传热传质的分析与计算
热力学系统的传热传质与传质系数
热力学系统的传热传质与传质系数热力学系统是指由物质组成的系统，其内部存在着能量和物质的传递过程。
在这个系统中，传热和传质现象是非常重要的。
传热是指热量从高温区域传递到低温区域的过程，而传质则是指物质从浓度高的区域传递到浓度低的区域的过程。
在传热传质的过程中，我们会用到传质系数，它是描述物质在单位时间内从一处传递到另一处的能力。
一、传热1. 热传导：热传导是热量通过物体内部相互碰撞传递的过程。
热传导的速率与物体的导热性能有关，通常用热传导系数来表示。
热传导系数描述了单位横截面积上单位温度梯度的传热能力，记作λ。
例如，在均匀材料中，热传导系数的大小与材料的导热性能成正比。
2. 对流传热：对流传热是指热量通过流体内部的传递。
对流传热主要发生在流体内部，如气体或液体。
在对流传热中，除了传导的贡献外，流体的运动也会带走或带来热量。
对流传热的速率由传热系数h来表示，它与流体的性质、流动速度和流体与固体之间的接触面积相关。
3. 辐射传热：辐射传热是指热量通过电磁波的辐射传递。
辐射传热主要发生在高温物体或热辐射源的表面。
辐射传热的速率由斯特藩-玻尔兹曼定律描述，该定律表明热辐射通量与温度的四次方成正比。
二、传质1. 扩散传质：扩散传质是指物质由高浓度区域向低浓度区域的自发传递。
扩散传质过程中，物质的传递速率与物质的浓度梯度有关。
扩散系数D是描述单位横截面积上单位浓度梯度的传质能力，它与物质本身的性质以及传质过程中的温度和压强相关。
2. 对流传质：对流传质是指物质通过流体内部的传递。
与对流传热类似，对流传质也受到传质系数的影响。
传质系数描述了单位横截面积上单位浓度梯度的传质能力，它与流体的性质、流动速度和流体与固体之间的接触面积有关。
三、传质系数传质系数是描述物质传递能力的一个重要参数。
在传热过程中，传质系数常用于描述物质从一个位置传递到另一个位置的速率。
传质系数一般用K表示，它是一个复合参数，与物质自身性质、传质过程中的温度和压强等有关。
传热与传质最全的计算
传热与传质最全的计算一、传热传热是能量从一个物体或系统传递到另一个物体或系统的过程。
根据传热方式的不同，传热可以分为三种形式：传导、对流和辐射。
1.传导：传热的方式通过物质的直接接触和分子的碰撞来进行。
传导传热的计算主要依靠温度差、传热面积和传热材料的热导率来计算。
传导传热的计算公式为：Q=-k*A*(ΔT/d)其中Q表示传热的热量，k表示热导率，A表示传热面积，ΔT表示温度差，d表示热传导长度。
2.对流：对流是通过流体（气体或液体）传递热量的过程。
对流传热的计算需要考虑传热系数、传热面积和温度差。
对于自然对流，传热系数可以通过科里奥利数来估算。
对于强制对流，传热系数可以通过雷诺数和普朗特数来估算。
对流传热的计算公式为：Q=h*A*ΔT其中Q表示传热的热量，h表示传热系数，A表示传热面积，ΔT表示温度差。
3.辐射：辐射是通过电磁辐射传递热量的过程。
辐射传热的计算需要考虑黑体辐射能量和辐射系数。
辐射传热的计算公式为：Q=ε*σ*A*(T1^4-T2^4)其中Q表示传热的热量，ε表示发射率，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，A表示传热面积，T1和T2表示两个物体的温度。
二、传质传质是物质在空间中通过扩散机制传递的过程。
传质过程主要包括质量传递和扩散传递。
1.质量传递：质量传递是涉及物质从一个相向另一个相传递的过程。
质量传递的计算需要考虑浓度差、传质系数和表面积。
质量传递的计算公式为：Q=k*A*(C1-C2)其中Q表示传递的质量，k表示传质系数，A表示传质面积，C1和C2表示两个相之间的浓度差。
2.扩散传递：扩散传递是涉及物质通过浓度梯度向更低浓度的方向传递的过程。
扩散传递的计算需要考虑扩散系数、浓度梯度和距离。
扩散传递的计算公式为：J = -D * (dC / dx)其中J表示扩散通量，D表示扩散系数，C表示浓度，x表示距离。
以上是传热和传质的基本概念和常见的计算方法。
当然，实际的传热和传质过程常常是复杂和多变的，需要根据具体情况进行更为详细和精确的计算和分析。
第三章传热传质问题的分析与计算
第三章传热传质问题的分析与计算第三章：传热传质问题的分析与计算在工程领域中，传热传质问题是一个非常重要的研究方向。
它涉及到热量和物质的传递，对于工业过程的高效运行和优化具有至关重要的影响。
在本章中，我们将探讨传热传质问题的分析与计算方法，以及如何应用这些方法解决实际工程问题。
首先，我们需要了解传热传质的基本概念。
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
常见的传热方式有三种：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子和原子之间的碰撞传递。
对流是指热量通过流体的运动传递。
辐射是指热量通过电磁辐射传递，例如太阳辐射。
类似地，传质是指物质通过扩散或对流传递的过程。
扩散是指物质通过浓度梯度的差异进行传递。
对流是指物质通过流体的运动进行传递，例如空气中的氧气通过呼吸进入人体。
在传热传质问题的计算中，我们需要考虑各种参数和变量，例如温度、密度、热传导系数、速度、浓度等。
这些参数可以通过实验测量或理论计算得到。
同时，我们需要根据问题的具体情况选择合适的方程和模型进行计算。
对于传热问题，我们经常使用热传导方程进行计算。
热传导方程描述了热量在固体中的传递过程。
它可以用来计算温度场的变化。
在计算中，我们需要确定边界条件和初始条件，并使用适当的数值方法求解方程。
在传质问题中，我们可以使用物质传质方程进行计算。
物质传质方程描述了物质的浓度分布随时间和空间的变化。
类似于热传导方程，我们需要确定边界条件和初始条件，并使用适当的数值方法求解方程。
除了这些基本方程，我们还可以使用其他模型和方法来解决复杂的传热传质问题。
例如，对于对流传热问题，我们可以使用雷诺平均Navier-Stokes方程来考虑流体的运动，并计算热量的传递。
对于多相流问题，我们可以使用数值方法来模拟各相的运动和相互作用。
在实际工程中，传热传质问题的分析和计算通常涉及到多个领域的知识。
除了传热传质的基本理论，我们还需要了解流体力学、材料科学、化学等相关领域的知识。
教案化工原理传热与传质计算
教案化工原理传热与传质计算教案：化工原理传热与传质计算前言化工工程领域中，传热与传质计算是至关重要的一部分。
准确计算传热和传质过程可以帮助我们设计高效的化工设备和工艺流程。
本教案旨在介绍一些基本的传热与传质计算理论和方法，并通过例题进行实际应用。
一、传热计算传热是指物体之间由于温度差异而发生的热量传递过程。
在化工工程中，我们通常需要计算传热速率和传热系数等参数。
A. 热传导热传导是一种通过物质内部分子间相互碰撞传递热量的方式。
根据傅立叶热传导定律，热传导速率（q）与温度梯度（dT/dX）成正比，与传热介质的导热系数（λ）成反比。
其数学表达式为：q = -λ * (dT/dX)B. 对流传热对流传热是指通过流体介质（如气体或液体）中的对流现象进行热量传递。
常见的对流传热计算公式为：q = h * A * (T1 - T2)其中，q为传热速率，h为对流传热系数，A为传热面积，T1和T2为温度差。
C. 辐射传热辐射传热是指通过电磁波辐射传递热量的过程。
根据斯特凡-玻尔兹曼定律，辐射传热速率与传热体表面的辐射率、温度差以及传热面积之间成正比。
其计算公式为：q = ε * σ * A * (T1^4 - T2^4)其中，q为传热速率，ε为辐射率，σ为斯特凡-玻尔兹曼常数，A为传热面积，T1和T2为温度差。
二、传质计算传质是指物质之间由于浓度差异而发生的物质传递过程。
在化工工程中，我们常常需要计算传质速率和传质系数等参数。
A. 传质速率传质速率可以通过菲克定律来计算。
菲克定律表明，传质速率（N）与物质浓度梯度（dC/dX）成正比，与传质介质的传质系数（D）成反比。
其数学表达式为：N = -D * (dC/dX)B. 质量传输系数质量传输系数是衡量传质能力的重要参数。
对于液体和气体传质，我们可以使用对应的传质系数模型进行计算，如夏姆夸克方程和莫尔塔方程等。
三、例题分析现在我们通过一个例题来应用所学的传热与传质计算方法。
等价湿球温度法分析传热传质过程
等价湿球温度法分析传热传质过程等温湿球温度法是一种常用的分析传热传质过程的方法，它通过测量湿球温度、干球温度和大气压强来确定空气中的湿度。
这种方法能够更准确地反映空气中水分的蒸发和冷却过程，因此在许多领域都得到广泛应用，例如空调系统的设计、植物蒸腾作用研究等。
等温湿球温度法的基本原理是基于湿度和温度之间的关系，即只要知道湿球温度和干球温度，就可以通过一些计算公式来求解空气中的湿度。
具体方法是在干球温度的测量基础上，通过连接一个湿化的湿球温度计来测量湿球温度。
湿球温度计通过待测空气使湿度达到饱和，然后根据水蒸发的冷却效应来测量湿球温度。
由于蒸发的冷却效应导致湿球温度比干球温度低，通过比较两者的温度差异可以确定空气中的湿度。
通过湿球温度法分析传热传质过程的一般步骤如下：1.测量干球温度：使用干球温度计测量待测空气的干球温度，干球温度是空气中没有考虑水分时的温度。
2.湿球温度湿化：将湿球温度计与待测空气接触，使湿度达到饱和，即湿球温度计上的水分开始蒸发。
这个过程中温度计上的水分蒸发会使温度计的温度下降，温度下降的大小正好反映了空气中水分的蒸发和冷却程度。
3.测量湿球温度：通过记录湿球温度计上的温度，即湿球温度，来测量空气中的湿度。
4.计算相对湿度：利用湿球温度和干球温度的差异以及外界大气压的影响，通过计算公式来求解空气中的相对湿度。
等温湿球温度法还可以通过测量湿球温度和干球温度之间的差异，来评估空气中的水分含量以及相对湿度的变化。
例如，在空调系统中，可以通过测量湿球温度和干球温度的变化来判断空气中的水分含量是否过高或过低，从而进行相应的调整。
总结起来，等温湿球温度法是一种非常实用的分析传热传质过程的方法，它通过测量湿球温度、干球温度和大气压强来确定空气中的湿度。
通过这种方法可以更准确地揭示空气中的水分蒸发和冷却过程，进一步了解传热传质现象的变化规律，并在实际应用中具有广泛的应用前景。
传质传热的比较分析【史上最全】
气液
气固
液液 液固
传质的方式与历程
（1）单相物系
①、分子扩散: 物质靠分子运动从高浓度处转移到低浓
度处，物质在静止或滞流流体中的扩散； ②、等分子反向扩散 ③、单向扩散
涡流扩散则是因流体的湍动和旋涡产生质点位移，使物质由 高浓度处转移到低浓度处的过程。
传质的方式与历程
（2）均相混合物
某组分在两相间传质，步 骤是：从一相主体扩散到 两相界面的该相一侧，然 后通过相界面进入另一相 ，最后从此相的界面向主 体扩散。
什么是传热?
传热跟我们的生活密切相关
传热在生活中的应用：
1、做饭时，蒸、煮、炒等都是传热过程，饭菜凉了我们也
要“热一热”再吃；
2、冬天开暖气供暖，屋子里暖和、舒服；
3、穿衣服要看天气，根据温度变化选择衣服，冬天穿棉袄
，夏天穿单薄的衣服。
什么是传热?
传热的分类 间歇传热 按连续性
连续传热
非稳态传热：传热速率常数， 稳态传热：传热速率=常数，
气液
气固
液液 液固
传质的方式与历程
（1）单相物系
①、分子扩散: 物质靠分子运动从高浓度处转移到低浓
度处，物质在静止或滞流流体中的扩散； ②、等分子反向扩散 ③、单向扩散
涡流扩散则是因流体的湍动和旋涡产生质点位移，使物质由 高浓度处转移到低浓度处的过程。
传质的方式与历程
（2）均相混合物
某组分在两相间传质，步 骤是：从一相主体扩散到 两相界面的该相一侧，然 后通过相界面进入另一相 ，最后从此相的界面向主 体扩散。
传质传热的比较分析
1. 什么是传热？
2. 什么是传质
3. 传热传质的比较总结
什么是传热?
第三章传热传质问题的分析与计算
y , t tw 1 t tw
扩散方程
y 0, CA CA,w 0 y , CA CA,w 1
CA, CA,w
CA, CA,w
这三个性质类似的物性系数中，任意两个系数 的比值均为无量纲量,即
普朗特准则 Pr
v
2u y 2
能量方程
u
t x
t y
a
2t y 2
扩散方程
u
C A x
C A y
D
2C A y 2
边界条件为：
动量方程 y 0, u 0
或
u
能量方程
y , u 1 或 u
y 0, t tw 0 t tw
u uw 0 u uw
h
dy
定义，阿克曼修正系数
C0
= (N AM Ac P,A+N B M h
BcP,B )
C0与假定传质方向（壁面向流体）一致为正
δ0
d 2t dy2
- C0
dt dy
=0
边界条件
y =0
y =δ0
t =t1
t =t2
得到流体在薄膜层内的温度分别为
exp(C0 y ) -1
t( y) =t1 +(t2 - t1)
dy
• 动量传递公式表明：动量通量密度正比 于动量浓度的变化率。
• 能量传递公式表明：能量通量密度正比 于能量浓度的变化率。
• 质量传递公式表明：组分A的质量通量密 度正比于组分A的质量浓度的变化率。
3.1.2 三传方程
连续性方程 u 0
机械工程中的传热与传质分析
机械工程中的传热与传质分析在机械工程中，传热与传质是两个非常重要的领域。
传热与传质分析是研究物质内部热量和物质的传递过程的学科，它在机械设计和工艺参数的优化中起着关键作用。
本文将从基础概念、应用领域和实际案例等方面，系统地介绍机械工程中的传热与传质分析。
首先，我们来了解一下传热与传质的基本概念。
传热是指物体内部或不同物体之间热量的传递过程。
这种传递可以通过传导、对流和辐射等方式实现。
传质则是指物体内部或不同物体之间物质的传递过程。
物质的传递可以通过扩散、对流和反应等方式实现。
传热与传质的研究旨在揭示热量和物质如何在物体内部或不同物体之间传递和变化的规律，从而为机械工程设计和优化提供依据。
传热与传质在机械工程中的应用非常广泛。
例如，在发动机燃烧室中，通过传热与传质的分析可以优化燃烧过程，提高热能利用率和排放性能。
在制冷设备中，传热与传质的分析可以优化制冷剂的流动和换热效率，提高制冷效果。
在化工装置中，传热与传质分析可以优化反应器的设计和操作参数，提高反应效率和产品质量。
在风电设备中，传热与传质分析可以优化风轮叶片的设计和材料选择，提高能量转化效率。
下面，我们以制冷设备为例，介绍传热与传质分析在机械工程中的具体应用。
制冷设备中的传热与传质主要涉及制冷剂的流动和换热过程。
通过传热与传质分析，可以计算制冷剂在换热器中的温度分布和传热效率，从而优化换热器的结构和操作参数。
同时，还可以研究制冷剂的流动特性，包括速度、压力和质量流率等，以提高制冷剂的输送效率和换热效果。
在传热与传质分析中，常用的方法有理论分析、数值模拟和实验测量。
理论分析通常采用数学公式和物理原理，根据传热与传质的基本规律进行推导和计算。
数值模拟则通过数值计算方法，将传热与传质过程离散化，利用计算机模拟物质的传递和变化。
实验测量则通过实际设备和仪器，对传热与传质过程进行直接观测和记录。
这三种方法可以相互结合，相互验证，从而得到准确和可靠的结果。
热学中的传热传质理论分析
热学中的传热传质理论分析热学是一门研究热现象的学科，其中传热传质作为其重要的研究内容之一，增加了其实用性和实验性。
传热传质是指物质内部或物质间的热量和质量的传递过程。
它在自然界和工业领域中都起着至关重要的作用，并且研究和利用传热传质理论已经成为一门全球性的热学研究课题。
传热传质理论包括热传导、对流传热和辐射传热三种传热方式。
1. 热传导热传导是物质内部热量传递的方式，通常表现为热量从高温区域向低温区域的传递。
热传导的速度取决于物质的导热系数、温度梯度和物质的厚度。
导热系数通常是物质特性中的一项参数，其意义是物质在单位时间内单位面积厚度上传递单位温度差的热量。
热导率较高的物质相应地传热速度也较快。
2. 对流传热对流是指由于流体内部发生温度梯度而引起的物质运动，造成的热量传递现象。
其传热速度受到流体运动的影响。
如：对流传热的速度和范围偏小；其传热速度也随着流体的运动速度而加快。
对流传热的速率取决于流体温度、对流流动特征和相关物质特性等因素。
3. 辐射传热辐射传热是指热量通过电磁波形式辐射传递的现象，在大气中也被称为热辐射。
辐射传热的速度没有传导和对流那么快，但是它在介观和宏观尺度下也有显著的相关影响。
物质的温度越高，其辐射传热的数量也越多，我们在日常生活中也常常会遇到这样的例子，如阳光照射到物体表面，表面温度提高，导致内部热量分布的变化。
总的来说，传热传质理论研究促进了我们对自然界和技术领域中热的传递现象的理解和利用。
在应用领域中，我们可以利用传热传质理论来改善燃料和热能的利用效率，研究热意外的难度和危害，甚至在很小尺度的装置制造中，传热传质也扮演了重要的角色。
例如在芯片设计和制造中，通过传热传质理论，可以优化芯片的内部温度分布，提高其性能和寿命。
总结我们在常规热学课程学习中，对于传热传质的概念和原理有所了解，但是传热传质的理论内容并不仅限于此。
在不同应用领域以及不同对象材质中，其传热传质机制和率不尽相同。
传热传质
主讲：魏高升
D dpA NA cAx vx 0 RT dx D dpA 1 1 D dpw vx RT dx cAx cAx RT dx
x截面处水蒸气的物质的量通量密度为 D dpw D dpw D dpw cwx Nw cwx vx RT dx RT dx RT dx cAx 对于理想气体，
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升
（4）通量密度
定义：单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通 过的某组分的物质的数量称为该组分的通量密度。
质量通量密度：
单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通过的某 组分的质量，用Mi 表示，单位为kg/(m2· s) 。
物质的量通量密度（摩尔通量密度）： 单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通过的某 组分的物质的量（摩尔数量），用 N i 表示，单位为 kmol/(m2· s) 。
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升
2. 质扩散的菲克(Fick)定律 在稳态、无整体流动的二元混 合物中，通量密度与浓度梯度成 正比： A M A DAB kg/(m 2 s) x cA N A DAB kmol/(m 2 s) x MA、NA分别为组分A的质量通量密度和物质的量通 量密度。 DAB为质扩散率（分子扩散系数），单位为m2/s，是 物性参数，反映分子扩散能力的大小。其数值取决于混 合物的性质、压力与温度，主要由实验测定。 负号表示扩散方向指向浓度降低的方向。
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传热传质传动量-概述说明以及解释
传热传质传动量-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分:传热、传质和传动量是热力学和流体力学中重要的概念，它们在各种工程领域都具有广泛的应用。
传热是指热量在物体之间传递的过程，其中包括传导、对流和辐射等方式。
传质则是指物质内部和物质之间的组分传递的过程，如气体和液体中的物质扩散。
而传动量是传热和传质的综合概念，描述了在一定时间内传递的热量或物质的数量。
本文将深入探讨传热、传质和传动量的基本概念，介绍它们在工程领域的重要性和计算方法。
通过对这些概念的深入理解，我们可以更好地应用它们解决实际问题，提高工程效率和性能。
同时，本文还将展望未来在传热传质领域的发展趋势，为工程技术的进步提供参考和指导。
1.2 文章结构:本文将首先介绍传热、传质和传动量的基本概念，以便读者对后续内容有基本的了解。
随后，将深入探讨传热在工程领域中的重要性，以及传质对于工程过程的影响。
最后，将详细介绍传动量的计算方法，作为传热传质研究的核心内容。
通过对这三个方面的系统介绍和分析，希望读者能够全面了解传热、传质和传动量之间的关系，以及它们在工程领域中的应用和发展前景。
这将有助于读者更好地理解和应用传热传质的知识，为工程实践提供理论支持。
1.3 目的本文的主要目的是探讨传热、传质以及传动量在工程领域中的重要性和应用。
通过对传热、传质和传动量的基本概念以及计算方法进行介绍，读者能够了解这些概念在不同领域中的应用和作用。
同时，结合工程实践和未来发展展望，我们希望能够启发读者对传热传质传动量领域的更深入研究，为工程技术的发展和进步贡献力量。
通过本文的指导，读者将能够更好地理解和应用传热、传质和传动量的相关知识，从而为工程实践提供有益的参考和指导。
2.正文2.1 传热的基本概念传热是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。
在自然界和工程领域中，传热是普遍存在的现象，也是热力学研究的一个重要方面。
热量的传递方式可以通过三种基本方式实现：传导、对流和辐射。
化学工程中的传热与传质研究
化学工程中的传热与传质研究传热与传质是化学工程中至关重要的物理过程。
在化学反应、能源转换和材料处理等领域，传热与传质的研究对于提高工业生产效率、减少能源消耗、改善产品质量具有重要意义。
本文将重点探讨化学工程中的传热与传质研究。
一、传热与传质的基本概念传热是指热量从高温物体传递到低温物体的过程，其方式包括传导、对流和辐射。
传质是指组分从浓度高的相移动到浓度低的相的过程，其方式包括扩散、对流和化学反应。
二、传热与传质的数学模型在化学工程中，传热与传质的数学模型是理解和预测实际过程的重要工具。
以传热为例，最常用的数学模型是热传导方程和对流换热方程。
热传导方程描述了热量在固体中传导的过程，而对流换热方程描述了流体中的对流传热。
类似地，传质的数学模型包括扩散方程和对流传质方程。
扩散方程用于描述物质在流体中的分子扩散过程，而对流传质方程则描述了物质在流体中的对流输运。
三、传热与传质的实验研究方法理论模型的建立是传热与传质研究的基础，然而实验研究仍然是验证理论模型的重要手段。
在化学工程中，常用的传热与传质实验研究方法包括热传导实验和传质实验。
热传导实验通常通过测量物体表面的温度分布来确定热传导的特性。
例如，可以使用热电偶测量固体棒的温度分布，从而得到热传导系数。
传质实验则通过测量物体表面的浓度变化来确定传质的特性。
例如，可以将气体或液体传递到固体上，然后测量固体表面的浓度分布，从而得到扩散系数。
四、传热与传质的应用传热与传质的研究在化学工程中有着广泛的应用。
在化学反应中，传热与传质的过程会影响反应速率和产物分布。
通过研究传热与传质的特性，可以优化反应条件，提高反应效率。
此外，在能源转换领域，传热与传质的研究也至关重要。
例如，在燃烧过程中，燃料的燃烧产生热量需要通过传热才能有效利用。
传热和传质的研究可以帮助改善能源转换效率，减少能源消耗。
在材料处理领域，传热与传质的研究可以改善产品质量和生产效率。
例如，在金属加热处理过程中，对物体表面的传热和传质进行控制可以实现材料的均匀加热和合理的组织结构。
第三章 传热传质问题的分析和计算
3-1
Southwest Petroleum University
(3-37)
86400
Southwest Petroleum University
例 3-4
r r r
(3-32)
r
3-1
Southwest Petroleum University
3-1
r
Southwest Petroleum University
q1 q2 q3 q4
流体滞留薄膜层内的温度分别必须满足
d 2t dt * * 2 ( N A M A c P , A N B M B c P ,B ) 0 dy dy
或
hm h
D
h
a
h cp
Southwest Petroleum University
动量交换与热交换的类比 在质交换中的应用
雷诺类比（动量传输与热量传输）
Cf Nu Cf 或 Nu St Re Pr Re Pr 2 2
当Pr=1时
Nu
Cf 2
Re
C f ---- 摩阻系数
Sh (0.037 Re 0.8 870) Sc 1 / 3
Southwest Petroleum University
例 3-2
(3-36)
Southwest Petroleum University
40.5
Southwest Petroleum University
例 3-3
3-1 3-1
Southwest Petroleum University
三传方程
在有质交换时，对二元混合物的二维稳态层流流动， 当不计流体的体积力和压强梯度，忽略耗散热、化学反应热 以及由于分子扩散而引起的能量传递时，对流传热传质交换 微分方程组应包括： u x u y 连续性方程 0 x y
化工原理中的传热和传质
化工原理中的传热和传质在化工原理中，传热和传质是非常重要的概念。
传热指的是热量从一个物质传递到另一个物质的过程；而传质则是气体、液体或固体中，物质从一个地方传递到另一个地方的过程。
这两个过程在化工领域中被广泛应用，因此对于化学工程师来说，深入了解传热和传质的基本原理是非常必要的。
1. 传热传热是指热量从一个物质传递到另一个物质的过程。
在化工领域中，传热一般分为三种方式：传导、对流和辐射。
1.1 传导传导指的是热量从高温物体传递到低温物体，通过直接接触使两者温度趋于平衡的过程。
这种方式在化工过程中常常用于传热管内的传热，如水中的电加热管，或者是在反应釜中的传热等。
1.2 对流对流是指通过流体的运动来传递热量的过程。
由于流体的运动，热量能够快速地传递到流体中，并在整个流体中进行传递。
在化工过程中，对流传热主要与搅拌、泵送、气体流动等因素有关。
1.3 辐射辐射是指通过电磁波或者红外线等形式传输能量的过程。
在化工过程中，辐射传热一般是指电加热或者激光加热等。
2. 传质传质是指气体、液体或固体中物质从一个地方传递到另一个地方的过程。
在化工工艺中，传质是调控反应速率和反应效果的重要过程，常常被广泛应用于化工反应、物质分离、制药等领域。
2.1 扩散扩散是指在气体、液体和固体中，物质由高浓度处向低浓度处的自然传递。
在化工过程中，扩散是实现气体、液体或固体中物质传质的一种重要途径。
2.2 对流对流是通过流体的运动来传递物质的过程。
由于流体的流动，物质能够在流体中快速传递，这种方式常常被用于化工反应和物质传输领域。
2.3 吸附吸附是指气体或者液体中的分子由于作用力而被吸附到固体颗粒表面上的过程。
吸附作用可强化物质分离、过滤、纯化等化工过程。
3. 总体分析在化工原理中，传热和传质是非常重要的概念。
理解这两个概念对于化学工程师来说，不但有助于提高化工过程的效率，还能够让他们更好地进行化工反应、物质分离和制药等工作。
通过对传热和传质的深入了解，我们可以更好地掌握化工原理及其工程应用，为推动化工行业的创新和发展做出更大的贡献。
传质传热的比较分析【史上最全】
1. 什么是传热？
2. 什么是传质
3. 传热传质的比 较总结
什么是传热?
传热的基本方式
热的传递是由于物体内部或物体之间的 温度不同而引起的。当无外功输入时， 根据热力学第二定律，热总是自动地从 温度较高的部分传给温度较低的部分， 或是温度较高的物体传给温度较低的物 体。 根据传热机理的不同，传热的基本
际浓度所要求的平衡浓度，则传质过程 向相反方向进行，即从B相向A相传递；
PA ③＜若P物A* 质在A相实际浓度等于B相实际
浓度所要求的平衡浓度，则无传质过程 发生体系处于平衡状态。
P ＝ P*
传质与传热
传质即质量传 递，物质由高 浓度向低浓度 方向转移的过 程称为质量传 递，简称传质， 传质过程一般 伴随着传热过 程进行的。
高浓度
低浓度 传质过程推动 力：浓度差
传质与传热
传热即热量传递，凡是有温度差存在 的地方，必然有热的传递，传热是极 为普遍的一种能量传递过程，化工生 产与传热的关系尤为密切。
高温
低温
传热过程的推动力：温度差
f为独立变量数, k为组分数, φ为相 数，“2”是指外界的温度和压力两个 条③件在。一定条件下(如温度、压力)，两 相体系必然有一个平衡关系。
相间传质过程的方向和极 ①若物质限在的一相判中断(A相)实际浓度大
于其在另一相(B相)实际浓度所要求的 平衡浓度，则物质将由A相向B相传递；
PA ②＞物P质A* 在A相实际浓度小于其在B相实
体中的扩散； ②、等分子反向扩散
③、单向扩 散 涡流扩散则是因流体的湍动和旋涡产生质点
位移，使物质由高浓度处转移到低浓度处的 过程。
传质的方式与 历程 （2）均相混合物
传热与传质最全的计算
▪ 蒸发：碱液蒸发、PVC干燥
传热在生产中的应用
▪ 2、化工设备和管道的保温（保冷），以减少热量 （冷量）损失。
▪ 保温：如蒸汽管道、热水管道。 ▪ 保冷：-35℃盐水、7℃水管道 ▪ 3、生产中热能的合理利用，废热回收。 ▪ 废热利用：氯化氢合成热用于溴化锂及采暖、转
化反应热用于溴化锂机组
▪ 研究传热的目的
①、间壁两侧流体为恒温 ②、间壁一侧恒温另一侧为变温
ΔTm并=ΔTm逆主要考虑设备结 构以及操作上的方便
③、间壁两侧均为变温
∵ ΔTm并＜ΔTm逆； φ = K A △Tm
当φ一定时，ΔTm增加，A减小，说明逆流时所需传热面积比并流小
▪1、提高传热速率
▪ 强化传热，减小设备尺寸，节省费用
▪2、降低传热速率
▪ 削弱传热，减少热量损失
传热的基本方式 热的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同而 引起的。当无外功输入时，根据热力学第二定律， 热总是自动地从温度较高的部分传给温度较低的部 分， 或是温度较高的物体传给温度较低的物体。 根 据传热机理的不同，传热的基本方式有热传导、对 流和辐射三种。
φ
dx
T2
δ
x
dT
温度梯度，表示热流方向温度变化的强度，温度梯
dx
度越大，说明热流方向单位长度上的温差越大。
负号 表示热流方向与温度梯度方向相反,热量是沿温度 降低的方向传递.
傅立叶定律解决的问题 ▪ 傅里叶定理是研究传热过程的重要方程， ▪ 在工程上 主要解决三个问题： ①计算传热量或热量损失； ②确定面上的温度； ③确定保温层的壁厚。
1
2
对流传热膜系数α的物理意义: 当壁面和流体主体温度 差为1K时,单位面积的固体壁面上单位时间内以对流传 热方式传递的热量。
传热传质学实验报告
传热传质学实验报告实验目的本实验旨在通过研究传热传质过程，了解不同条件下的传热传质机理和规律，探讨传热传质实验的基本原理和方法。
实验原理传热传质是指物质在温度、浓度或者压力的差异下，在不同物质间或同一物质内进行传递的过程。
传热传质实验主要通过测量传热传质的相关参数，如传热速率、传质速率、传热系数、传质系数等，来研究传热传质机理和规律。
传热传质过程可分为三种基本方式：热传导、对流传热和辐射传热。
传质过程可分为扩散传质、对流传质和化学传质。
本实验将重点研究热传导和对流传热的实验方法和原理。
实验装置本次实验采用以下装置进行实验：1. 热传导实验装置：主要包括热源、导热介质和测温仪器等组成。
通过给导热介质以一定的温度差，通过测量导热介质的温度分布情况，来研究热传导的机理和传热性能。
2. 对流传热实验装置：主要包括加热器、冷却器、循环泵和测温仪器等组成。
通过控制流体的流速和温度差，通过测量流体的温度变化和流速，来研究对流传热的机理和传热性能。
实验步骤1. 热传导实验：- 准备导热介质和测温仪器；- 将温度传感器插入导热介质中，并固定好位置；- 设定热源温度和冷却源温度，并控制温度差；- 开始实验，并记录不同位置的温度数据。
2. 对流传热实验：- 准备加热器、冷却器、循环泵和测温仪器；- 将流体通过加热器和冷却器循环流动；- 设定加热器的温度和冷却器的温度差；- 开始实验，并记录不同位置的温度和流速数据。
实验结果经过实验的操作和数据记录，得到了以下实验结果和分析：1. 热传导实验结果分析：- 根据导热介质中不同位置的温度数据，绘制出温度分布曲线；- 根据实验数据计算出导热系数，并与标准值进行比较；- 分析导热介质的导热性能和传热机理。
2. 对流传热实验结果分析：- 根据流体不同位置的温度和流速数据，绘制出温度和流速分布曲线；- 根据实验数据计算出传热系数，并与标准值进行比较；- 分析流体的流动状态、传热性能和传热机理。
化学反应器设计中的传热传质分析
化学反应器设计中的传热传质分析化学反应器是化学工业中最重要的装置之一，用于合成和分解化学物质。
化学反应器的设计和操作对产品质量和生产成本至关重要。
其中，传热传质是反应器设计的一项重要考虑因素。
本文将介绍化学反应器设计中的传热传质分析。
一、传热传质基础传热传质是指物质间的热量和质量传递过程。
在化学反应器中，传热传质的效率决定着反应器的热量平衡和反应物的转化率。
在传热传质过程中，有五种基本的方式：对流传热传质、辐射传热传质、传导传热传质、扩散传质和对流传质。
在化学反应器中，主要使用对流传热传质和传导传热传质。
对流传热传质是指由于热量的差异，产生流体的运动和混合，从而使热量和质量得以传递。
传导传热传质是指热量沿着固体表面或物料内部由高温区向低温区传递。
二、传热传质计算为了确定化学反应器的传热传质效率，必须进行传热传质计算。
传热传质计算主要包括：汉德公式计算、Nusselt数计算、雷诺数的估算、Prandtl数的评估、基于传输理论的计算和有限元方法。
汉德公式计算是应用于传送实现强迫对流传热传质过程的公式。
Nusselt数计算是一种通用的方法，用于估算传送强迫对流过程的比率。
雷诺数和Prandtl数是流体力学参数，用于描述传导自然对流传热传质。
基于传输理论的计算是一种常用的方法，它基于传输模型对传热传质进行计算。
有限元方法是一种更加复杂的计算方法，可以模拟传热传质过程中材料的变化。
三、传热传质分析在反应器设计中的应用在化学反应器设计中，传热传质分析具有重要意义。
可以通过传热传质分析，优化反应器的设计，提高传热传质效率，减少能源消耗和环境污染。
反应器设计的传热传质分析需要考虑以下因素：反应器的几何形状、操作条件、反应物质的物理属性、反应物质的化学反应机理。
通过对这些因素的分析，可以确定反应器的传热传质模型和优化设计方案。
例如，改善反应器的流体混合效果，增加金属导热管的数量和相应的位置，改变反应器的流动性质，颗粒物相互碰撞的位置和速度等。
传热传质学PDF课件
tw = 40 D C ，保温层外 h = 30W/(m 2 ⋅ K) 。罐及夹
层钢板的壁厚可略而不计。 求：对 10 个球罐所必须配备的制冷设备的容量。 变截面、变导热系数问题 2－27、已知：某平板厚 25mm，两侧面分别维持在 40 C 及 85 C ，Φ = 1.82kW ，导
o o
热面积为 0.2m 。 求： （1） λ = ? （2） 设 λ = λo (1 + bt ) 变化 （其中 t 为局部温度） 。 为了确定上述温度范围内的 λ0 及 b 值，还需要补充什么量？给出此时确定 λ0 及 b 值的计算式。
失要用掉多少千克煤？ 对流 1-9、已知：在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管 壁平均温度 tw =69 C ，空气温度 t f =20 C ，管子外径 d =14mm，加热段长 80mm，输入加 热段的功率为 8.5W。全部热量通过对流换热传给空气。 求：此时的对流换热表面传热系数为多大？ 1-11、已知：一长、宽各为 10mm 等温集成电路芯片安装在一块底板上，温度为 20 C
2
ρ b 2 (3λ Ac ) 。
2
， x = 0 及 x = δ 处流体 t f 1 、t f 2 ，表面 h1 、 h2 。 2－38、已知：大平板厚 δ ，内热源 Φ
求： 平板中温度分布的解析表达式， 并据此得出平板中温度最高点的位置。 对于 h1 = h2 、
t f 1 = t f 2 及 h1 = h2 、 t f 1 > t f 2 的情形定性地画出平板中的温度分布曲线。
1-5、已知：热水瓶瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成 真空，内胆外壁及外胆内壁涂了发射率很低的（约 0.05）的银。 求：试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处 的密封性，这会影响保温效果吗？ 导热 1-6 、已知：一砖墙的表面积为 12 m ，厚为 260mm ，平均导热系数为 1.5W/(m ⋅ K)。设面向室内表面温度为 25 C ，而外表面温度为-5 C 。
传热传质学知识点总结
传热传质学知识点总结传热传质学是工程热力学的重要分支，研究能量与物质在不同物体之间的传递规律和过程。
在工程实践中，传热传质学的理论知识对于热交换设备、能源系统的设计与运行具有重要意义。
为了更好地掌握传热传质学的知识，下面将对传热传质学中的一些重要概念、定律和计算方法进行总结。
一、传热传质的基本概念1. 传热传质的基本定义：传热传质是指物质内部或不同物质之间由于温度或浓度差异而发生的能量和物质的传递过程。
传热传质的基本特征：（1）传热传质是一种自发的过程，其方向取决于传递物质的热力学性质和温差、浓度差等驱动力；（2）传热传质是一个耗散过程，其过程中会伴随一定的能量损失；（3）传热传质不是一个孤立的过程，其通常会与其他工程过程密切相关。
2. 传热传质的基本方式：传热传质主要有三种基本方式：传导、对流和辐射。
（1）传导：传导是指物质内部不同位置之间由于温度差异而发生的热量传递过程。
传导是通过分子或原子的碰撞和振动来传递热量的，其传热速度与温度梯度成正比。
（2）对流：对流是指在流体中由于温度差异而产生的流动导致的热量传递过程。
对流传热通常包括自然对流和强制对流两种方式。
（3）辐射：辐射是指热能通过电磁波的辐射传递的过程，可以在真空中进行。
辐射传热与物体表面温度的四次方成正比，是温度差异越大，传热速度越快。
二、传热传质的重要定律1. 费尔伯传导定律：费尔伯传导定律是描述传热传导过程中热流密度与温度梯度之间关系的定律。
根据费尔伯传导定律，传导热流密度Q与温度梯度∇T成正比，即Q=-k∇T其中，k为热导率。
2. 牛顿冷却定律：牛顿冷却定律是描述对流传热过程中传热速率与流体速度、温度差、传热面积之间的关系。
根据牛顿冷却定律，Q=hA(Ts-T∞)其中，h为对流换热系数，A为传热面积，Ts为传热面温度，T∞为流体温度。
3. 斯特藩-玻尔兹曼定律：斯特藩-玻尔兹曼定律是描述黑体辐射强度与温度之间的关系。
根据该定律，黑体辐射强度与温度的四次方成正比。
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u uw 0 u uw
u uw 1 u uw
y , t tw 1 t tw
扩散方程 y 0, CA CA,w 0 y , CA CA,w 1
CA, CA,w
CA, CA,w
三个传递方程的边界条件形式完全一样
2020/9/16
80-12
第三章 传热传质的分析和计算
2020/9/16
80-1
内容
3.1 动量、热量和质量传递类比 3.2 对流传质的准则关联式
热量和质量同时进行时的
3.3
热质传递 3.4 对流传质的准则关联式
2020/9/16
80-2
3.1 动量、热量和质量传递类比 3.1.1 三种传递现象的速率描述及其之间的雷同关系
2
St Pr 3
JH
Cf 2
对流传质和流体摩阻之间的关系可表示为：
Stm
2
Sc 3
JD
Cf 2
实验证明JH、JD和摩阻系数Cf 有下列关系
JH
JD
1 2Cf
上式适用于平板流等无形状阻力的情况。
2020/9/16
80-19
对于柯尔本类比适用的情况： 对流传热的公式可用于对流传质。
三个性质类似的传递系数中，任意两个 系数的比值均为无量纲量,即
普朗特准则 Pr
a
表示速度分布和温度分布的相互关系， 体现流动和传热之间的相互联系
施密特准则 Sc 表示速度分布和浓度分布的相互关系，
D 体现流体的动量与传质间的联系
刘伊斯准则 Le a Sc 表示温度分布和浓度分布的相互 D Pr 关系，体现传热和传质之间的联系
dA
dy
2020/9/16
80-8
S
t
(
t
)
du dy
eff
du dy
eff : 有效动力粘度系数
qS
(
t
)
dt dy
eff
dt dy
eff : 有效导热系数
mS
(DAB
D ABt
)
dA
dy
DABeff
dA
dy
DABeff : 有效质量扩散系数
通常，充分发展湍流中，湍流传递系数远远大 于分子传递系数。
当Pr=1时 Nu C f Re 2
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80-15
以上关系也可推广到质量传输，建立动量传输 与质量传输之间的雷诺类似律
St m
Sh Re Sc
Cf 2
或
Sh C f Re Sc 2
当Sc=1，即ν=D时 Sh C f Re 2
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80-16
3.1.3.2 柯尔本（Colburn）类比
传热： h St C f Pr2/3
C pu
2
传质：
hm u
St m
Cf 2
Sc 2 / 3
0.6 Pr 60 0.6 Sc 2500
传热因子JH，传质因子JD
JH
h
C pu
Pr 2 / 3
JD
hm u
Sc 2 / 3
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80-18
对流传热和流体摩阻之间的关系，可表示为：
eff t ； eff t ； DABeff Dt
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80-9
•分子传递系数ν, a, DAB：
➢是物性，与温度、压力有关； ➢通常各项同性。
•湍流传递系数νt, at, DABt：
➢不是物性，主要与流体流动有关； ➢通常各项异性。
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80-10
3.1.2 三传方程
普朗特(Prandtl)类比（考虑了层流底层）
hm
Cf /2
u 1 5 C f / 2(Sc 1)
卡门(Karman)类比（考虑了层流底层、过渡层）
hm u
1 5
Cf /2
C f / 2(Sc 1) ln(1 5Sc) / 6
2020/9/16
80-17
契尔顿(Chilton)和柯尔本发表了如下的类似的表达式：
流体系统中：
速度梯度 温度梯度 浓度梯度
动量传递 热量传递 质量传递
2020/9/16
80-3
3.1.1.1 分子传递性质
a 牛顿粘性定律
❖两个作直线运动的流体层之间的切应力正 比于垂直于运动方向的速度变化率，即:
du
dy
❖对于均质不可压缩流体，上式可改写为：
d (u)
dy
2020/9/16
此为刘伊斯关系式，即热质交换类比律。
气体混合物：通常Le≈1，即a ≈ D。此时，边界层 内温度分布和浓度分布相似。
2020/9/16
80-14
3.1.3 动量交换与热交换的类比在质交换中的应用
3.1.3.1 雷诺(Renold)类比 (Pr=1)
St Nu C f Re Pr 2
或 Nu C f Re Pr 2
连续性方程 u 0
x y
动量方程
u
u x
u y
v
2u y 2
能量方程
u
t x
t y
a
2t y 2
扩散方程
u
C A x
C A y
D
2C A y 2
当ν=a=D时，三个传递方程形式完全一样
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80-11
边界条件为：
动量方程
y 0, u 0 或 u
能量方程
y , u 1 或 u
质量传递：FDΦ' =mA, Φ= ρA, C＝DAB; 能量传递：FDΦ' =q, Φ= ρcpt, C＝a; 动量传递：FDΦ' =τ, Φ= ρu, C＝ν。
2020/9/16
80-7
3.1.1.2 湍流传递性质
湍流切应力
t
t
du dy
湍流热流密度
qt
t
dt dy
湍流质量通量密度
m At
DABt
80-4
b 傅立叶定律
❖ 在均匀的各向同性材料内的一维温度场中，通 过导热方式传递的热量通量密度为：
q dt
dy
❖对于恒定热容量的流体，上式可改写为：
q d (9/16
80-5
c 斐克(Fick)定律
❖ 在无总体流动或静止的双组分混合物中，若组分A的 质量分数(或质量份额)aA的分布为一维的，则通过分 子扩散传递的组分A的质量通量密度为：
mA
DAB
daA dy
DAB: 组分A在组分B中的扩散系数，m2/s;
❖对于混合物密度为常数的情况，上式可改写为：
mA
D AB
d A
dy
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80-6
统一公式: FD' C d
FDΦ' : Φ'的通量密度；
dy
dΦ/dy: Φ的变化率；
Φ：单位体积的某种量；
C: 比例常数(扩散系数)。
2020/9/16
80-13
对流换热的准则关联式为： Nu f (Re, Pr)
类似的，对流体沿平面流动或管内流动时质交换的
准则关联式为：
Sh f (Re,Sc)
hml f ul , D D
Re给定条件下，Le=1时，有：Sh Nu
即 hml h l
D
hm
hD
ha
h cp
h
c p