传热和传质基本原理
传热与传质原理
传热与传质原理
传热原理是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。
热量的传递主要有三种方式：传导、对流和辐射。
传导是指热量在固体内部通过分子振动和碰撞传递的过程。
当一个物体的一部分受热后，其颗粒会通过振动将热量传递给相邻颗粒，从而使得整个物体的温度均匀分布。
对流是指热量通过流体（液体或气体）的流动传递的过程。
当一个物体表面受热时，附近的流体会变热，密度减小，从而上升形成对流流动。
对流传热的效果和速度较传导更快，因为流体的运动可以加快热量的传递。
辐射是指热量通过电磁波辐射传递的过程。
热辐射是一种以光的形式传播的电磁波，凡是温度高于绝对零度的物体都会发出热辐射。
这种辐射不需要介质来传递，可以在真空中传递热量。
传质原理是指物质在不同浓度或压力下的扩散过程。
传质可以分为扩散和对流两种方式。
扩散是指物质由高浓度处向低浓度处传递的过程。
物质分子的运动会产生一个浓度梯度，导致物质分子自发地从高浓度区域向低浓度区域扩散，以使得整个系统的浓度达到平衡。
对流是指物质在流体中通过流动进行传递的过程。
在对流传质中，流体的流动会加速物质的传递速度，增强其扩散效果。
总之，传热和传质原理是研究热量和物质在系统中传递的基本原理。
了解这些原理对于控制和改善热传递和物质传递的过程至关重要。
传热和传质基本原理 第四章 三传类比
4.2.2 柯尔本类似律
雷诺类似律或忽略了层流底层的存在，普朗特正 对此进行改进，推导出普朗特类似律：
冯卡门认为紊流核心与层流底层之间还存在一个 过渡层，于是又推导出了卡门类似律：
契尔顿和柯尔本根据许多层流和紊流传质的实验结果， 在1933年和1934年，得出：
简明适用，引入了流体的 重要物性Sc数。
24
根据薄膜理论，通过静止气层扩散过程的传质系数可定义为：
25
在紧贴壁面处，湍动渐渐消失，分子扩散起主导 作用，在湍流核心区，湍流扩散起主导，传质系 数与扩散系数成下列关系
另外，δ的数值决定于流体的流动状态，即雷诺 数。
26
4.4.2
同一表面上传质过程对传热过程的影响
设有一股温度为t2 的流体流经温度为t1的壁面。传递过程 中，组分A、B从壁面向流体主流方向进行传递，传递速 率分别为NA、NB。可以认为在靠近壁面处有一层滞留薄 层，假设其厚度为y0 ，求壁面与流体之间的热交换量。
边界层厚度
1904年普朗特首先提出
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4.5.1 边界层理论的基本概念
边界层的定义
流体在绕过固体壁面流动时，紧 靠固体壁面形成速度梯度较大的 流体薄层称为流动边界层 流速相当于主流区速度的0.99处到固 体壁面间的距离定义为边界层的厚度
边界层的形成与特点
Re x 2 10 5
vl Re
以此两式计算管内流动质交换系数结果很接近。
17
18
紊流
19
例题： 试计算空气沿水面流动时的对流质交换系数hm和每 小时从水面上蒸发的水量。已知空气的流速 u=3m/s，沿气流方向的水面长度l=0.3m，水面的温 度为15 ℃ ，空气的温度为20 ℃ ， 空气的总压力 1.013*105Pa，其中水蒸汽分压力p2=701Pa，相当 于空气的相对湿度为30%。
弗兰克 p.英克鲁佩勒.传热和传质基本原理
弗兰克p.英克鲁佩勒.传热和传质基本原理传热和传质基本原理[弗兰克p.英克鲁佩勒.传热和传质基本原理]是一本关于传热和传质领域的重要参考书籍。
本文将以此书中所涉及的内容为主题，详细探讨传热和传质的基本原理，以及相关的数学模型和实际应用。
首先，我们先来了解一下传热和传质的基本概念。
传热是指物质内部或不同物质之间因温度差异而引起的热量传递过程。
热量会从高温区域传递到低温区域，直至达到热平衡。
而传质则是指物质内部发生组分变化或不同物质之间发生物质迁移的过程。
传质包括扩散、对流和反应等多种方式。
在传热和传质领域，一个重要的概念是传递系数（transfer coefficient），用来描述传递过程的强度。
传递系数和物质性质、流动方式等因素有关。
根据英克鲁佩勒的《传热和传质基本原理》中的介绍，传递系数可以通过实验测量、经验公式或数值模拟等方法获得。
接下来，我们将详细讨论几种常见的传热和传质方式。
首先是传热的方式。
根据传热的途径，可以将传热分为传导、传流和辐射三种方式。
传导是指热的分子运动传递能量的过程，当物体温度不均匀时，热量会由高温区域向低温区域传递。
传导的强度受到物质热导率的影响，热导率越大，传导越快。
传流是指通过流体的对流传递热量。
当流体沿流动方向被加热或冷却时，热量将随流体的运动而传递。
对流的强度与流体的流速、流动形式以及流体与物体之间的热传递系数有关。
辐射是指由于物体的热辐射而传递的热量。
热辐射是物体由于温度而产生的电磁波辐射，可以经过真空传递。
辐射的强度可以通过斯特藩－玻尔兹曼定律来描述，该定律指出辐射通量与物体的温度的四次方成正比。
接下来是传质的方式。
根据传质时所涉及的运动方式，传质可以分为分子扩散和对流扩散两种方式。
分子扩散是指物质通过分子间的碰撞和运动实现的扩散过程，分子扩散受到物质的扩散系数、浓度差异和传质介质的性质等因素的影响。
对流扩散是指物质在流体中通过流动实现的扩散过程。
在对流扩散中，物质由于流体的运动而迁移，对流扩散的强度与流速、浓度差异和流体传质性质等因素有关。
传热和传质基本原理 第六章 燃料电池中的传热传质
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AFC电池结构
电解质保持在多孔体中的基体型。基体主要是石棉膜， 它饱吸KOH溶液。电池成多孔叠层结构。 自由电解质型。电解质是自由流体，电池设有电解质 循环系统，可以在电池外部冷却电解质和排出水分。 电极以电解液保持室隔板的形式粘结在塑料制成的电 池框架上，然后再加上镍隔板做成的双极板，构成单 电池。
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图6－19 典型的PEMFC系统示意图
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直接甲醇燃料电池（DMFC）
Gasket 直接甲醇燃料电池的全称应为直 MEA 接甲醇质子交换膜燃料电池，其 工作原理与常规的以氢为燃料的 质子交换膜燃料电池基本相同， 不同之处在于DMFC的燃料为甲醇 （可以是气态或液态，但主要是 液态），氧化剂仍是氧或空气。
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碱性燃料电池（AFC）
AFC的工作原理：基本上是水电解的逆过程。它以氢氧化 钾（KOH）水溶液为电解质，溶液的质量分数一般为30 ％～45％，最高可达80％。 AFC燃料电池的电化学反应为
阳极反应 阴极反应
整个电池反应
2 H 2 4OH 4 H 2 O 4e O2 2 H 2 O 4e 4OH 2H 2 O2 2H 2 O 电能 热能
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1－氧支撑板 2－氧蜂窝（气室） 3－氧电极 6－氢蜂窝（气室） 7－氢支撑板 8－排水膜 －除水蜂窝（蒸发室） 11－除水蜂窝板
4－石棉膜 5－氢电极 9－排水膜支撑板 10
图6－5 静态排水的氢氧隔膜型燃料电池单体示意图（基本型）
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图6－6 碱性燃料电池的结构（自由电解质型）
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图6－7 培根AFC电池系统
图6－8 磷酸型燃料电池的基本构造
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固体氧化物燃料电池（SOFC）
传热和传质基本原理
传热和传质基本原理传热和传质是物质在不同状态和介质之间传递能量和物质的过程。
它们是热力学和物质平衡的基础，对于理解和应用许多自然现象和工程问题至关重要。
传热是指热量在物体之间传递的过程。
热量是物体内部微观粒子的运动状态，是一种能量的形式。
当物体与其他物体或环境接触时，热量就会在它们之间传递。
传热的方式可以分为三种：传导、对流和辐射。
传导是在物体内部传递热量的方式。
当物体的一部分受热时，它的分子会加速运动，与周围分子发生碰撞，从而将能量传递给周围分子。
这种传递方式在固体中最为常见，因为固体的分子间距相对较小，分子之间的相互作用力较强。
固体的导热性能与其导热系数有关，导热系数越大，物体的导热性能越好。
对流是热量通过流体运动传递的方式。
当流体受热时，其密度会减小，从而使流体上升，而冷却的流体则下降。
这种上升和下降的流动形成了对流现象。
对流的传热效果与流体的流速、流体的性质以及流体与物体之间的接触面积有关。
辐射是通过电磁波辐射传递热量的方式。
所有物体都会辐射热能，辐射的强度与物体的温度有关。
辐射传热不需要介质，可以在真空中进行。
辐射的传热效果与物体的表面特性、温度差以及波长有关。
传质是指物质通过扩散、对流等方式在不同状态和介质之间传递的过程。
传质的方式可以分为扩散、对流和溶解。
扩散是溶质在溶剂中自发性的分子或离子运动，使其浓度均匀分布的过程。
扩散速率与浓度梯度、温度、溶质和溶剂的性质以及扩散距离有关。
对流传质是在流体中溶质随着流体的流动传递的过程。
流体中的溶质可以通过流体的对流运动从一处运动到另一处。
对流传质的速率与流体的流速、溶质的浓度梯度以及流体和溶质的性质有关。
溶解是溶质在溶剂中形成溶液的过程。
溶解速率与溶质和溶剂的性质、温度和浓度有关。
传热和传质是许多自然现象和工程问题的基础。
在自然界中，许多地理、气象、生物学和化学现象都与传热和传质有关，如大气环流、海洋环流、生物代谢等。
在工程领域，传热和传质的研究和应用广泛存在于化工、能源、材料等领域，如炼油、化学反应、传热设备等。
传热和传质基本原理--传质理论 ppt课件
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（5） 温度对扩散系数的影响
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§3-6 流体和多孔介质中的扩散和扩散 系数
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多孔介质中的弥散传质 The origin of dispersion（弥散）
Physically, a non-constant advecting velocity
D f x c ~ j x u ~ ij)f jku ~ iu ~jfu ~ kc ~f
(*)
(1 C r)c ~ u ~ jf u x i jf u ~ ju ~ if( c x jfjk u ~ k c ~ f) 0
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Thus the last equation can be simplified as:
u j 0 x j
u ti xjuju i1 x p i xj
( u i uj) xj xi
c t xj
ujcxj
(Df xcj)
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Volume-averaged macroscopic GEs
u j f 0 x j
uif t
xj
ujf
uif
1pf
f xi
microscopic equations reads the spatial deviation: u~ j 0 x j
D D u ~i t xj(u ~juif u ~iu ~j)1f x ~ pi xj( x u ~ij u ~ xij)
传热和传质基本原理-----第四章-三传类比
相当于空气的相对湿度为30%。
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4.5 边界层类比
流体流动的控制方程是非线性的偏微分方程组，处理 非线性偏微分方程依然是当今科学界的一大难题
实际工程问题：靠近固体 壁面的一薄层流体速度变 化较大，而其余部分速度 梯度很小
➢ 远离固体壁面，视为理想流 体－－欧拉方程、伯努利方程
➢ 靠近固体壁面的一薄层流体， 进行控制方程的简化－－流动 边界层
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❖ 在薄层内取一微元体，那么进入微元体的热流为 由温度梯度引起的导热热流、由进入微元体的传 递组分本身具有的焓。
稳定状态时，微元体处于热平衡，满足下列关系式：
令
无因次数为传质阿克曼修正
系数，表示传质速率的大小、
方向对传热的影响。
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得 边界条件为
令
得方程的解为：
代入边界条件，最后得到流体在薄层内的温度分别为：
水蒸 汽的汽化潜热r=2463.1kJ/kg，Sc=0.6.,Pr=0.7。 试计算干空气的温度。
2.试计算空气沿水面流动时的对流质交换系数hm和每小时从 水面上蒸发的水量。已知空气的流速u=3m/s，沿气流方向
的
水面长度l=0.3m，水面的温度为15 ℃，空气的温度20℃，
空气的总压力1.013*105Pa，其中水蒸汽分压力p2=701Pa，
➢边界层厚度
1904年普朗特首先提出
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4.5.1 边界层理论的基本概念
边界层的定义
流体在绕过固体壁面流动时，紧 靠固体壁面形成速度梯度较大的 流体薄层称为流动边界层
流速相当于主流区速度的0.99处到固 体壁面间的距离定义为边界层的厚度
边界层的形成与特点 Re vl
平板绕流
Re x
v0 x
电子教案与课件：传热和传质基本原理 C3(full)
C. Fixed temperature: L L D. Infinite fin (mL>2.65): L 0
肋片传热速率
q f
kAc
d
dx
|x0
Af h x dAs
无限长肋片的结果
3.6.3 肋片性能
1 肋片通过增加有效对流表面积来增加表面上的传热。 2 对肋基表面向外的传热，肋片又代表了一个传导热阻。
1.非对称边界条件
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts,2
Ts,1 2
x L
Ts,1
Ts,2 2
dT qx kA dx const.
在有内热源的情况下， 热流密度是随x变化的。
2.对称边界条件
温度分布关于中心面对称，故
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts
中心面温度最高：
T
0
T0
qL2 2k
1 r2
k
T
z
k
T z
q
cp
T t
2.24
1 r2
r
kr
2
T r
r2
1
sin2
k
T
r2
1
sin
k
sin
T
q
cp
T t
2.27
研究一维、稳态条件下通过扩散传递热量的情况。
一维：变量在空间上的变化只需单一坐标描述，温度梯度仅在单一 坐标方向上存在，也仅在此方向上传热。
T0
3.21
1 横截面积A(x)和材料的导热系数k(T)均可为已知。【可测量】
化工机械基础之传热与传质设备
化工机械基础之传热与传质设备一、引言在化工生产中，传热与传质是不可或缺的工艺操作。
传热与传质设备是将热量与物质传递到需要加热或脱除物质中的工艺设备。
本文将介绍传热与传质设备的基本原理、分类和应用。
二、传热与传质设备的基本原理传热与传质设备是通过流体在设备内部传递热量和物质的，其基本原理可以用热力学和物质平衡方程来描述。
2.1 传热原理传热是热量从高温区域传递到低温区域的过程。
传热过程可以通过传导、对流和辐射三种方式进行。
•传导是通过固体介质的分子振动和传递热量的方式，如热交换器中的金属管壁传递热量。
•对流是通过流体的流动来传递热量，包括自然对流和强制对流两种形式。
•辐射是指通过电磁辐射传递热量，如太阳辐射热。
2.2 传质原理传质是物质从高浓度区域传递到低浓度区域的过程。
传质过程可以通过扩散、对流和反应三种方式进行。
•扩散是分子由高浓度区域向低浓度区域的无序运动，如溶质在溶液中的扩散过程。
•对流是物质在流体中通过流动来传递的过程，如气体在管道中的气流传质。
•反应是指物质的化学反应导致的传递过程，如催化剂在反应器中引起的物质转化。
三、传热与传质设备的分类传热与传质设备根据工作原理和应用领域的不同，可以分为多种不同的类型。
3.1 热交换器热交换器是一种用于传递热量的设备，常用于加热和冷却工艺中。
根据传热方式的不同，热交换器可以分为壳管式热交换器、板式热交换器、换热管束等。
3.2 蒸馏塔蒸馏塔是一种用于分离液体混合物的设备，通过液体在塔内的沸腾蒸发和冷凝回流来实现分离。
常见的蒸馏塔包括板式蒸馏塔和填料塔。
3.3 吸收设备吸收设备是一种用于气体分离和净化的设备，通过溶剂与气体的吸收反应来实现分离。
常见的吸收设备包括吸收塔和吸收柱。
3.4 萃取设备萃取设备是一种用于液体混合物分离的设备，通过溶液与萃取剂之间的相互作用来实现分离。
常见的萃取设备包括萃取塔和液液萃取柱。
3.5 蒸发器蒸发器是一种用于溶液浓缩的设备，通过将溶液加热使其部分蒸发，将溶剂从溶液中分离出来。
传热与传质的基本原理
传热与传质的基本原理
传热与传质是热力学和流体力学中的重要概念。
尽管它们的名称相似，但它们代表了两个不同的物理过程。
传热是指通过不同物质之间的能量传递。
它可以是通过热传导、热对流或热辐射的形式。
热传导是通过物质内部分子之间的碰撞传递热能。
热对流是指通过流体的运动传递热能，而热辐射是指通过电磁辐射传递热能，例如阳光向地球传递热能。
传热的速率由热传导、对流或辐射系数决定。
热传导系数是物质传导热能力的度量，表征了物质内部传热的能力。
对流系数是流体传递热能力的度量，表征了流体通过对流传热的能力。
辐射传热系数是物体通过辐射传递热能力的度量，取决于物体的表面特性。
传质是指物质中的组分通过扩散或对流在不同的相中移动。
扩散是指物质在不同浓度之间由高浓度区向低浓度区的自发移动。
对流是指物质通过流体的运动在空间中传输。
例如，氧气通过肺泡壁向血液中传递，或者热咖啡由热杯壁向冷空气中传递。
传质的速率由物质的浓度差、物质的扩散系数和流体速度决定。
浓度差越大，传质速率越快。
扩散系数是物质扩散能力的度量。
它与物质的性质、温度和压强有关。
流体速度越大，传质速率越快。
尽管传热和传质是不同的物理过程，但它们在很多实际问题中是相互耦合的。
例如，在燃烧过程中，热能从火焰传递到周围
的空气中，同时氧气从空气中扩散到火焰中参与燃烧反应。
因此，理解传热和传质的基本原理对于解决许多工程和科学问题至关重要。
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。
传热传质基本原理答案
传热传质基本原理答案
传热传质是指物质中热量和物质的传递过程。
它是由于不同温度或浓度的物质之间存在的热量和物质的梯度而发生的。
传热传质的基本原理包括三种传递方式：传导、对流和辐射。
传导是指热量或物质通过物体内部分子之间的碰撞传递。
当两个接触的物体温度不同时，高温物体的分子会传递热量到低温物体的分子，直到两个物体温度达到平衡。
传导的速率与物体的导热性质有关，导热性能越好，传导速率越快。
对流是指热量或物质通过流体运动传递。
当流体受到外界热源或冷源的加热或冷却时，流体会发生热胀冷缩，形成对流流动。
这种流动可分为自然对流和强制对流两种方式。
自然对流是由密度差引起的，强制对流是通过外界力推动的。
辐射是指热量通过电磁波辐射传递。
所有物体都会以一定的方式发射热辐射，辐射的强度与物体的温度有关。
较高温度的物体会有较高的辐射能力，而辐射能量在空间中以光线的形式传播，可以通过真空传递。
传热传质的基本原理可以应用于各种工程领域，如热传导导热器、对流传热换热器和辐射加热设备等。
掌握这些基本原理，可以帮助人们更好地理解和设计传热传质系统，提高能量利用效率。
传热与传质的基本原理
传热与传质的基本原理传热与传质是热力学中一个非常重要的分支。
它们涉及到能量和物质在不同物体间的转移，对于工程领域尤为重要。
在本文中，我们将探讨传热与传质的基本原理，以便更好地了解它们在现代科学和工程领域中的应用。
传热和传质的定义传热通常是指能量从一个物体、系统或介质向另一个物体、系统或介质输运的过程。
这个过程可以通过三种方式进行：传导，对流和辐射。
传导是指在没有气体或流体的情况下通过物体或介质直接传递热量。
对流是指在液体或气体中通过流体运动传递热量。
辐射是指通过电磁波辐射方式温度不同但不直接接触的物体间传递热量。
传质是指物质在介质内或介质间的传输过程，主要关注物质的非均质性分布。
传质可以通过扩散、对流和物理作用进行。
扩散是指物质由高浓度向低浓度移动的过程。
对流是指液体或气体中的物质随着流体动力学效应传输。
物理作用包括吸附、膜分离和化学反应等过程。
传热与传质的物理机制传热和传质的物理机制是基于能量和物质转移的性质和规律。
在传热中，热量是通过温差驱动的方式进行转移的。
温差导致能量从高温区域流向低温区域，这导致了热量的传递。
在传质中，物质也是通过浓度梯度驱动的方式进行转移的。
浓度梯度导致物质从高浓度区域流向低浓度区域，从而实现了物质的传递。
有许多因素影响能量和物质的转移速率。
在传热中面积，温度差和物体的热传导性能是影响传热速率的主要因素。
在传质中，面积，扩散速率和浓度梯度是影响传输速率的主要因素。
当然，不同物质和环境也会对能量和物质的传递方式产生影响。
传热和传质的物理机制非常多样化，而不同的物体和情况下体现的特征也不尽相同。
传热与传质的应用传热和传质在很多方面都具有广泛的应用。
在工程领域中，传热和传质是一个重要的研究领域。
将它们应用于设计产品或过程，有助于优化性能、提高效率、节省能源、减少环境污染等方面发挥积极作用。
例如，传热方面的应用涉及到包括食品加热、传感器机制、实验室设备、化工恒温化工反应等众多领域。
焊接过程中的传热传质理论研究
焊接过程中的传热传质理论研究引言焊接作为一种重要的金属加工技术，广泛应用于制造业的各个领域。
在焊接过程中，传热传质是一个重要的研究课题。
研究焊接过程中的传热传质理论，可以帮助我们更好地理解焊接过程中的温度分布和材料熔化过程，从而优化焊接参数，提高焊接质量。
传热传质的基本原理传热传质包括热传导、对流和辐射三种传热方式，以及质量传输。
在焊接过程中，主要考虑热传导和对流的传热传质。
热传导热传导是物体内部热量的传递方式，是由于分子之间的热振动而引起的。
焊接过程中，热传导主要发生在焊接材料和熔化池之间，以及焊接材料内部。
热传导可以通过傅立叶热传导定律描述：$$ q = -k \\cdot \\frac{{\\partial T}}{{\\partial x}} $$其中，q为单位时间内通过材料某一面积的热量，k为材料的热传导系数，T为温度，x为热传导方向。
对流传热对流传热是指通过流体（气体或液体）的流动传递热量。
在焊接过程中，主要通过熔池周围的熔融金属和气体之间的对流传热。
对流传热可以通过牛顿冷却定律描述：$$ q = h \\cdot S \\cdot \\Delta T $$其中，q为单位时间内通过表面积S的热量，ℎ为传热系数，$\\Delta T$为温度差。
焊接过程中的传热传质模型为了研究焊接过程中的传热传质，需要建立相应的数学模型。
根据焊接过程的特点，可以建立以下模型：瞬态传热传质模型在焊接过程中，由于传热传质过程的瞬时性，需要建立瞬态传热传质模型。
该模型考虑了焊接过程中的瞬时温度分布和材料熔化过程。
通过对瞬态传热传质模型的求解，可以得到焊接过程中的温度变化规律和熔化区域的形成过程。
稳态传热传质模型在焊接过程中，焊接接头达到稳态后，焊接过程中的传热传质可以近似看作稳态传热传质。
稳态传热传质模型可以用来分析焊接过程中的温度分布和热影响区域的大小。
通过对稳态传热传质模型的求解，可以得到焊接接头的温度分布，从而优化焊接参数。
化学工程中的传热传质过程
化学工程中的传热传质过程在化学工程中，传热传质过程是一个至关重要的环节。
传热传质是指物质内部的能量和物质由高浓度区域向低浓度区域进行传递的过程。
这个过程在化学工程中广泛应用于反应器、蒸馏塔、吸附塔等各种设备中。
本文将探讨传热传质过程的基本原理和在化学工程中的应用。
一、传热传质的基本原理传热传质过程主要包括传热和传质两个方面。
传热是指能量从高温区域传递到低温区域的过程，主要有三种传热方式：导热、对流和辐射。
导热是通过物质与物质之间的直接接触传递能量，对流是由于温度差引起的流体内部的热量传递，辐射是通过电磁波辐射传递热量。
传质是指物质由浓度高的区域向浓度低的区域进行扩散的过程。
传质过程主要包括扩散、对流传质和表面反应传质。
扩散是指由于浓度差引起的物质分子的自发运动，对流传质是由于流体的流动引起的物质传递，表面反应传质是指物质在界面上的化学反应引起的物质传递。
传热传质过程的基本原理是根据物质的热力学性质和守恒定律，通过数学建模和实验验证，得到了一系列传热传质的基本方程。
二、传热传质过程在化学工程中的应用1. 反应器中的传热传质过程在化学反应器中，传热传质过程起到了至关重要的作用。
反应器内部的热量传递要求反应物能够均匀分布，以保证反应达到最高效率。
此外，在液相反应中，传质过程也是保证反应物和催化剂之间充分接触的关键。
2. 蒸馏塔中的传热传质过程蒸馏塔是一种常见的分离设备，在石油化工中广泛应用。
在蒸馏塔中，液相和气相之间的传热传质过程起着重要作用。
液相在塔内被加热蒸发，然后与下游冷凝的气相进行传质，使得不同组分得以分离。
3. 吸附塔中的传热传质过程吸附塔是用于气体或液体分离的设备，其内部包含吸附剂和被吸附物质。
在吸附塔中，被吸附物质通过传质过程被吸附剂吸附，吸附剂在一定条件下再通过逆向传质过程，释放吸附物质。
四、总结传热传质过程在化学工程中具有重要的意义。
准确的传热传质模型和运行参数可以帮助工程师更好地设计和优化化学工程设备，提高生产效率和产品质量。
传热和传质基本原理习题详解
传热和传质基本原理习题详解传热和传质是热力学的重要内容，其中传热是指热量的传递，而传质是指物质的传递。
在具体应用中，这两个过程经常同时发生。
下面是一些关于传热和传质基本原理的习题及其详解：传热习题：1. 一个铁锅的底部在火上加热，温度逐渐升高。
画出热量从火源传递到铁锅中的示意图，并简要解释热量传递的方式。
解答：示意图应该包括火源、热量传递的路径以及铁锅。
热量传递的方式主要有三种：传导、对流和辐射。
- 传导：铁锅底部与火源直接接触，热量通过铁的传导逐渐向上传递。
- 对流：热的气体或液体从火源周围层流动到铁锅，将热量传递到锅中其他部分。
- 辐射：火源释放出的热辐射能够直接穿过空气传递到锅底。
2. 太阳能作为一种可再生能源，是地球上最重要的能量来源之一。
简要解释太阳光的热量是如何通过辐射传递到地球上的。
解答：太阳光通过辐射传递热量到地球上。
太阳发出的光包含多种频率的电磁波，其中包括可见光和红外线。
云层、大气和地表会吸收部分太阳光，然后释放出热辐射。
这些热辐射会向地球表面传递，使地表温度升高。
传质习题：1. 在冬天，房间里的空气冷而干燥，而在夏天，室外空气炎热多湿。
解释冬夏两季空气湿度变化的原因。
解答：冬季室内空气的湿度相对较低是因为冷空气无法含有大量水汽，且室内加热会降低空气的相对湿度。
而夏季室外空气湿度较高是因为高温使空气可以吸收更多的水汽。
2. 在植物叶片的气孔上，液态水可以通过蒸腾作用转化为气态水蒸气，并释放到大气中。
简要解释为什么液态水可以“跳过”气态而直接转化为气体。
解答：液态水直接转化为气体并释放到大气中是因为在植物叶片的气孔内部，存在着气相和液相之间的蒸汽压差。
当液态水的蒸汽压超过空气中的水蒸气压时，液态水会蒸发成气态水蒸气。
这种蒸发过程称为蒸腾作用。
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传热的目的
• 根据热力不平衡程度定量确定传热速率。或者说，通过研究传热的机 理以及建立计算传热速率的各种关系式来拓展热力学分析。
• 自身是一门独立学科，在材料、科学或工程中具有重要应用。
1.1 何谓传热及如何传热
传热是因存在温差而发生的热能的转移。
1. 温度的概念：第零定律，平衡态，多大尺度以上成立？
不论物质处于哪种状态，这种发射 2 都是因为组成物质的原子或分子中
电子排列位置的改变所造成的。
辐射场的能量依靠电磁波传输，
辐射传热不需要介质，
3 且辐射能的传输是靠消耗发射
4 在真空中传输最有效。
辐射的物质的内能来实现的。
（2）黑体（Black Body）：具有下述性质的一种理想表面
1 黑体能够吸收处于任何波长和来自任意方向的全部投射辐射。
2. 只要一个介质中或两个介质之间存在温差（驱动势），就必然会发生传热。
3. “冷”或“热”的感觉是由温差引起的热流造成的，而热流的大小则与物质 的性质有关。
握手的深度分析
不同类型的传热过程称为传热的不同模式（modes）。
当静态介质中存在温度梯度时，不论该介质是固体还是流体， 介质中都会发生传热，这种传热过程即为传导（ Conduction）。
物体的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发生的热量传递称为导热（热传导）。
气体
分 子
热
运
动
液体
观 点
固体 自由电子 晶格波
速率方程（Rate Equation）：用于计算传热过程在单位时间内传输了 多少能量（J/s=W）。
对于热传导，速率方程为傅里叶定律（Fourier’s Law）。
4 在很多工程问题中（涉及太阳辐射或表面温度很高的源的辐射问题除 外）可认为液体对辐射传热是不透明的，而气体则是透明的，固体可 以是不透明的或半透明的。这是一个尺度问题！
传热分析和检验的基本准则！
• 热力学第二定律（熵增定律）
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。
明确了传热这一自发过程的方向！
• 热力学第三定律（0K不能达到原理） 任何系统都不能通过有限的步骤使自身温度降低到0K。
鼓励我们无限逼近0K！
当一个表面与一种运动的流体处于不同的温度时，它们之间 发生的传热即为对流（Convection）。[边界层]
所有具有一定温度的表面都以电磁波的形式发射能量。若两个 温度不同的表面不存在参与传热的介质，则它们只通过热辐射进行 传热。 Convection）。
传热是因存在温差而发生的热能的转移。
1.2 物理机理和速率方程-热传导
E Eb Ts4
1.5
ε为表面的辐射性质，称为发射率或发射比，值在0到1之前， 表示与理想辐射体相比，一个表面发射能力的大小。
事实上是全波长半球向发射率！
（4）周围环境对表面的投射辐射 辐照密度G：单位时间内投射在单位面积上的辐射能。
太阳、天空、地表
可由吸收率确定单位表面积在单位时间内 所吸收的辐射能（改变物质的内能）：
受迫 对流
沸腾
自然 对流
凝结
（4）对流能量传输速率方程：牛顿冷却公式
q h Ts T
(1.3)
对流热流密度正比于表面温度 与流体自由流温度之间的差值。
比例系数h称为对流换热系数、膜传导系数或膜系数
1 引入该系数的目的是试图将所有 影响对流传热的因素包含在单一 量之中。
2 典型对流系数的取值范围
单位面积在单位时间内发射的能量称为发射功率E。 其上限由斯蒂芬—波尔茨曼定律给出：
Eb Ts4
W m2
1.4
1 Ts为表面的绝对温度（K）。
2 5.67 108 W/(m2 K4 ) 为斯蒂芬—波尔茨曼常数。 3 这种表面为理想发射体或黑体。
Байду номын сангаас
在相同温度下，实际表面发射的热流密度要比黑体的小，为
第一章 导 论
• 热力学第零定律（热平衡定律）
若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态， 则两个系统也必互相处于热平衡状态。
温度的定义及其测量方法的基础！
• 热力学第一定律（能量守恒定律） 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。
热力学的局限性
• 虽然热力学涉及系统间相互作用时的热能传输，且该传输在第一和第 二定律中极为重要，但热力学既不讨论传热的机理，也不讨论传热速 率的计算方法。
• 热力学讨论的是物质的平衡态，而平衡态必不存在温度梯度，虽然热 力学可以确定一个系统从一个平衡态到另一个平衡态所需的热能，但 热力学不去理会传热在本质上就是非平衡过程。
2
对于规定了的温度和波长，不存在能比黑体发射更多能量的表面。
虽然黑体所发射的辐射是温度和波长的函数，但它与方向无关，
3
也即黑体是漫发射体。
作为理想的吸收体和发射体，黑体具有标准体的作用， 4 可用作比较实际表面的辐射性质。
（3）表面发射能量的速率；发射率
表面发射的辐射源自以表面 为界限的内部物质的热能。
表面的几何形状
h
f
边界层内的条件
=f
界面的特性
流体的运动特性 层流、湍流、相态等
流体的热力学和输运特性
任何关于对流的研究都归结为确定h的方法研究！
1.2 物理机理和速率方程-辐射
（1）热辐射是处于一定温度下的物质所发射的能量。
固体表面、液体和气体都可以 1 发射能量，我们重点讨论固体
表面的辐射。
qx
k(T ) dT dx
k
dT dx
(1.1)
一维平壁
1.2 物理机理和速率方程-对流
（1）表面与流体的相互作用——边界层的形成与发展
V.B.L
T.B.L
（2）对流的机理 分子随机运动（扩散）造成的能量传输
流体的整体或宏观运动形成的能量传输
这种双重作用下的传输，习惯上称为对流。
（3）对流的分类
Gabs G
1.6
关于吸收这件事
1 0 1 ，若表面是不透射的，部分投射会被反射；若表面是半透射的， 则部分投射可穿过。
2 虽然吸收和发射的辐射会分别增加和减少物质的热能（从而影响其温 度），但反射和透射的辐射对该能量没有影响。
3 表面的吸收率与投射辐射的特性及表面本身有关，因此一般意义上 不是性质或属性。表面对太阳辐射的吸收率可以不同于对炉墙发出 的辐射的吸收率。