的概念，它们在能量转化和传递过程中起着关键作用。
通过对内能与热传导的传热过程的研究，可以更深入地理解能量的转化规律，为工程应用和科学研究提供理论支持。
内能与热传导的关系值得我们进一步探讨和研究。
化工原理--传热
第四章传热本章介绍了三种基本传热方式，即导热、对流传热、辐射传热的基本概念和定律；详细分析了对流传热过程机理，建立了对流传热速率方程以及表面传热系数的经验关联式；由总传热速率方程出发，对传热过程进行设计计算和操作分析、诊断；介绍了换热设备的类型和列管式换热器的设计和选用。
本章重点要求掌握：①对流传热过程的基本概念、定律、传热速率方程；②管内强制湍流流动时表面传热系数的经验关联及影响因素；③总传热速率方程以及传热过程的计算。
4.1 概述4.1.1 传热在化工生产中的应用传热，即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。
由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递，故在科学技术、工业生产以及日常生活中都涉及许多的传热过程。
化工生产过程与传热关系十分密切。
这是因为化工生产中的很多过程都需要进行加热和冷却。
例如，为保证化学反应在一定的温度下进行，就需要向反应器输入或移出热量；化工生产设备的保温或保冷；生产过程中的热量的合理使用以及废热的回收利用，换热器网络的综合利用；蒸发、精馏、吸收、萃取、干燥等单元操作都与传热过程有关。
化工生产过程中需要解决的传热问题大致分为两类：(1)传热过程的计算，包括设计型计算和操作型计算；(2)传热过程的改进与强化。
这两类问题的解决，都需要从总的传热速率方程出发，即：（4.1.1）式中：Q—冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；K—传热系数，W/(m2·℃)；A—传热面积，m2；Δtm—平均传热温差，℃。
4.1.2 传热的基本方式根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即热传导、对流和辐射。
热传导：热传导又称导热。
是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。
对流传热：对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。
在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触时的热量传递。
物体的传热实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解和掌握热传导、对流和辐射三种传热方式的基本原理。
2. 通过实验验证不同材料、不同条件下物体的传热效率。
3. 分析影响物体传热效率的因素，如材料的热导率、物体的形状、环境温度等。
二、实验原理物体的传热主要有三种方式：热传导、对流和辐射。
1. 热传导：热量通过物体内部的微观粒子（如原子、分子）的振动和碰撞传递。
其传热速率与物体的热导率、温度梯度、物体的截面积和传热距离有关。
2. 对流：热量通过流体（如液体、气体）的流动传递。
其传热速率与流体的流速、温度差、流体的热导率、物体的形状和截面积有关。
3. 辐射：热量通过电磁波的形式传递。
其传热速率与物体的温度、表面积、辐射系数、物体表面的发射率、周围环境的辐射强度和距离的平方有关。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：金属棒、铜棒、铝棒、塑料棒、水、酒精、盐、温度计、计时器、支架、加热器等。
2. 实验仪器：电热板、热电偶、数字温度计、数据采集器、计算机等。
四、实验步骤1. 热传导实验：- 将金属棒、铜棒、铝棒和塑料棒分别置于支架上。
- 在一端加热金属棒，另一端用温度计测量温度。
- 记录不同材料的温度变化，计算热传导速率。
2. 对流实验：- 将水加热至一定温度，倒入烧杯中。
- 在水中放入金属棒，用温度计测量棒上不同位置的温度。
- 记录温度变化，计算对流速率。
3. 辐射实验：- 将电热板置于支架上，调整温度。
- 在一定距离处放置温度计，测量温度。
- 记录不同温度下的温度变化，计算辐射速率。
五、实验结果与分析1. 热传导实验：- 金属棒的热传导速率高于塑料棒，说明金属的热导率较高。
- 铜棒的热传导速率高于铝棒，说明铜的热导率较高。
2. 对流实验：- 水的对流速率较快，说明水的流动性较好。
- 金属棒在不同位置的温度变化较大，说明对流在金属棒上起主要作用。
3. 辐射实验：- 电热板温度越高，辐射速率越快。
- 辐射速率与距离的平方成反比。
六、实验结论1. 物体的传热方式主要有热传导、对流和辐射三种。
建筑物理第二章传热学基本原理
材料属性划分：无机水合盐相变材料、有机相变蓄热材 和复合相变蓄热材料
结晶水和 盐
石蜡
多元醇
陶瓷基复合 材料
2.1常见无机水合盐相变材料
CaCl2· 2O的相变温度约在 26～ 6H CaCl2· 2O 29℃，熔解热为190 kJ/kg，不易分 6H 解，价格低，易得，安全无毒。 CaCl2· 2O 有严重的过冷问题 6H （其过冷度达 20℃）和对湿度的 敏感性，对应用不利。
6
1
太阳能方面
轻质建筑材料的热容 较低，不利于平抑室 内温度波动，而在其 建筑节能方面 中加入相变物质是解 5 决这一问题的有效方 法。
应 用 领 域
2
工业余热方面
电力调峰中
4
3
液化天然气冷能蓄冷中
在电力需求的波谷时段，可采用相变储能 复合材料蓄存由空调或制热设备产生的冷 量和热量，用于电力波峰时段
21
43
35
室外 上午11点 热量被用来加热墙体
室内
下午4点 任是加热墙体，少量进入室内
晚上9点 室外温度降低，热量往外流
(3)从介质到壁体表面及内部，温度波 动的相位逐渐向后推延。这种现象叫温度 波动的相位延迟，亦即从外到内各个面 出现最高温度的时间向后推延。（材料层
升温或降温，需要一定的时间供给或放出热量。）
一、导 热
定义：同一物体内部或直接接触的两物体之间由于有 温度差时，质点作热运动而引起的热能传递过程。
导热可在固体、液体和气体中发生，各自的导热机理不同。
绝大多数的建筑材料（密实固体）中的热传递为导热 过程。
2. 导热系数的意义及影响因素
导热系数（λ）：
指温度在其法线方向的变 化率为1℃/m时，
热传导热传导规律及其在实际中的应用
热传导热传导规律及其在实际中的应用热传导是指热量从高温区域向低温区域传递的过程。
在物质中，热量一般通过三种方式传导：热传导、对流传导和辐射传导。
本文重点介绍热传导的规律以及在实际应用中的相关情况。
一、热传导规律热传导的规律可以通过热传导定律来描述。
热传导定律表明，在热传导过程中，热流密度（单位时间内通过单位面积的热量）与温度梯度（单位长度内温度的变化率）成正比。
设热流密度为q，温度梯度为∇T，热传导定律可以表示为以下公式：q = -k∇T其中，k为热导率，表示物质导热性能的一个参数。
热导率越大，说明物质的导热性能越好。
二、热传导的影响因素热传导的强弱取决于多种因素，以下是一些常见的影响因素：1. 导热性能：物质的导热性能决定了其传导热量的能力。
金属等导热性能较好的物质会比绝缘体等导热性能较差的物质更容易传导热量。
2. 温度差：温度差指的是两个接触表面之间的温度差异。
温度差越大，热传导强度越大。
3. 距离：热量的传导是通过物质内部的分子或电子碰撞引起的，因此物体之间的距离会影响热传导。
三、热传导的应用热传导在日常生活和工业生产中有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：1. 绝缘材料：根据热传导的规律，选择导热性能较差的绝缘材料可以在一定程度上减少热量的传导，起到隔热的作用。
这在建筑领域中用于保温材料的选择非常重要。
2. 传热设备：热传导在传热设备（如散热器、换热器等）中得到广泛应用。
通过设计合适的材料和结构，可以实现高效的传热，提高设备的散热或加热效果。
3. 热工加工：在一些加工过程中，需要控制材料的温度分布，以实现理想的加工效果。
通过掌握材料的热传导规律，可以有效控制热处理过程中的温度变化，提高产品质量。
4. 热障涂层：热障涂层是一种在工程结构表面喷涂的材料，能够减少热量的传导，提高结构的耐热性能。
这种涂层可以在航空航天、汽车等领域中发挥重要作用。
5. 散热设计：在电子设备等产品的设计中，合理的散热设计是非常重要的。
传热学基本原理
第三节传热学基本原理食物制熟过程中的传热学，涉及热量传递的方法和承担传热任务的介质两个方面的知识。
一、经典的热量传递方式只要有温度差存在的地方，就会有热量自发地从高温物体或区域传向低温物体或区域。
烹调的传热方式有传导、对流和辐射三种。
●温度差即温差----即食物有生到熟是食物吸收了一定的热量，而事物能吸收热量一定有种“推动力”，这种推动力就是温差。
●热传递---由于温差的存在，热量才会从高到底地传递下去，这种传递过程就是热传递。
●热阻---由于在热量传递中遇到阻力，这种阻力称热阻。
I=UR●热传递的方式--传导、对流和辐射（一）热传导热传导—指导热物体各部分没有相对位移，或不同物体直接接触时，因组成该物体的各物质的分子、原子和自由电子等微观粒子的额外运动而发生的热量传递现象。
从理论上讲，热传导可以在固体、液体和气体中进行，但是在地球引力场内，单纯的热传导只能在结构紧密的固体中进行。
因在液体和气体中，只要有温度差存在，液体分子的移动和气体分子的扩散就不可避免，从而产生对流现象。
也就是说，在液体中，热量的传递是以传导和对流两种方式同时进行。
Q=λA△t/δ（二）热对流对流—在液体（包括液体和气体）的运动中，热量从高温区域移向低温区域的现象。
在烹调中，单纯在流体之间进行的的热交换即纯对流现象并不是主要的，通常都是温度高的固体把热量传递到与之接触的流体中去，这样就出现了对流和传导同时存在的热交换现象。
典型的现象如：电水壶烧开水，电热元件产热后，传递到水中，使一部分水分子受热温度升高而流向低温区，同时低温区的水分子又立刻补充到高温区继续受热，于是对流现象产生。
单纯的对流现象：将一壶开水到入冷水桶中，此时所产生的热传递方式是典型的对流过程。
Q=аA△t（三）热辐射热辐射——是物质在高温状态（包括燃烧和其他激烈化学反应和核反应）下以光子的形式（电磁波）发射能量的过程。
Q=σ₀АТ⁴根据爱因斯坦质能关系式：E=mc² E表示能量，m表示物质质量，c表示光速（30万km/s）。
热传导的规律和计算方法
热传导的规律和计算方法【热传导的规律和计算方法】热传导是物质中热量从高温区传递到低温区的过程。
了解热传导的规律和计算方法，不仅可以帮助我们更好地理解热传导的机制，还可以在实际应用中进行热传导问题的计算和分析。
本文将介绍热传导的规律以及常用的计算方法。
一、热传导的规律热传导的规律可以用热传导定律来描述，即傅里叶热传导定律。
该定律可以表示为：q = -kA(dT/dx)式中，q表示热量传导速率，单位为瓦特（W）；k表示导热系数，单位为瓦特/米·摄氏度（W/m·°C）；A表示传热的截面积，单位为平方米（m^2）；dT/dx表示温度梯度，即温度随空间位置x的变化率，单位为摄氏度/米（°C/m）。
根据傅里叶热传导定律，热量传导速率正比于截面积和温度梯度的乘积，并与导热系数成反比。
这意味着截面积越大、温度梯度越大以及导热系数越小，热量传导速率就越大。
热传导的规律可以总结为以下几点：1. 热传导是由高温区到低温区的热量传递过程；2. 热传导速率与截面积和温度梯度的乘积成正比；3. 热传导速率与导热系数成反比。
二、热传导的计算方法热传导的计算方法主要包括两种情况：稳态热传导和非稳态热传导。
1. 稳态热传导计算方法稳态热传导是指热传导过程中温度分布保持不变的情况。
在这种情况下，我们可以根据物体两端的温度差和导热系数来计算热量传导速率。
热量传导速率的计算公式为：q = -kA(T2-T1)/L式中，q表示热量传导速率，单位为瓦特（W）；k表示导热系数，单位为瓦特/米·摄氏度（W/m·°C）；A表示传热的截面积，单位为平方米（m^2）；T2和T1分别表示物体的两端温度，单位为摄氏度（°C）；L表示物体的长度，单位为米（m）。
2. 非稳态热传导计算方法非稳态热传导是指热传导过程中温度分布会随时间变化的情况。
在这种情况下，我们需要根据物体的初始温度分布、导热系数和边界条件来求解热传导的温度分布和热量传导速率。
3传热学基础知识
多层平壁导热问题
已知房屋的墙壁—白灰内层、水泥砂浆层、红砖主体层组成， 求通过墙体的传热量。 假设各层之间接触良好，可近似 认为结合面上各处温度相等
4、换热表面的几何因素： h相变 > h单相 内部流动对流换热：管内或槽内 外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束 5、流体的热物理性质对换热的影响：
热导率 [W / (m C)] 密度 [kg/m3 ] 比热容 c [J/ (kg C)] 动力粘度 [ N s m 2 ] 运动粘度 = [m 2 / s] 体胀系数 [1/K]
三维温度场： t = f (x, y, z, ) 三维导热 特例：一维稳态导热 t = f (x)
t
（二）等温面与等温线
●
●
等温面：同一时刻、温度场中所有温度相同的点连 接起来所构成的面 等温线：用一个平面与各等温面相交，在这个平面 上得到一个等温线簇
等温面与等温线的特点：
(1) 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交 (2) 在连续的温度场中，等温面或等温线不会中断， 它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲线）， 或者就终止与物体的边界上
二、热对流
定义：流体中（气体或液体）温度不同的 各部分之间，由于发生相对的宏观运动而 把热量由一处传递到另一处的现象。 若热对流过程使具有质量流量G的流体 由温度t1处流至温度t2处，则此热对流过程 传递的热流量为：
Φ = Gcp (t2 1 ) t [W ]
对流换热
对流换热：流体与固体壁直接接触时所发生的热量 传递过程
传热学定律
传热学定律
传热学定律是指热量传递的基本规律，主要包括以下几个方面：1. 傅里叶定律：指出在导热过程中，单位时间内通过给定面积的热量，正比于该处的温度梯度，而方向与温度梯度相反。
傅里叶定律是传热学的基本定律之一，也是热力学第一定律在导热过程中的具体表现。
2. 牛顿冷却定律：指出当物体表面与周围环境温差为1℃时，每秒钟通过单位面积所传递的热量为一个常数，称为热流密度或热流量。
该定律适用于所有物体的冷却过程，包括气体、液体和固体。
3. 普朗特数：普朗特数是一个无量纲数，它表示流体的动量扩散能力与热量扩散能力的比值。
普朗特数是流体力学和传热学中的一个重要参数，对于研究流体流动和传热问题具有重要意义。
4. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律：指出黑体的辐射能力与其表面温度的四次方成正比。
该定律是黑体辐射理论的重要基础之一，也被广泛应用于工程热力学和辐射测量学等领域。
5. 基尔霍夫定律：指出在任一给定温度下，从任一黑体中发射出的辐射能，与从同一黑体中吸收的辐射能之比，等于该温度下黑体的吸收率。
该定律是辐射换热学的基本定律之一，对于研究辐射换热问题具有重要意义。
这些传热学定律是传热学的基础理论，对于研究热量传递和热交换问题具有重要意义。
传热 规律
传热的基本方式分为导热、对流和辐射三种,其传热机理分别是: (1)导热是由温度不同的质点(分子、原子、自由电子)在热运动中引起的热能传递现象。
固体导热是由
于相邻分子发生的碰撞和自由电子迁移所引起的热能传递;液体导热是通过平衡位置间歇着的分子振动引起;气体导热是通过分子无规则运动时互相碰撞而导热。
(2) 对流是由于温度不同的各部分流体之间发生相对运动、互相掺合而传递热能。
(3) 辐射传热以电磁波传递热能。
凡是温度髙于绝对零度的物体,由于物体原子中的电子振动或激动,就会从表而向外界空间辐射出电磁波。
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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
31
二、多层平壁的一维稳态热传导
dQ t ห้องสมุดไป่ตู้dS 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
6
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。
7
二、导热系数
导热系数[W/(m.oC)]
35
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。
33
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
34
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
3
第五章 传 热
5.1 传热过程概述 5.1.1热传导及导热系数
4
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。
5
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
动画22
图5-1 套管式换热器 1-内管 2-外管
20
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
21
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；
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
29
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
30
二、多层平壁的一维稳态热传导
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
32
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）。
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
11
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。
12
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
13
对流
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
27
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
28
一、单层平壁一维稳态热传导
t1 t2 t Q b R S
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。
1
第五章 传 热
5.1 传热过程概述
2
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。
17
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
18
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√
19
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
16
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。
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。
14
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
15
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
24
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。
25
第五章 传 热
5.2 热传导
5.2.1 平壁一维稳态热传导
26
一、单层平壁一维稳态热传导
假设：
（ 3 ）传递至另一侧的热量又以对流方式传递给 冷流体。
22
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）。
9
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。
10
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。
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
8
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。