第五章 传热1

第一节 概述
1.热传导（导热）
因为分子的微观振动，热量从高温物体流向与之接 触的低温物体，或同物体内高温部分向低温部分进行的 热量传递过程称为导热，也称为热传导。
固体 典型导热（金属：自由电子运动。不良导体：晶格的振动。） 液体 介于气体和非导体（固体）； 气体 分子不规则热运动。
特点： 发生在物体内部或相互接触的物体之间；
物体不发生宏观的相对位移。
第一节 概述
2.对流传热（对流） 流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传
仅仅发生在流体中。
特点： 仅发生在流体中，有相对的宏观位移
自然对流：流体内部各处冷、热流体的密度差异所致 分类：
强制对流：借助外加机械能
第一节 概述
3.辐射传热（辐射） 因热的原因产生的电磁波在空间的传递。 过程：放热→辐射能→吸收→热能。
典型的间壁式换热器
第一节 概述
单程管壳式换热器
管程（管方）流体，壳程（壳方）流体，单程，多程
传热平衡方程 以某换热器为衡算对象，列出稳定传热时的热
量衡算方程。如图所示。
GcC pc t1 0 GhC ph T1 0 GcC pc t2 0 GhC ph T2 0
3.回收余热、废热，充分利用能量。
传热:温度差引起的能量转移,又称热传递.
解决问题: ①确定介质消耗量；②换热器的设计；③设 备的强化。
第一个问题的解决靠热衡算，后两个问题决定 于换热速率。然而传热过程是由一些基本的 传热方式所组合的，故首先需掌握各基本传 热方式的机理及其传热速率，然后再研究它 们在不同工业换热过程中的综合应用规律。
第二节 热传导
二、傅立叶(Fourier)定律 1.傅立叶(Fourier)定律的内容 热传导速率与物体内的温度梯度及垂直于传热方向上 的导热面积成正比。比例系数以λ表示
dQ t dA
x
q dQ t
dA x
第二节热传导
2.导热系数λ
物理意义：



dQ dA t
不同物质传热速率是不同的!
第二节 热传导
一、基本概念 1.温度场与温度梯度
温度场：任一时刻，物体各点的温度分布情况，称为温 度场，以数学式表示如下：
T f x, y, z,
对稳定热传导过程，物体各点温度均不随时间改变，则 温度场表达式变为：
T f x, y, z
第二节 热传导
Baidu Nhomakorabea一节 概述
2.稳定传热与不稳定传热 稳定传热：传热过程中，如果传热系统中各处温度
只随位置而变，而不随时间而变，称此过程为稳定传热 过程。此时，传热速率Q为常数。
不稳定传热：传热过程中，如果传热系统中各处温 度及有关物理量（如Q、q等）随时间而变，称此过程为 不稳定传热过程。
第二节 热传导
先讨论两个问题； 1.冬天，铁凳与木凳温度一样，但我们坐在 铁凳子上要比坐在木凳子上，感到冷得多， 这是为什么？ 2.一杯热牛奶，放在水里比摆在桌子上要冷 得快，为什么？
GhC ph T1 T2 GcC pc t2 t1 (1)
式（1）即贯穿传热过程始终的热平衡方程。
第一节 概述
载热体及其选择
（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。
特点：
任何物体，只要T ＞0K，均存在辐射传热；
可在真空中传递，不需要任何中介； 传热过程中伴随能量形式的转换。 只有在高温下才能成为主要传热方式。
第一节 概述
传热过程中冷热流体（接触）热交换方式
（一）直接接触式和混合换热器
优点:传热效果好， 设备结构简单， 传热效率高。
对于工艺上允许两流体互相混合的情况
2.一维稳定热传导：温度只沿一个坐标方向改变，称为一 维稳定热传导，其数学表达式为：
T f x
3.等温面：把物体内具有相同温度的 点连成一个曲面，称等温面。
4.温度梯度：
温度梯度＝lim t t x0 x x
第二节 热传导
对一维稳定热传导：
温度梯度 dt dx
注意：热量传递的方向与温度降低的方向一致，与温度梯 度的方向相反。
表4-1 常用加热剂及其适用温度范围
加热剂
适用温 度，℃
热水
40～ 100
熔盐
饱和 蒸汽
矿物 联苯混合 （KNO353%, 烟道
油
物 NaNO240%, 气
NaNO37%,）
100～ 180～ 255～380 180 250 （蒸汽）
142～530
～ 1000
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表4-2 常用冷却剂及其适用温度范围
水（自来水、河 冷却剂 水、井水）
空气
盐水
适用温 度，℃
0～80
>30 0～－15
氨蒸汽
<－15～ －30
第一节 概述
三、与传热有关的一些基本概念 1.传热速率Q与热通量q 传热速率Q：传热面在单位时间内传的热量。单位：w 热通量q：单位时间单位传热面积传递的热量。 单位：w/m2
q dQ dA
第一节 概述
（二）蓄热式换热和蓄热器
优点: 换热器结构简单; 可耐高温; 用于高温气体热量的回收或冷却。
缺点:设备体积庞大， 不能完全避免两种流体的混合
第一节 概述
（三）间壁式换热和间壁式换热器
适用于冷、热流体不允许混合的场合
热流体通过间壁将热量传递给 冷流体，化工中应用极为广泛。
第一节 概述
第5章 传热
Chapter 5
Heat Transfer
第5章 传热
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
概述 热传导 对流传热 沸腾与冷凝给热 两流体间的传热计算
第一节 概述
一、传热在石油化工中的应用 1.原料、产品的加热和冷却
第一节 概述
2.对设备及管线进行保温（保冷），减少热量损失。
第一节 概述
掌握内容:
1.单层、多层平壁和圆筒壁导热速率方程及其应用； 2.换热器的热量衡算； 3.总传热速率方程和总传热系数的计算，用平均温度差
法进行传热计算； 4.对流传热系数的影响因素； 5.换热器的结构形式和强化途径。
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二、热量传递的基本方式 热传导（传导、导热） 对流传热（对流） 辐射传热（辐射）


dq t
x x
W / m K
单位温度梯度（1K/m）时的导热通量（W/m2）；