传热过程中基本问题与传热机理
热传递热量通过流体的对流传递
热传递热量通过流体的对流传递热量传递是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。
传热的方式有三种：传导、对流和辐射。
在介绍流体的对流传热之前，先了解一下传热的基本知识。
一、热传递的基本原理热传递是能量的传递方式，能量从高温物体到低温物体传递，使两者达到热平衡。
热传递的方式有传导、对流和辐射三种。
（一）传导传导是指通过物质内部的分子热振动传递热量的过程。
热量沿温度梯度从高温区域传递到低温区域。
传导率取决于物质的导热性质和温度梯度。
常见的固体和液体都能够传导热量。
（二）对流对流是指通过物体表面上的流体（比如液体或气体）的运动传递热量的过程。
对流分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指在温差的驱动下，流体由于密度的差异而形成的运动。
比如，加热后的空气密度减小，上升形成对流。
强制对流是指通过外部力（如风或泵）使流体运动，从而传递热量。
强制对流可以通过风扇或泵等设备来搅动流体，加速热量传递。
（三）辐射辐射是指通过电磁波将热量从发光物体传递到其他物体的过程。
辐射可以在真空中传递，无需介质传递。
常见的辐射形式有电磁波、红外线和可见光等。
二、流体的对流传热流体的对流传热是指通过流动的流体传递热量的过程。
流体的对流传热包括自然对流和强制对流。
（一）自然对流传热自然对流传热是指在温差作用下，流体通过密度的差异而产生的运动，从而传递热量。
自然对流传热的机理是流体受热后密度下降，体积膨胀，从而使流体向上运动。
同时，冷却后的流体密度增加，使流体向下运动。
形成这种循环运动的力称为浮力。
自然对流传热最常见的例子就是热气球。
在热气球中，空气被加热后变得轻，从而使热气球得以上升。
（二）强制对流传热强制对流传热是通过外部力（如风或泵）使流体运动，从而传递热量。
强制对流传热的机理是外部力搅动流体，使流体中的高温部分与低温部分混合，加速热量的传递。
在实际工程中，强制对流传热是非常常见的应用。
比如，利用风扇将空气吹向加热元件，加速热量传递。
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。
传热计算
1 3
设 计 型 计 算 问 题
• 流向选择（并流或逆流） • t2（冷却水出口温度）的选择 • 流速选择
换 热 器
经济权衡
1 4
– 流速 ↑ → α↑K↑ A↓ → 设备费↓ – 流速 ↑ → ∆p↑ Ne↑ → 操作费↑
设 计 参 数 选 择
• 流程选择
– 腐蚀性流体走管程，可以降低对壳程材料的要求，减少 耐腐蚀金属的消耗； – 压力高的流体一般走管程，以节省壳程金属消耗； – 不清洁或易结垢的流体走管程，以便清扫污垢； – 有毒件流体走管程，以减少泄漏机会； – 饱和蒸汽走壳程，因其给热系数与流速无关，且冷凝液 容易排出； – 流量小或粘度大的流体走壳程，可以得到较高的结热系 数和较低的压力降。
• 提法：给定冷却介质及其其温度，要求将某流体ms2 由温度T1冷却到T2 ，计算所需换热面积等结构尺寸。 • 换热器设计计算步骤 – 用热量衡算方程计算传热量(传热速率)，有时考 虑热损失 – 选定流体走向及冷却介质出口温度，计算∆tm – 参考经验数据，预先估计一个传热系数K – 由初算所需传热面积A，选取定型传热设备或进 行结构设计(确定管子尺寸、壳体尺寸、管程数 壳程数、挡板等) – 根据上面确定的设备结构尺寸及工艺条件核算传 热系数K，如果计算的K值比初估K值小，或比初 估值大很多(安全系数一般应小于10％)，则需重 新估算，重复上面几步计算。 – 校核管程及壳程的流动阻力，使其不超过允许数 值，为选择流体输送机械提供数据。
A= Q K ∆t m
根据计算得出的 A 和选定的流动方式选出适合的换热器
对流传热系数
•无相变 管内流动和管外流动 层流与湍流 •有相变：冷凝、沸腾
设备设计
•设备选型 列管：最常用 套管：结构简单、耐压 蛇管：沉浸加热 螺旋板：结构紧凑，K大 夹套：反应控温 •换热面积计算 •介质消耗量
化工原理第三章传热
Q S
Kt m
t m
1/ K
(1-3)
传 热 速 率
传热温度差（推动力） 热阻（阻力）
式中：△tm──传热过程的推动力， ℃ 1/K ──传热总阻力（热阻），m2 ·℃/W
两点说明：
➢ 单位传热面积的传热速率(热通量)正比于推动力，反比于 热阻。因此，提高换热器的传热速率的途径是提高传热推
动力和降低热阻。
三、 换热器类型
换热器：实现冷、热介质热量交换的设备
用于输送热量的介质—载热体。 加热介质（加热剂）：起加热作用的载热体。水蒸气、热水等。 冷却介质（冷却剂）：起冷却作用的载热体。冷水、空气制冷剂。
① 直接混合式 —— 将热流体与冷流体直接混合的一种传热方式。 ② 蓄热式 —— 热量 存储在热载体上 传递给冷流体。如
式中：d1为套管的内管直径，d2为套管的内管直径。
应用范围：
Re 1200 ~ 220000, d2 1.65 ~ 17 d1
特征尺寸： 流动当量直径de。
定性温度： 流体进、出口温度的算术平均值。
滴状冷凝：若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝 液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此中冷凝 称为。在实际生产过程中，多为膜状冷凝过程。
➢ 一般金属（固体）的导热系数>非金属（固体）>液体>气体
➢ 多数固体λ与温度的关系
λ=k0+k×t
单位：W/(m •K)
k0 --0℃下的导热系数
k为经验常数。
对大多数金属材料，其k值为负值；对非金属材料则为正值。
➢ 对于金属 t ↑ λ↓(通过自由电子的运动) 对于非金属 t ↑ λ↑ (通过靠晶格结构的振动) 对于液体 t ↑ λ↓ (通过靠晶格结构的振动) 对于气体 t ↑ λ↑ (通过分子不规则热运动)
传热学知识点总结
传热学知识点总结传热学知识点总结第一章§1-1“三个W”§1-2热量传递的三种基本方式§1-3传热过程和传热系数要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析（有哪些热量传递方式和环节）。
作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。
本章重点：1.传热学研究的基本问题物体内部温度分布的计算方法热量的传递速率增强或削弱热传递速率的方法2.热量传递的三种基本方式(1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。
传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。
傅立叶导热公式：(2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。
牛顿冷却公式：(3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。
由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。
黑体热辐射公式：实际物体热辐射：3.传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。
最简单的传热过程由三个环节串联组成。
4.传热学研究的基础傅立叶定律能量守恒定律+牛顿冷却公式+质量动量守恒定律四次方定律本章难点1.对三种传热形式关系的理解各种方式热量传递的机理不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。
2.热阻概念的理解严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。
思考题：1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。
为什么？2.试分析室内暖气片的散热过程。
3.冬天住在新建的居民楼比住旧楼房感觉更冷。
试用传热学观点解释原因。
4.从教材表1-1给出的几种h数值，你可以得到什么结论？5.夏天，有两个完全相同的液氮贮存容器放在一起，一个表面已结霜，另一个则没有。
热量传递中的热传导特点
热量传递中的热传导特点热传导是热量从高温物体传递到低温物体的过程，是物质内部热量传递的一种方式。
在热传导中，热量通过物质的分子或原子间的相互碰撞和振动传递，沿着温度梯度方向从高温区域向低温区域传递，直至达到热平衡。
热传导的特点决定了它在许多应用中的重要性，从房屋保温到电子器件散热都离不开热传导的作用。
下面将从热传导的基本原理、传热速率及其影响因素这几个方面来探讨热传导的特点。
一、热传导的基本原理热传导的基本原理可以通过固体中的分子振动解释。
在固体中，分子振动是由于温度引起的。
当固体的一侧温度升高时，与之相邻的分子会因为振动而传递热量，进而传递给更远离高温区域的分子。
这种分子间的传递过程持续下去，直到整个物体达到热平衡。
二、传热速率及其影响因素传热速率是衡量热传导特点的一个关键指标。
传热速率取决于以下几个因素：1. 温度差：温度差越大，热传导速率越大。
这是因为温度差增大能够驱动分子振动更加剧烈，使得热量传递更快。
2. 材料的导热性质：不同物质的导热性质不同，导热性能好的材料传热速率更高。
导热性能与物质的热导率有关，热导率越大，热传导速率越快。
3. 物体的形状和尺寸：物体形状和尺寸也会对热传导速率产生影响。
一般来说，物体的表面积越大，热传导速率越快。
而物体的厚度越大，热传导速率越慢。
4. 传热路径：传热路径的选择也会对热传导特点造成影响。
不同的材料和结构会导致不同的传热路径，进而影响热传导速率。
热传导特点的理解对于实际应用中的热传导问题非常重要。
在保温材料的选择和设计中，需要考虑材料的导热性能，以及传热路径和材料厚度等因素，来优化传热效果。
例如，在建筑保温中，选择导热性能较低的材料进行隔热，可以有效减少热传导损失。
总结起来，热传导是热量传递中的重要方式之一，通过分子或原子间的振动传递热量。
传热速率取决于温度差、材料的导热性质、物体的形状和尺寸以及传热路径的选择。
合理理解热传导特点，可以为实际应用提供指导，以达到更高的热传导效率。
传热学——精选推荐
1．热量传递有哪几种基本方式？它们各自的传热机理是什么？热量传递有三种基本方式：导热、对流和热辐射。
物体各部分间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热（或称为热传导）。
对流是指由于流体的宏观运动，从而流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
物体会因为各种原因发出辐射能，其中因为热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。
自然界中各个物体都不停地向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射。
辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递——辐射换热。
2．写出一维傅立叶定律的基本表达式，并注明其中各项物理量的定义。
：热流量，即单位时间内通过某一给定面积的热量，W；：导热率，又称导热系数；：导热面积，m2；：温度t沿x方向的变化率；负号表示热量传递的方向和温度升高的方向相反。
3．写出牛顿冷却公式的基本表达式并注明其中各物理量的定义。
流体被加热时：流体被冷却时：或者：或：热流量，即单位时间内通过某一给定面积的热量，W；：热流密度，W/m2；：表面传热系数又称对流换热系数，W/（m2.k）；，：壁面温度和流体温度，℃；：温差，永远取正值，℃。
4．写出黑体辐射换热的四次方定律基本表达式，并表明其中各物理量的定义。
：热流量，即单位时间内通过某一给定面积的热量，W；：黑体的热力学温度，K;：斯忒藩—玻尔兹曼常量，即通常说的黑体辐射常数，它是个自然常数，其值为；：辐射表面积，m25．什么叫传热过程？传热系数的定义及物理意义是什么？热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧的流体中去的过程称为传热过程。
传热系数，数值上它等于冷、热流体间温压℃、传热面积时的热流量的值，是表征传热过程强烈程度的标尺。
传热过程越强，传热系数越大，反之越小。
6．什么叫热阻？写出对流热阻，导热热阻的定义及基本表达式。
热转移过程的阻力称为热阻。
对流热阻：传热过程中由于对流作用而产生的热阻。
第三章 热量传递的基本原理
2
d T 1 dT + = 0 2 dr r dr
• 导热问题的完整数学描述 无内热源、常物性、稳态一维问题的导热 微分方程 2
由
d t =0 2 dx
得
dt = c1 dx
得
t = c1 x + c2
问题不能确定，需有定解条件： 〈1〉 初始条件：τ = 0 时的温度分布 t τ = 0 =f (x,y,z) 〈2〉 边界条件：边界上的温度分布或换热条 件。
即 边界条件：
x
d 2t =0 2 dx
x = 0 t = t1 ; x = δ t = t 2
数学描述
d 2t =0 2 dx x = 0 , t = t1 x = δ , t =t 2
t = c1 x + c2
c2 = t1
温度分布
c1 =
t 2 − t1
δ
t=
dt dx
t 2 − t1
δ
x + t1
μ↑
Re ↓
h↓
4、换热表面的形状、大小、位置 壁面形状、位置形状(平板,圆管)、位置(横 放、竖放、管内、管外)
5、流体有无相变 有相变（沸腾或凝结），流体温度基本保持不 变，流体与壁面的换热量等于吸收或放出的汽化潜 热。有相变比无相变时换热系数大很多。 珠状凝结比膜状凝结换热系数大得多。
综上所述
动力消耗大
δ ↓ h↑
3、流体的物理性质
流速：V↑ h↑ V=0 无对流 物性－表征物质物理特性的物理量 密度，粘性，热导率，比热等 其他条件相同时，不同的流体换热量不 同，就是因为物性不同
λ的影响：
化工原理 第四章 传热过程超详细讲解
泡沫保温 材料
三、平面壁的稳定热传导——特点
1 单层平面壁，如P105图
∴ A
(t1 t 2) At
例4-11 Δtm逆 =54.9℃ Δtm并=39.1℃ Δtm逆 /Δtm并=54.9/39.1 =1.404 在Φ, K相同时：A并/A逆=Δtm逆/Δtm并＞1 A并>A逆 在A, K相同时：Φ逆/Φ并=Δtm逆 /Δtm并＞1 Φ逆>Φ并 据Φ=MCpΔt`，在Φ相同时，逆流可减少热载体的用量， 即M逆<M并。
(2)Δt1/Δt2 =R1/R2=
即各层的温降与其热阻成正比。
1 2 t1 t4 (3) t 2 t 1 t3 t2 t2 2 3 i A 1 A2 2 i 1 i
——可求夹层间的温度。
(4)在不知A时, 可求单位传热面积的传热速率—热流密度
五、总传热系数K
∴单层
1 1 K rm rm rm r 2 r1 rm 1 r 1 2 r 2 1r 1 2 r 2
多层圆简壁一般不用Φ=KAm (T- t) 的形式,而直接使用公式。
i
rmi
ri 1 ri 1 ln ln ri 1 ri ri ri
对数平均半径。当r2 /r1<1.2 时，可用算术
平均半径 rm=(r2+r1)/2代替。
2 、多层圆简壁 如图：各层都相当于单层圆筒壁，仿多层平面壁推导有：
传热学简答题
1.热量传递的三种基本方式？机理？自然界是否存在单一的热量传递方式？举例答：三种方式为热传导，热辐射，热对流。
热传导是物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递。
热对流是由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。
热辐射是物体通过由于热的原因而产生的电磁波来传递能量的方式。
存在，太阳与地球间的热辐射，固体的热量由热的一端流向冷的一端。
2.导热系数及不同相态的材料导热系数差异？ 答：n xt q ∂∂=λ，一般来说，导热系数：对于不同物质，金属固体＞非金属固体＞液体＞气体；对于同种物质，固态＞液态＞气态。
它与物质的种类及热力学状态（温度、压力）等有关。
3．导热、对流、辐射换热之间的区别？答：导热与辐射中物体各部分是不发生相对位移的，而对流中流体各部分发生相对位移。
导热与对流均需要介质才能传递热量且无能量形式的转换，而辐射则不需要介质且有伴随着能量形式的转换。
4.什么是温度场？什么是温度梯度？答：各个时刻物体的各点温度所组成的集合称为温度场。
温度梯度是温度变化的速度与方向，它是温度变化最剧烈的方向。
5.等温线的概念与性质？答：温度场在同一瞬间相同温度的各点连成的线叫等温线。
物体中的任一条等温线要么形成一个封闭的曲线，要么终止在物体表面上，它不会与另一条等温线相交。
当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相等时，等温线的疏密可直观的反映出不同区域导热热流密度的相对大小，等温线越密，热流密度越大。
6.导热微分方程及其理论依据？ 答：Φ+∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂)()()(zt z y t y x t x t pc λλλτ，依据为能量守恒定律，即导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能的增量。
7.定解条件及常见边界条件？答：定解条件：使微分方程获得某一特定问题的解的附加条件。
高等传热学知识点总结
引言概述：在高等传热学中，掌握各种传热方式以及其基本原理是非常重要的。
本文将分析五个大点，其中包括传热方式的分类、传热边界条件、传热传导、传热对流以及传热辐射。
每个大点都将进一步分解为五到九个小点，详细阐述相关知识。
通过本文的学习和理解，读者将能够深入了解高等传热学的知识点。
正文内容：一、传热方式的分类1.传热方式的基本分类2.对流传热与传导传热的区别3.辐射传热的特点及其应用4.相变传热的机理及其实例5.传热方式在工程中的应用案例二、传热边界条件1.传热边界条件的定义及分类2.壁面传热通量的计算方法3.壁面传热系数的影响因素4.壁面传热条件的实验测定方法5.边界条件的选择与优化三、传热传导1.传热传导的基本原理2.导热系数的计算方法3.等效导热系数的定义及其应用4.传热传导方程的推导和求解方法5.传热传导的数值模拟方法及其应用四、传热对流1.对流传热的基本原理2.传热换热系数的计算方法3.流体流动与传热的耦合关系4.对流传热的实验测定方法5.传热对流的同非稳态传热问题五、传热辐射1.辐射传热的基本原理2.黑体辐射的特性和计算方法3.辐射传热过程的数学模型4.辐射系数的影响因素及其计算方法5.传热辐射的应用案例和工程实例总结：通过对高等传热学知识点的总结，我们深入了解了传热方式的分类、传热边界条件、传热传导、传热对流以及传热辐射等重要知识点。
掌握这些知识，可以帮助我们更好地理解传热现象的基本原理及其在工程实践中的应用。
同时，对于热传导与辐射换热和传热对流以及其边界条件的掌握，有助于我们解决工程中的传热问题，优化设计和提高热能利用效率。
在今后的学习和实践中，我们应不断巩固和拓展这些知识，以更好地应对传热学的挑战，并为实际工程问题提供合理的解决方案。
化工传热学传热方式传热机理与传热计算
化工传热学传热方式传热机理与传热计算传热是化工过程中不可或缺的一部分，它直接影响着反应器的运行效率、产品质量以及设备的能耗。
在化工传热学中，了解传热方式、传热机理以及传热计算方法是至关重要的。
本文将详细介绍常见的化工传热方式、传热机理以及传热计算的相关知识。
一、传热方式在化工传热学中，常见的传热方式包括传导、对流和辐射。
这些传热方式在不同的条件下发挥作用，例如传导主要发生在固体之间的热传递中，对流则是通过介质（如气体或液体）的流动来传递热量，而辐射则是通过电磁波的辐射传递热能。
1. 传导传导是固体之间热量传递的一种方式，它依赖于物质内部分子、原子之间的相互作用。
根据傅里叶热传导定律，热量在固体中以温度梯度的形式传递，即温度由高到低的方向传播。
热导率是衡量材料传导能力的物理量，表征了单位厚度的材料沿单位面积的热量传导率。
2. 对流对流是液体或气体流动引起的热传递方式。
对流传热可以分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指在无外部力驱动下，由温度差引起的气体或液体的流动，如锅炉中水的自然循环。
而强制对流则是通过外部力的驱动，如泵或风扇将流体强制地送到热源或热汇。
3. 辐射辐射是通过电磁波的辐射传递热能的方式。
在化工过程中，高温热源会产生辐射能，例如燃烧时释放的火焰。
这些辐射能可以经由空气或其他介质传播到其他地方，与物体表面发生相互作用，进而引发传热过程。
二、传热机理不同的传热方式有着不同的传热机理。
以下将以常见的传热方式为例来介绍其传热机理。
1. 传导的传热机理在传导的传热过程中，热量通过固体内部的分子、原子相互碰撞而传递。
这种传递方式主要通过物质内部的热浓度梯度来驱动，即由温度高的一侧向温度低的一侧传热。
材料的热导率越高，传热速率越快。
2. 对流的传热机理在对流的传热过程中，液体或气体中的分子通过流动将热量从热源传递到热汇。
对流传热的机理可以通过牛顿冷却定律来描述，即热量传递速率正比于热源和热汇之间的温度差。
传热学简答题
气体辐射的特点：气体的辐射（和吸收）对波长有强烈的选择性，即它只能辐射和吸收某些波长范围内的能量。气体的辐射（和吸收）是在整个容积中进行的。固体和液体不能穿透热射线，所以它们的辐射（和吸收）只在表面进行。
为什么高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式？因为在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，即采用逆流方式有利于设备的经济运行。但逆流式换热器也有缺点，其热流体和冷流体的最高温度集中在换热器的同一端，使得该处的壁温较高，即这一端金属材料要承受的温度高于顺流型换热器，不利于设备的安全运行。所以高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式，即在烟温较高区域采用顺流布置，在烟温较低区域采用逆流布置。
热电偶测量流体温度时，热电偶的几何参数、物理性质和换热条件如何影响其对温度响应的速度？热电偶测温过程实质上是非稳态导热问题，由于热电偶通常体积都很小，导热系数很大，所以可以采用集中参数法进行分析，这时时间常数定义为 ，如果时间常数越小，说明热电偶对温度变动的响应速度越快。所以热电偶的比热越小，密度越小，体积与外表面积的比值越小，对流换热系数越大，则热电偶对温度变动的响应速度越快，反之越慢。由于一定条件下，ρ、c、V、A可认为是常熟，但表面传热系数却是与具体的过程有关的过程量，与温度元件安装的具体环境的换热条件有关，因此，对该说明书上标明的时间常数要进行具体分析，不能盲目相信。
不凝结气体对凝结换热与沸腾换热有何影响？原因？不凝结气体即使含量极微，也会对凝结换热产生十分有害的影响。比如水蒸气中质量含量占1％的空气能使h下降60％；这是因为在凝结过程中蒸汽的分压力会降低，而不凝结气体的分压力增大，蒸汽在抵达凝结液膜表面进行凝结前，必须以扩散的方式穿越聚积在界面附近的不凝结气体层。所以不凝结气体的存在增加了传热过程的阻力，同时蒸汽分压力下降，是相应的饱和温度下降，减小了凝结的驱动力。 与凝结换热不同，不凝结气体的存在会使沸腾换热得到某种强化，这是因为不凝结气体的存在，随温度的增加，不凝结气体会从液体中溢出，使壁面附近的微笑凹坑得到活化，成为气泡的萌芽。
《第四章传热》PPT课件
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
传热学基本原理及工程应用
传热学基本原理及工程应用传热学基本原理1三种热传递方式的特点和基本定律1）导热特点：从宏观的现象看，是因物体直接接触，能量从高温部分传递到低温部分， 中间没有明显的物质迁移。
导热基本定律是由法国物理学家傅里叶于 1822年通过实验经验的提炼、运用数学方法式中：'为导热热流量（W ），单位时间内通过某一给定面积的热量；A 为与热流方向2 垂直的面积（m ）； dT/dx 表示该截面上沿热流方向的温度增量，简称为温度梯度（ K/m ）; '是比例系数，称为导热系数或导热率［W/（m x K ）］，它是物体的热物性参数。
其值的大小 反映了物体导热能力的强弱；公式右边的“ -”号表征热流方向与温度梯度方向相反，2） 热对流 热对流是指由于流体的宏观运动使物体不同的流体相对位移而产生的热量传递现象。
特 点：只能发生在流体中； 必然伴随有微观粒子热运动产生的导热。
对流换热是指流体与固体 表面之间的热量传递。
热对流换热的基本定律是英国科学家牛顿（Newton ）于1701年提出的牛顿冷却定律：流体被加热时， =hA （T w -T f ）流体被冷却时，二 hA （T f 讥）式中：'为对流换热热流量（W ）； Tw 和Tf 分别表示壁面温度和流体温度（C 或K ）；2 2 A 为固体壁面对流换热表面积 （m ）； h 为对流换热系数，也称表面传热系数 W /（m «）］。
h 不是物性参数，其值反映了对流换热能力的大小，与换热过程中得许多因素有关。
3） 热辐射热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动（或者说由于物体自身的温度） 而使物体向外 发射辐射能的现象。
在热量传递方式上，热辐射与热传导和热对流相比具有许多固有的特点：热辐射无需物体直接接触，可以在无中间介质的真空中传递，并且真空度越高，热辐 演绎得出，也称傅里叶定律: dTdx射传递效果越好。
在传递过程中伴随着能量形式的转换，即发射时将热能转换为辐射能，而被吸收时又将辐射能转换为热能。
传热学的几个基本问题
四、对流传热—牛顿冷却公式
1. 单位面积的换热量
q h(tw t f )
式中 h ：表面传热系数，W/(m2· K)
(9)
tw，tf ：分别为壁面温度和流体温度，℃ 2. 面积 A 上的换热量
为 T2 的空腔内，则该物体与空腔表面间的辐射换热按下式计算：
f 1 A1 (T14 T24 )
式中：σ —玻尔兹曼常数。 两点说明：
(11)
1. 热辐射的能量投射到物体表面时，存在吸收、反射和穿透三种现象，
按能量守恒定律，这三种现象满足：
1
式中： α —吸收率 ρ —反射率 τ —穿透率
t f 2 ( ) ——非稳态 τ >0时， n w n —表面的法线方向。 （3）已知物体表面与周围流体间的传热系数h及周围流体温度tf t h(t w t f ) ——稳态 n w 非稳态时，h 和 tf 均是时间的函数。
f Ah(tw t f )
3. 影响表面传热系数的因素
(10)
（1）流体的物理性质— λ、η、ρ 和 cp
（2）物体的表面形状、大小及布置形式
（3）流体流动的动力特性—强迫对流、自然对流 （4）流体流动的状态—层流和湍流
五、辐射换热
条件：表面积为 A1，发射率为 ε1的物体被包容在一个很大的表面温度
（3）常物性、稳态 2 t 2t 2t f 2 2 0 2 x y z （4）常物性、稳态、无内热源
(6)
(7)
2t 2t 2t 2 2 0 2 x y z
化工原理 第四章 传热
注意→气体很小，有利于保温、绝热，如玻璃棉。
传热－热传导
3. 平壁导热 ① 单层平壁
dt Q S dx x 0，t t1；
x b，t t2； t1 t2
Q
S
b
t1 t2
Q
单层平壁导热
假设→①稳态、一维导热。 ②λ不随温度变化。 ③不计热损失。
⑴ 给热是集热对流和热传导于一体的耦合过程。 ⑵ R集中在层流内层→ 层流内层厚度↓是强化给热的主要途径。
传热－对流传热
② 热边界层 热边界层→即温度边界层，指壁面附近处具有温度梯度的流体薄层。
dt dQ dS dy w
dQ tw t dS
dt dt tw t dy w t dy w
⑴
平板上的热边界层
dt t不变时， t ， dy w
。
⑵ 流体在管内流动时，热边界层与流动边 ⑴ 热边界层边缘处→ 界层类似。不同的是，经历进口段和完全 t t 0.99 t t 发展区后，温度分布随管长渐变为平坦， < ⑵ 热边界层厚度→ 。 继而温度梯度消失，直至传热停止。
dQ T Tw dS
Q S t
R
1 S
① →平均给热系数。 ② 流体温度→流动横截面上的平均温度。 ③ 若热流体走管内，冷流体走环隙， dQ i T Tw dSi o tw t dSo
④ 给热研究的内核→不同给热情况下，α 的大小、影响因素及其计算式。
n
bi
mi
Q
2 πL t1 t4 1 r2 1 r3 1 r4 ln ln ln 1 r1 2 r2 3 r3
高等传热学ppt课件
复合换热过程的数学模型
建立复合换热过程的数学模型，包括热传导、对流换热和辐射换热 的综合效应，以及不同换热方式之间的耦合关系。
复合换热过程的数值模拟
采用数值模拟方法，对复合换热过程进行仿真分析，揭示其温度场 、流场和传热特性的变化规律。
06
高等传热学应用领域探讨
Chapter
微尺度传热现象研究
微尺度传热机制
探讨在微米和纳米尺度下，热传导、热对流 和热辐射等传热机制的特点和规律。
微尺度效应
分析微尺度下，表面积与体积比增大、热边界层变 薄等效应对传热过程的影响。
微纳器件热管理
研究微纳电子器件、MEMS器件等的热设计 、热分析和热控制方法，以提高器件性能和 可靠性。
多维稳态导热问题求解
多维稳态导热
物体内部温度分布不随时间变化，但热量在多 个方向上传递。
求解方法
通过求解多维导热微分方程，结合给定的定解 条件，得到物体内部的温度分布。
应用举例
求解复杂形状物体、多层材料组成的复合结构等在稳态导热下的温度分布。
03
对流换热过程分析与计算
Chapter
对流换热现象及分类
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以 与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程 中，能量的总值保持不变。
牛顿冷却定律
当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单 位面积散失的热量与温度差成正比。
热力学第二定律
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其 他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换 为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过 程中熵的微增量总是大于零。
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三、传热过程中基本问题与传热机理传热过程中的基本问题可以归结为：1、载热体用量计算2、传热面积计算3、换热器的结构设计4、提高换热器生产能力的途径。
解决这些问题，主要依靠两个基本关系。
（1）热量衡算式根据能量守恒的概念，若忽略操作过程中的热量损失，则热流体放出的热量等于冷流体取得的热量。
即Q热=Q冷，称为热量衡算式。
由这个关系式可以算得载热体的用量。
（2）传热速率式换热器在单位时间内所能交换的热量称为传热速率，以Q表示，其单位［W］。
实践证明，传热速率的数值与热流体和冷流体之间的温度差△tm及传热面积S成正比，即：Q=KS△tm(3-1)S=nπd L (3-2)式中：Q──传热速率，W；S──传热面积，m2；△tm──温度差，0C；K──传热系数，它表明了传热设备性能的好坏，受换热器的结构性能、流体流动情况、流体的物牲等因素的影响，W/m2·℃；n ──管数；d ──管径，m；L ──管长，m。
若将式（3-1）变换成下列形式：Q/S=△tm/(1/K) (3-3)式中：△tm──传热过程的推动力，℃1/K ──传热总阻力（热阻），m2·℃/W。
则单位传热面积的传热速率正比于推动力，反比于热阻。
因此，提高换热器的传热速率的途径是提高传热推动力和降低热阻。
另一方面，从式（3-1）可知，如杲工艺上所要求的传热量Q己知，则可在确定K及△tm的基础上算传热面积S，进而确定换热器的各部分尺寸，完成换热器的结构设计。
本章主要介绍应用这两个基本关系解决上述四个问题。
介绍的范围以稳定传热为限。
所谓稳定传热是指传热量与时间无关，即每单位时间内的传热量为定值。
反之，传热量随着时间而变的则是不稳定传热，一般在化工连续生产中都属稳定传热。
就传热机理而言，任何热量传递总是通过传导、对流、辐射三种方式进行的。
传热可依靠其中一种方式或几种方式同时进行，净的热流方向总是由高温处向低温处流动第三节传热计算间壁式传热是食品工业中应用最广泛的传热方式。
在绝大多数情况下，这种传热是大规模连续进行的。
在这过程中，不论是热流体，还是冷流体或固体壁面，各点的温度不随时间而变，故属于稳定传热过程。
我们主要讨论稳定过程。
传热计算主要有两方面内容：一类是设计计算，即根据生产要求的热负荷确定换热器的传热面积；另一类是校核计算，即计算给定换热器的传热量，流体的流量或温度等。
二者均以换热器的热量衡算和传热速率方程为计算的基础。
一、热量衡算对间壁式换热器作能量衡算，因无外功加入，且位能和动能项均可忽略，故实际上为焓衡算。
１．焓差法Q=qm,h(Hh1-Hh2)= qm,c(Hc2-Hc1)式中qm----质量流量，kg/sH--单位质量流体的焓，J/kg２．显热法３．潜热法二、总传热速率方程（一）总传热速率方程如前所述，两流体通过管壁的传热包括以下过程：１．热流体在流动过程中把热量传给管壁；２．通过管壁的热传导；３．热量由管壁另一侧传给冷流体。
（二）总传热系数（三）污垢热阻三、平均温度差一般情况下，冷，热流体在稳定换热的设备内分别在间壁两侧沿传热面进行吸热或放热流体的温度沿传热面逐渐变化。
局部温度差也是沿传热面而变化的。
当液体发生相变时，则其温度保持不变。
当两侧均为变温时，两流体又有顺流和逆流之分。
这几种情况下温度沿传热面的变化如图５－９所示。
对一侧变温或两侧变温的情形，设冷，热两流体的比热容为常数，总传热系数为常数，热损失可忽略，则在稳定传热时可用下列方法计算平均温度差。
Q=KStm逆流操作与顺流操作相比较，具有如下几方面的优点：１．加热时，若冷液体的初温终温处理量以及热流体的初温一定由于逆流时热流体的终温有可能小于冷流体的终温，故其热流体消耗量有可能小于顺流者。
冷却时的情况相似，冷流体消耗量有可能小于顺流者。
２．完成同一传热任务。
若热冷流体消耗量相同，由于逆流的对数平均温差大于顺流，故所需的传热面积必小于顺流。
由此可见，除个别特殊情况外，应选择逆流操作较为有利。
至于顺流操作，它主要用于加热时必须避免温度高于某一限定温度，或冷却时必须避免温度低于某一限度的场合。
在实际换热器中，往往还伴有更复杂的情况。
一种是两液体的流动不是平行而是正交的，这种流动方式称为错流。
第二种情形是两流体虽作平行流动，但对一部分管子而言属顺流，对另一部分管子而言属逆流，这种流动称为折流。
对于错流和折流，其平均传热温差可用下法求取：首先将冷热液体的进出口温度假定为逆流操作下的温度，求取其对数平均温差，然后乘以修正系数，即得平均温度差：四．传热的强化强化传热的目的是以最小的传热设备获得最大的生产能力。
强化传热有如下几种途径：1．加大传热面积加大传热面积可以增加传热量，但设备增大，投资和维修费用也随之增加。
要看传热量的增加数值能补偿费用上的增加。
2．增加平均温差平均温差愈大，自然热流量愈大。
理论上可采取提高加热介质温度或降低冷却介质温度的办法，但往往受客观条件和工艺条件的限制。
另外，在一定的条件下，采用逆流方法代替顺流，也可提高平均温差。
3．减小传热阻根据热阻的分析，一般金属间壁的导热热阻是较小的，所以强化措施通常不放在此点上。
但当这项热阻占有显著分量时，减小壁厚或使用热导率较高的材料，显然可以收效，重要的问题在于需要经常保持壁面清洁。
有时，防止污垢形成或经常清除垢层成为很重要的强化措施。
热阻中，重要的是两侧传热热阻，必须细心地考虑其强化措施。
加大流速，提高湍动程度，减小层流内层厚度，均有利于提高表面传热系数。
第四节表面传热系数关联式用牛顿冷却定律处理复杂的对流传热，实质上是把一切复杂的影响因素均集中于表面传热系数。
因此，对对流传热珠形容便转化为对各种具体情况的表面传热系数的研究。
一对流传热的准数方程（一）影响对流传热的因素实验表明，影响表面传热系数的因素有以下几个方面：1．流体的种类和相变化的情况液体气体和蒸汽都有不同的表面传热系数。
牛顿型流体和非牛顿型流体也是这样。
流体有无相变化，对传热有明显不同的影响。
2．流体的流动状态流体扰动程度愈高，层流内层的厚度愈薄，对流传热系数也就愈大。
3．流体流动的原因自然对流是由于流体内部存在温度差，因而各部分流体的密度不同，引起流体质点的相对位移。
强制对流是由于如泵搅拌器等外力的作用迫使流体流动，通常强制对流的表面传热系数比自然对流的表面传热系数大得多。
4．流体的物理性质对表面传热系数影响圈套的流体物性有流体的密度粘度热导率和比热容等。
流体的物理性质不同，流体和壁面间的对流传热也不同。
5．传热面的形状大小及位置管板管束等不同形状的传热面，管径管长或板的高度，管子排列方式，水平或垂直旋转等都影响表面传热系数。
（二）量纲分析法综上所述，影响对流传热的因素很多。
工程上常采用的是特征数方程或称特征数关联式。
它是通过实验得到数据后，再经理论分析整理而成的。
（三）各特征数的物理意义通过推导得到的特征数方程式含有四个量纲为一的数群。
它们的物理意义如下：1．努塞尔数，或称传热数，符号为，即：2．雷诺数，或称流动数，即：3．普朗特数，或称物性数，即：4．格拉晓夫数，即：在采用特征数关联式时，必须注意：应用范围。
特征数关联式是严格应用在一定范围内的公式，决不应随意推广。
定性温度。
计算特征数式中各特征数时，其所含的物性的数值应根据访式所指定的温度来确定。
此温度称为定性温度。
一般是选取对传热过程起主要作用的温度人微言轻定性温度。
定性尺寸。
计算特征数式中含几何尺寸的特征数时，也是其指定的固定边界的某一尺寸，称为定性尺寸。
定性尺寸一般也是选取对流体流动和传热有决定影响的固体表面尺寸。
例如管内流动传热用内径，管外对流传热用外径，套管间隙内的传热用当量直径等。
二流体无相变时的对流表面传热系数关联式（一）流体在管内强制（二）流体在管外强制对流（三）自然对流表面传热系数三流体有相变时的表面传热系数关联式沸腾和冷凝时的传热发生有相变的传热。
在沸腾和冷凝时必然伴随着流体的流动，故沸腾和冷凝传热同样发生对流传热。
（一）蒸汽冷凝时的对流传热1．蒸汽冷凝方式蒸汽与低于其饱和温度的壁面相接触，即冷凝成液体附着于壁面上，并放出冷凝潜热。
蒸汽在壁面上冷凝可分滴状冷凝和膜状冷凝两种情况。
（二）液体沸腾时的对流传热液体沸腾的主要特征是汽泡的形成及其运动。
1．液体沸腾的过程根据传热温度的变化，液体沸腾传热过程要经历如下四个阶段：①自然对流阶段②泡核沸腾阶段③膜状沸腾阶段④稳定膜状沸腾。
2．影响沸腾传热的因素液体沸腾传热的上述各阶段中，泡核沸腾在工业上具有重要的意义。
泡核沸腾的主要特点是汽泡在加热面上形成和发展，并脱离表面而作上升运动。
因此，凡是影响汽泡生成强度的因素，均能影响沸腾表面传热系数3．液体沸腾表面传热系数。