化工原理 传热 整理ppt课件
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《化工原理》第4章 传热.ppt
由于在热流方向上Q、、A均为常量，故分离变量后积分，
得
t2 dt Q
dx
t1
A 0
t2
t1
Q A
Q A(t1 t2 )
Q t1 t2 t
/ A R
通常式（4-8）也可以表示为
q Q t1 t2
A /
（4-7） （4-8）
（4-9）
12
第4章 传热
2.多层平壁稳定热传导
5
第4章 传热
1.内管 2.外管 图4-l 套管换热器中的换热
6
第4章 传热
在换热器中，热量传递的快慢可用以下指标来表示。 （1）传热速率Q(又称热流量)：指单位时间内通过传热面的 热量，单位为W。传热速率是换热器本身在一定操作条件下 的换热能力，是换热器本身的特性。 （2）热负荷Q：指换热器中单位时间内冷、热流体间所交换 的热量，单位为W。热负荷是生产要求换热器应具有的换热 能力，设计换热器时通常将传热速率与热负荷在数值上视为 相等。 （3）热通量q（又称热流密度）：指单位时间内通过单位传 热面积所传递的热量，即单位传热面积的传热速率，单位为 W／㎡。
Q A dt
(4-4)
dx
2.导热系数
导热系数在数值上等于单位温度梯度下
通过单位导热面积所传导的热量。故导
热系数是表示物质导热能力大小的一个
参数，是物质的物性。越大，导热越快。
图4-2通过壁面的热传导
10
第4章 传热
4.2.2平壁的稳定热传导
1.单层平壁导热
设有一高度和宽度很大的平壁，
厚度为。假设平壁材料均匀，导
7
第4章 传热
4.1.4 传热速率式
化工生产中经常遇到加热或冷却的传热过程。单位时间内通 过换热器传递的热量与换热面积成正比，且与冷热流体之间 的平均温度差成正比。即有
化工原理传热精品-PPT
化工原理传热精品
主要内容
4、1 概述 4、2 热传导 4、3 对流传热概述 4、4 对流传热系数关联式 4、5 传热过程计算 4、6 辐射传热 4、7 换热器
2
基本要求
了解热传导基本原理,掌握傅立叶定律及平壁、圆筒 壁得热传导计算;
了解对流传热得基本原理、牛顿冷却定律及影响对流 传热得因素;掌握对流传热系数得物理意义和经验关联 式得用法、使用条件及注意事项;
Sm 2rmL
Sm
S2 S1 ln S2 / S1
圆筒壁得 对数平均
半径
rm
r2 r1 ln r2
r1
注:当 r2/r1<2时,可用算术平均值代替对数平均值。 44
2、多层圆筒壁得热传导
假设层与层之 间接触良好,即互 相接触得两表面温 度相同。
图4-12 多层圆筒壁热传导
45
2、 多层圆筒壁得热传导
微分导 热速率
dQ dS t
n
Q与温度 梯度方向
相反
导热系 数
温度梯 度
傅立叶定律表明导热速率与 温度梯度及传热面积成正比,而 热流方向却与温度梯度相反。
Δn ət/ən Q
32
3、 导热系数
dQ dS t
q t
n n
① 在数值上等于单位温度梯度下得热通量,故物质得
越大,导热性能越好。
② 是物质得固有性质,是分子微观运动得宏观表现。
加热剂
适用温度,℃
冷却剂 适用温度,℃
热水 饱和蒸汽 矿物油 联苯混合物 熔盐 烟道气加热剂
40～100 100～180 180～250 255～380(蒸汽) 142～530 ～1000
水 空气 盐水
0～80 >30 0～－15
主要内容
4、1 概述 4、2 热传导 4、3 对流传热概述 4、4 对流传热系数关联式 4、5 传热过程计算 4、6 辐射传热 4、7 换热器
2
基本要求
了解热传导基本原理,掌握傅立叶定律及平壁、圆筒 壁得热传导计算;
了解对流传热得基本原理、牛顿冷却定律及影响对流 传热得因素;掌握对流传热系数得物理意义和经验关联 式得用法、使用条件及注意事项;
Sm 2rmL
Sm
S2 S1 ln S2 / S1
圆筒壁得 对数平均
半径
rm
r2 r1 ln r2
r1
注:当 r2/r1<2时,可用算术平均值代替对数平均值。 44
2、多层圆筒壁得热传导
假设层与层之 间接触良好,即互 相接触得两表面温 度相同。
图4-12 多层圆筒壁热传导
45
2、 多层圆筒壁得热传导
微分导 热速率
dQ dS t
n
Q与温度 梯度方向
相反
导热系 数
温度梯 度
傅立叶定律表明导热速率与 温度梯度及传热面积成正比,而 热流方向却与温度梯度相反。
Δn ət/ən Q
32
3、 导热系数
dQ dS t
q t
n n
① 在数值上等于单位温度梯度下得热通量,故物质得
越大,导热性能越好。
② 是物质得固有性质,是分子微观运动得宏观表现。
加热剂
适用温度,℃
冷却剂 适用温度,℃
热水 饱和蒸汽 矿物油 联苯混合物 熔盐 烟道气加热剂
40～100 100～180 180～250 255～380(蒸汽) 142～530 ～1000
水 空气 盐水
0～80 >30 0～－15
《化工原理传热》课件
稳态传热的分析
稳态传热是指传热过程中温度场和热流量保持不变的情况，本节将分析稳态传热的问题和解决方 法。
非稳态传热的分析
非稳态传热是指传热过程中温度场和热流量随时间变化的情况，本节将分析非稳态传热的特点和 解决方法。
热传导的数值计算方法
热传导的数值计算方法是解决复杂传热问题的重要手段，本节将介绍常用的数值计算方法和软件 工具。
辐射传热原理
辐射传热是热能通过电磁波辐射传递的一种方式，本节将探讨辐射传热的原 理、黑体辐射和辐射传热系数的计算。
热传导方程探讨
热传导方程是描述热传导过程的数学方程，本节将详细讨论热传导方程的推 导和应用。
热传导系数的计算
热传导系数是热传导过程中的重要参数，本节将介绍热传导系数的计算方法， 包括理论计算和实验测定方法。
换热器传热面积的计算
换热器传热面积是换热器设计的重要参数，本节将介绍换热器传热面积的计 算方法和影响因素。
换热器的传热计算方法
换热器的传热计算方法是根据传热原理进行换热器性能评估和设计的重要步 骤，本节将介绍换热器的传热计算方法和案例分析。
热流量计算方法
热流量是换热器传热性能的重要参数，本节将介绍热流量的计算方法，包括计算公式和实际应用。
传热中的传质
在化工过程中，传热与传质密切相关，本节将讨论传热中的传质现象和传质机制。
多相流传热与传质
多相流传热与传质是化工过程中的常见现象，本节将介绍多相流传热与传质 的基本理论和常用计算方法。
流量、温度、传热性能关系的 建模
流量、温度和传热性能之间的关系是化工过程中的重要问题，本节将介绍建 立流量、温度和传热性能关系的建模方法。
传热应用案例分析
通过传热应用案例分析，将应用所学的传热知识解决实际工程问题，提升传热能力和工程实践经 验。
《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。
化工原理第四章传热42PPT课件
⑤流体传热时的相变化 相变会引起与壁面接触处流体的运动形式改变，如加剧搅
动。一般来讲，相变有利于传热。这就是用蒸汽加热的原因之 一。
空气自 气体强 水自然 水强制 水蒸汽 有机蒸 水沸腾 然对流 制对流 对流 对流 冷凝 汽冷凝
5~25 20~100 20~ 1000~ 5000~ 500~ 2500~
d. 普兰特（Prandtl）准数
Pr c p
反映流体物性对对流传热的影响。
气体：小于1接近1 ，液体：大于1 。
e.定性温度 取什么温度查取所需物性： ,,cp,
1、因给热热阻主要集中在层流内层，所以定性温度取平
均膜温
tm
tm
tw t 2
2、广泛使用：t m =流体主体的平均温度
例如：管流：
1000 15000 15000 2000 25000
⑥壁面的形状、排列方式和尺寸 流体流过固体表面的状况对流体的流动有影响，同时影响
热边界的形成和发展。当管长增加时，传热边界层中温度分 布将逐渐变得更为平坦，当通过很长的管长时，温度梯度会 消失，此时传热也就停止了。所以管子的尺寸和形状对α有较 大的影响。管子排列时：错列的a高于直列
况进行换热）。
②流体的对流状态：强制对流自然对流时a为大。 a
t
③流体的物理性质
如导热系数、热容、膨胀系数、密度和粘度等，其中导
热系数、热容、密度、膨胀系数增大对传热有利；而粘度大，
则滞流层厚，对流传热系数变小。
④传热的温度 温度对流体的物理性质有显著的影响。因此，壁面和流
体的温度以及两者的温度差对给热系数有间接但是明显的影 响。如粘度随温度的升高而降低，在其他条件不变的情况下， 热边界层减薄，有利于传热 。因此在使用物理参数时，要考 虑温度。
动。一般来讲，相变有利于传热。这就是用蒸汽加热的原因之 一。
空气自 气体强 水自然 水强制 水蒸汽 有机蒸 水沸腾 然对流 制对流 对流 对流 冷凝 汽冷凝
5~25 20~100 20~ 1000~ 5000~ 500~ 2500~
d. 普兰特（Prandtl）准数
Pr c p
反映流体物性对对流传热的影响。
气体：小于1接近1 ，液体：大于1 。
e.定性温度 取什么温度查取所需物性： ,,cp,
1、因给热热阻主要集中在层流内层，所以定性温度取平
均膜温
tm
tm
tw t 2
2、广泛使用：t m =流体主体的平均温度
例如：管流：
1000 15000 15000 2000 25000
⑥壁面的形状、排列方式和尺寸 流体流过固体表面的状况对流体的流动有影响，同时影响
热边界的形成和发展。当管长增加时，传热边界层中温度分 布将逐渐变得更为平坦，当通过很长的管长时，温度梯度会 消失，此时传热也就停止了。所以管子的尺寸和形状对α有较 大的影响。管子排列时：错列的a高于直列
况进行换热）。
②流体的对流状态：强制对流自然对流时a为大。 a
t
③流体的物理性质
如导热系数、热容、膨胀系数、密度和粘度等，其中导
热系数、热容、密度、膨胀系数增大对传热有利；而粘度大，
则滞流层厚，对流传热系数变小。
④传热的温度 温度对流体的物理性质有显著的影响。因此，壁面和流
体的温度以及两者的温度差对给热系数有间接但是明显的影 响。如粘度随温度的升高而降低，在其他条件不变的情况下， 热边界层减薄，有利于传热 。因此在使用物理参数时，要考 虑温度。
新版化工原理-6章传热-总结学习课件.ppt
0901
6
二、传热的基本方式 1、热传导
物体中的分子或质点不发生宏观位移。
2、对流给热
流体中质点的位移和混合而引起的热量传递过程。
特点：
流体中质点有相对的宏观位移 仅发生在液体和气体中
3、热辐射
热辐射是以电磁波的形式发射的一种辐射能，辐射能被 物体全部或部分的吸收而变为热能。
0901
7
第二节 热传导 6.2.1 傅里叶(Fourier)定律和热导率
热Φ 流 体
Tw
Φ
冷 流 体
tW
t
流体通过间壁的热交换
0901
16
二、因次分析法获得的对流给热系数
l
f
(lu
, cp
,
l
3
2 g 2
t
)
可表示成
Nu = ARea PrbGrc 式（6-36）
或 Nu = f(Re,Pr,Gr)
0901
17
6.3.3 无相变的对流给热系数的经验关联式
Q
t
Δt R
=
推动力 阻力
式（6-10）
λA
t1
t2
dx
A
t1 > t2
x
q Q t A
式（6-9）
其中: R 导体的热阻K/W
λA
平壁内温度沿壁厚呈直线关系（λ为常数）
0901
10
二、多层平壁的稳态热传导
t δ1 δ2 δ3
1 2 3
t1 t2 t2t3
0901
2. 选择冷却介质的出口温度。
为求得传热系数K, 须计算两侧的给热系数α, 故设计者必须决定：
化工原理 传热 完整ppt课件
─热导率或导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。
精选
18
3、热导率
QAddxtAQdt
dx
(1) 为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)
物质的越大，导热性能越好
(2) 是分子微观运动的宏观表现
= f(结构,组成,密度,温度,压力）
(3) 各种物质的导热系数
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
传热
精选
1
第一节 概述
一、传热过程在化工生产中的应用
加热或冷却 换热/能量回用 保温
强化传热过程 削弱传热过程
精选
2
能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！
余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
流 体
间壁
流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有
流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程
称为对流传热。
精选
12
精选
13
6、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热 管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算 时使用平均温度差，以 t m 表示。经验指出，在稳 态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体 的温度差 t m 成正比。即得传热速率方程式为：
QKAtm1/tKmA总总 传热 热阻 推动力
式中 K ── 总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q ── 传热速率，W或J/s；
A ── 总传热面积，m2；
tm ── 两流体的平均精选温差，℃或K。
14
精选
18
3、热导率
QAddxtAQdt
dx
(1) 为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)
物质的越大，导热性能越好
(2) 是分子微观运动的宏观表现
= f(结构,组成,密度,温度,压力）
(3) 各种物质的导热系数
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
传热
精选
1
第一节 概述
一、传热过程在化工生产中的应用
加热或冷却 换热/能量回用 保温
强化传热过程 削弱传热过程
精选
2
能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！
余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
流 体
间壁
流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有
流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程
称为对流传热。
精选
12
精选
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6、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热 管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算 时使用平均温度差，以 t m 表示。经验指出，在稳 态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体 的温度差 t m 成正比。即得传热速率方程式为：
QKAtm1/tKmA总总 传热 热阻 推动力
式中 K ── 总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q ── 传热速率，W或J/s；
A ── 总传热面积，m2；
tm ── 两流体的平均精选温差，℃或K。
14
化工原理课件.传热11
一、傅立叶定律和导热系数
t q n
说明：
t 1、 q n
2、“-”表示热流方向与温度梯度方向相反，即热量从高 温传至低温。 2、 —导热系数，是表征材料导热性能的一个参数， 导热性能增加。
3. 传热
3.2.1 傅立叶定律和导热系数
二、导热系数 1）定义：当物体传热面积为1m2，传热的两侧面 （等温面）间的温度差为1k，传热壁厚为1m时，单 位时间内所传递的热量（单位为 J），是物质的物理 性质之一。 金属的导热系数最大， 2、的数量级（w/m.℃） 非金属的固体次之， 流体的较小， 气体的最小。 金属：10~102；建筑材料： 10-1~10； 绝热材料： 10-2~10-1；液体： 10-1~10；气体： 10-2~10-1
3. 传热
3.1.1 概述
在选择载热体时应考虑的几个方面： ①载热体的温度应易于调节； ②载热体的饱和蒸气压宜低，加热时不会分解； ③载热体毒性要小，使用安全，对设备应基本上没 有腐蚀； ④载热体应价格低廉而且容易得到。 t<180℃，最适宜加热剂—饱和蒸汽 综合而言 t不很低时，最适宜加热剂—水
例3-2 解： 已知1、 2、 3及1、 2、 3， 求q及t2、t 3 t1 t 4 930 55 q 1 2 3 0.225 0.125 0.225 1.4 0.15 0.8 1 2 3
875 686 .4 w / m 2 0.1607 0.833 0.281 t1 1 q t1 q 686.4 0.1607 110.3℃ 110 ℃
3. 传热
3.2.4 通过多层壁的定态导热过程
Q t1 t 2
1 1 A
t 2 t3
t q n
说明：
t 1、 q n
2、“-”表示热流方向与温度梯度方向相反，即热量从高 温传至低温。 2、 —导热系数，是表征材料导热性能的一个参数， 导热性能增加。
3. 传热
3.2.1 傅立叶定律和导热系数
二、导热系数 1）定义：当物体传热面积为1m2，传热的两侧面 （等温面）间的温度差为1k，传热壁厚为1m时，单 位时间内所传递的热量（单位为 J），是物质的物理 性质之一。 金属的导热系数最大， 2、的数量级（w/m.℃） 非金属的固体次之， 流体的较小， 气体的最小。 金属：10~102；建筑材料： 10-1~10； 绝热材料： 10-2~10-1；液体： 10-1~10；气体： 10-2~10-1
3. 传热
3.1.1 概述
在选择载热体时应考虑的几个方面： ①载热体的温度应易于调节； ②载热体的饱和蒸气压宜低，加热时不会分解； ③载热体毒性要小，使用安全，对设备应基本上没 有腐蚀； ④载热体应价格低廉而且容易得到。 t<180℃，最适宜加热剂—饱和蒸汽 综合而言 t不很低时，最适宜加热剂—水
例3-2 解： 已知1、 2、 3及1、 2、 3， 求q及t2、t 3 t1 t 4 930 55 q 1 2 3 0.225 0.125 0.225 1.4 0.15 0.8 1 2 3
875 686 .4 w / m 2 0.1607 0.833 0.281 t1 1 q t1 q 686.4 0.1607 110.3℃ 110 ℃
3. 传热
3.2.4 通过多层壁的定态导热过程
Q t1 t 2
1 1 A
t 2 t3
化工原理--传热 ppt课件
• 气体的λ很小，有利于保温；气体的λ随温度升高而增大；
• 一般情况下，气体的λ与压力无关； 导热系数大致范围：
金属：2.3~420 W/m.K； 建筑材料： 0.25~3 W/m.K；
绝缘材料： 0.025~0.25 W/m.K； 液体： 0.09~0.6 W/m.K；
ppt课件
15
气体：0.006~0.4 W/m.K
稳态温度场： tf(x ,y ,z)
•等温面：温度相同的点组成的面，等温面彼此不相交。
2. 温度梯度
lim t t •温度梯度的方向垂直于等 n0 n n 温面，以温度增加方向为正。
3. 傅立叶定律--热传导的基本定律 •单位实际时间内传导的热量与温度梯度和导热面积成正比。
dQ ldA t
n
传热方向与温度梯度方p向pt课相件 反
• 利用余热，以降低能耗；
•绝热
醋酸乙烯气体
冷油
冷凝器
冷凝器
醋酸气体 加热器
乙炔气体
反
精
精醋酸
应
粗醋酸 馏
乙烯液
器
乙烯液体 塔
体产品
200℃
150℃
热油
ppt课件
9
2. 传热的三种基本方式
一、热传导（conduction)
• 依靠物体中微观粒子的热运动而传热；
• 特点：物体内部无宏观运动，靠物体各部分的直接接触产 生热量传递；
稳定导热时，通过各层热量相等：
Q
l1A
t1 t 2 b1
t1 b1
t1 R1
l1A
l2A
t2 t3 b2
t2 b2
t2 R2
l2A
l3A
t3 t4 b3
化工原理第四章传热-PPT课件
L
根据傅立叶定律，对此薄圆筒层可写出传导的热量为
dt dt Q A 2 rL dr dr
边界条件 得：
r 2 r 1
r r 时 ， t t 1 1
t2 t 1
r r 时 ， t t 2 2
d r r l d t Q 2
2 l ( t t2) 2 l ( t t2) 1 1 Q r 1 r 2 2 l n l n r r 1 1
热对流(convection);
热辐射(radiation)。
1、热传导 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果
固体 导电体：自由电子在晶格间的运动
非导电体：通过晶格结构的振动实现
液体 机理复杂
特点：静止介质中的传热，没有物质的宏观位移
2、热对流
流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热 对流。热对流仅发生在流体中。
的x轴方向变化，故等温面皆为垂 直于x轴的平行平面。
平壁侧面的温度t1及t2恒定。Fra biblioteko b
x
取dx的薄层，作热量衡算：
傅立叶定律： 边界条件为：
dt Q A dx
x 0 时 ， t t 1
得：
x b 时， t t 2
b
0
Q d x
t2
t1
A d t
t1 t2 Q A (t1 t2) 不随t而变 b b 式中 Q ── 热流量或传热速率，W或J/s； A
4.2 热传导
一、 傅立叶定律
1 温度场和温度梯度 温度场(temperature field)：某一瞬间空间中各点的温度
分布，称为温度场.
物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即
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二、传热的三种基本方式
1、热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分， 或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又 称导热。 特点：没有物质的宏观位移
➢ 气体 ➢ 固体
➢ 液体
分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 导电体：自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格结构的振动来实现的 机理复杂
传递的热量，单位 J/s或W
热流密度q：热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热
量，单位 J/(s.m2)或W/m2
q Q A
式中，A──总传热面积，m2。 4、稳态传热与非稳态传热
非稳态传热 Q ,q ,t fx ,y ,z ,
稳态传热 Q ,q ,t fx ,y ,z t 0
.
5、两流体通过间壁的传热过程
在计算时应取最高温度t1下的1与最低温度t2下的2的算术 平均值，或由平均温度t=(t1+t2)/2求出值。
.
1、固体热导率 金属材料 10～102 W/(m•K) 建筑材料 10-1～10 W/(m•K) 绝热材料 10-2～10-1 W/(m•K) 在一定温度范围内：
0(1a)t
对大多数金属材料a < 0 ，t 对大多数非金属材料a > 0 ， t
t1
T1
D0
d
i
T2
t2
外传热面积： S dL
o
o
内传热面积： S dL
i
i
平均传热面积：S d L
m
m
.
.
2、热载体及其选择
加热剂：热水、饱和水蒸气 矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等 用电加热
直接热源
加 热 剂
间接热源
烟道气
温度高、经济、温度不易控制、 加热不均匀、带有明火及灰尘
电加热
温度高、加热均匀、易控制、 清洁卫生、成本高
.
2、对流 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。 ✓自然对流 ✓强制对流
3、热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。 能量转移、能量形式的转化 不需要任何物质作媒介 Ea∝T4
三种传热方式一般不单独存在.，往往相互伴随，同时出现。
.
三、两流体通过间壁换热与传热速率方程式 1、间壁式换热器
传热
.
第一节 概述
一、传热过程在化工生产中的应用
加热或冷却 换热/能量回用 保温 强化传热过程 削弱传热过程
.
能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！
余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
.
3、热导率
QAddxtAQdt
dx
(1) 为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)
物质的越大，导热性能越好
(2) 是分子微观运动的宏观表现
= f(结构,组成,密度,温度,压力）
(3) 各种物质的导热系数
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
在热传导过程中，因物质各处温度不同， 也就不同，所以
.
.
6、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热 管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算 时使用平均温度差，以 t m 表示。经验指出，在稳 态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体 的温度差 t m 成正比。即得传热速率方程式为：
QKAtm1/tKmA总总 传热 热阻 推动力
方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正
一维稳定热传导 dt/ dx
.
2、傅立叶定律
Q A dt
dx
式中 Q ─ 热传导速率，W或J/s； A ─ 导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
dt/dx ─ 为沿x方向的温度梯度，℃/m或K/m；
─热导率或导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。
.
不稳定温度场 tfx,y,z,
稳定温度场
tfx,y,z
t 0
等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的
点组成的面。
等温面
t1 t2
✓等温面互不相交 ✓等温面上没有热量传递
Q
t1>t2
.
(2)温度梯度
grat dlimt t n0n n
t-t
t
t+t
Q
dA n
温度梯度是一个点的概念。
温度梯度是一个向量。
Q b A(t1 t2)
或
Q
t1
t2 b
t R
传热推动力 热阻
A
q
Q A
b
(t1
t2 )
.
例:平壁A=20m2，b=0.37m，t1=1650oC，t2=300oC，材料导热系
b t
A
假设：
✓ 材料均匀，为常数；
✓ 一维温度场，t沿x变化； ✓ A/b很大，忽略端损失。
t1
Qx
t Qx+dx
2
dx
边界条件： x=0时，t=t1; x=b时，t=t2
x
.
由假设可知：为稳态一维热传导，根据傅里叶定律
Q A dt
dx
分离变量后积分
t2 dt Q
b
dx
t1
A 0
பைடு நூலகம்
得导热速率方程式
(1)热流 体Q 1(对 流 )管壁内侧
T1
t2
(2)管壁内侧 Q2( 热 传 导 )管壁外侧
Q 对流 导热 对流
(3)管壁 外 Q 3( 对 侧 )流 冷流体
热
流 体
T2
冷 稳态传热： Q 1Q2Q3Q
t1
流 体
间壁
流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有 流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程 称为对流传热。
.
2、液体热导率 0.09～0.6 W/(m·K) 金属液体较高，非金属液体低； 非金属液体水的最大； 水和甘油：t ， 其它液体：t ，
3、气体热导率 0.006～0.4 W/(m·K) t ， 一般情况下，随p的变化可忽略； 气体不利于导热，有利于保温或隔热。
.
4、平壁的稳态热传导
(1)单层平壁的稳态热传导
式中 K ── 总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q ── 传热速率，W或J/s； A ── 总传热面积，m2；
tm ── 两流体的平均. 温差，℃或K。
第二节 热传导
1、有关热传导的基本概念
(1)温度场和等温面 温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。
tfx,y,z,
式中 t─某点的温度，℃； x,y,z─某点的坐标； ─时间。
高温载热体 熔盐混合物
水蒸汽
.
最广的热源、加热均匀、 温度高时压力过大、不安全
冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等
常 空气、水 冷却温度≥5oC
用
冷 却
盐水溶液 NaCl、CaCl2等；冷却温度0～ - 45oC
剂
有机物 乙醇、乙二醇、丙醇等；冷却温度要求更低
.
3、传热速率与热流密度 传热速率Q：热流量，单位时间内通过换热器的整个传热面
二、传热的三种基本方式
1、热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分， 或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又 称导热。 特点：没有物质的宏观位移
➢ 气体 ➢ 固体
➢ 液体
分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 导电体：自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格结构的振动来实现的 机理复杂
传递的热量，单位 J/s或W
热流密度q：热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热
量，单位 J/(s.m2)或W/m2
q Q A
式中，A──总传热面积，m2。 4、稳态传热与非稳态传热
非稳态传热 Q ,q ,t fx ,y ,z ,
稳态传热 Q ,q ,t fx ,y ,z t 0
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5、两流体通过间壁的传热过程
在计算时应取最高温度t1下的1与最低温度t2下的2的算术 平均值，或由平均温度t=(t1+t2)/2求出值。
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1、固体热导率 金属材料 10～102 W/(m•K) 建筑材料 10-1～10 W/(m•K) 绝热材料 10-2～10-1 W/(m•K) 在一定温度范围内：
0(1a)t
对大多数金属材料a < 0 ，t 对大多数非金属材料a > 0 ， t
t1
T1
D0
d
i
T2
t2
外传热面积： S dL
o
o
内传热面积： S dL
i
i
平均传热面积：S d L
m
m
.
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2、热载体及其选择
加热剂：热水、饱和水蒸气 矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等 用电加热
直接热源
加 热 剂
间接热源
烟道气
温度高、经济、温度不易控制、 加热不均匀、带有明火及灰尘
电加热
温度高、加热均匀、易控制、 清洁卫生、成本高
.
2、对流 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。 ✓自然对流 ✓强制对流
3、热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。 能量转移、能量形式的转化 不需要任何物质作媒介 Ea∝T4
三种传热方式一般不单独存在.，往往相互伴随，同时出现。
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三、两流体通过间壁换热与传热速率方程式 1、间壁式换热器
传热
.
第一节 概述
一、传热过程在化工生产中的应用
加热或冷却 换热/能量回用 保温 强化传热过程 削弱传热过程
.
能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！
余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
.
3、热导率
QAddxtAQdt
dx
(1) 为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)
物质的越大，导热性能越好
(2) 是分子微观运动的宏观表现
= f(结构,组成,密度,温度,压力）
(3) 各种物质的导热系数
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
在热传导过程中，因物质各处温度不同， 也就不同，所以
.
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6、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热 管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算 时使用平均温度差，以 t m 表示。经验指出，在稳 态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体 的温度差 t m 成正比。即得传热速率方程式为：
QKAtm1/tKmA总总 传热 热阻 推动力
方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正
一维稳定热传导 dt/ dx
.
2、傅立叶定律
Q A dt
dx
式中 Q ─ 热传导速率，W或J/s； A ─ 导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
dt/dx ─ 为沿x方向的温度梯度，℃/m或K/m；
─热导率或导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。
.
不稳定温度场 tfx,y,z,
稳定温度场
tfx,y,z
t 0
等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的
点组成的面。
等温面
t1 t2
✓等温面互不相交 ✓等温面上没有热量传递
Q
t1>t2
.
(2)温度梯度
grat dlimt t n0n n
t-t
t
t+t
Q
dA n
温度梯度是一个点的概念。
温度梯度是一个向量。
Q b A(t1 t2)
或
Q
t1
t2 b
t R
传热推动力 热阻
A
q
Q A
b
(t1
t2 )
.
例:平壁A=20m2，b=0.37m，t1=1650oC，t2=300oC，材料导热系
b t
A
假设：
✓ 材料均匀，为常数；
✓ 一维温度场，t沿x变化； ✓ A/b很大，忽略端损失。
t1
Qx
t Qx+dx
2
dx
边界条件： x=0时，t=t1; x=b时，t=t2
x
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由假设可知：为稳态一维热传导，根据傅里叶定律
Q A dt
dx
分离变量后积分
t2 dt Q
b
dx
t1
A 0
பைடு நூலகம்
得导热速率方程式
(1)热流 体Q 1(对 流 )管壁内侧
T1
t2
(2)管壁内侧 Q2( 热 传 导 )管壁外侧
Q 对流 导热 对流
(3)管壁 外 Q 3( 对 侧 )流 冷流体
热
流 体
T2
冷 稳态传热： Q 1Q2Q3Q
t1
流 体
间壁
流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有 流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程 称为对流传热。
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2、液体热导率 0.09～0.6 W/(m·K) 金属液体较高，非金属液体低； 非金属液体水的最大； 水和甘油：t ， 其它液体：t ，
3、气体热导率 0.006～0.4 W/(m·K) t ， 一般情况下，随p的变化可忽略； 气体不利于导热，有利于保温或隔热。
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4、平壁的稳态热传导
(1)单层平壁的稳态热传导
式中 K ── 总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q ── 传热速率，W或J/s； A ── 总传热面积，m2；
tm ── 两流体的平均. 温差，℃或K。
第二节 热传导
1、有关热传导的基本概念
(1)温度场和等温面 温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。
tfx,y,z,
式中 t─某点的温度，℃； x,y,z─某点的坐标； ─时间。
高温载热体 熔盐混合物
水蒸汽
.
最广的热源、加热均匀、 温度高时压力过大、不安全
冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等
常 空气、水 冷却温度≥5oC
用
冷 却
盐水溶液 NaCl、CaCl2等；冷却温度0～ - 45oC
剂
有机物 乙醇、乙二醇、丙醇等；冷却温度要求更低
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3、传热速率与热流密度 传热速率Q：热流量，单位时间内通过换热器的整个传热面