对流传热与传质
课程代码及名称 PO6012 高等传热学
12《PO6012高等传热学》课程教学大纲课程名称：高等传热学课程代码：PO6012学分/学时：3学分/51学时课程开课学期：春、秋季开课适用专业：热能与动力工程、航空航天、核工程、机械工程、船舶与海洋工程先修课程：传热学、工程热力学、流体力学开课单位：机械与动力工程学院一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表）课程介绍：高等传热学是一门技术基础课，可为我院各专业后续相关专业课程学习及今后的研究工作打下坚实的理论基础。
本课程由两大部分组成：热传导和对流传热与传质。
热辐射暂没有包括在本课程中,因另有单独开设热辐射课程。
第一部分热传导：系统地阐述了导热的理论基础，多维稳态导热和非稳态导热的分离变量的求解方法，近似分析解法，相变导热的理论解法。
第二部分对流传热：介绍对流传热概念，深入地阐述了其基本方程组，包括质量，动量与能量方程，讨论了层流和紊流换热，对最新相变（沸腾和凝结）换热进行了探讨，工程传质计算以及自然对流。
强调基本概念，注意分析推理能力和解决工程实际问题能力的培养。
教学目标：将在本科生传热学基础上，着重加强学生对传热学概念的深入理解，注意培养学生对实际工程传热问题分析推理能力的培养，强调理论的掌握与解决工程实际问题能力的统一。
通过该课程学习，学生应达到以下目标：1.掌握导热基本理论，掌握用分离变量方法对直角坐标系下二维稳态导热及圆柱坐标系下二维稳态导热进行分析计算。
2.掌握非稳态导热基本概念，掌握应用分离变量方法求解非稳态导热问题，了解集总热容系统非稳态导热问题求解方法。
3.熟悉一维相变导热微分方程及边界条件，能用理论分析法求解相变导热问题。
4.熟悉对流过程中边界层动量及能量积分方程，掌握管内以及外掠物体层流流动和换热理论分析解法及积分解法。
5.掌握沸腾与凝结换热机理，并能够对热管等相变换热器性能进行分析。
6.了解紊流基本概念，掌握圆管内及外掠平壁紊流换热理论，了解紊流模型，尤其对两方程模型有一清晰认识。
传热学第四版第11章
传热学在科学技术领域中的应用
3.开发或选择有效的冷却方法，以提高发热 （受热）元件或设备的冷却效果，保障设备 的安全、经济运行
电子器件的导 热模块（TCM） 核反应堆中的 燃料棒冷却
1 D dpA 1 D dpw vx c Ax RT dx c Ax RT dx D dpw D dpw D dpw cwx Nw cwx v x RT dx RT dx RT dx c Ax 对于理想气体, 有 c Ax pw pA , cwx , RT RT cwx pw c Ax p A
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
两种典型的质扩散过程
单向扩散 问题描述 但另一方面，量筒口处空气的分压力显然要大于水 面上的分压力，因而必须有空气不断地从量筒口向 量筒底部扩散，这样便会在水平面上积聚起越来越 多的空气。为了维持一个稳定的扩散过程，可以设 想一定会有一股沿水面的法线方向向上流动的混合 气流。该混合气流中夹带有空气，以补偿从量筒口 向水面的空气扩散。在量筒的任一截面上这股向上 的气流的流速应使该截面上空气的净质量交换率 （空气向下的扩散与补偿气流向上夹带的空气之差） 为零
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
两种典型的质扩散过程
等摩尔逆向扩散 稳态扩散时，等摩尔逆向扩散系数DAB与DBA间的关 系 稳态时整个扩散系统的总压力为常数：
dpA dpB p0 p A pB const 0 dx dx dcA DAB dpA DBA dpB N A DAB , NB dx RT dx RT dx 因N A N B , 得 : DAB DBA D
真冰溜冰场冷负荷计算
真冰溜冰场冷负荷计算摘要：本文通过一个项目实例，详细介绍了真冰溜冰场冷负荷的计算过程，并对计算过程进行分析。
关键词：真冰溜冰场详细负荷计算0.引言笔者最近在做一个真冰溜冰场的暖通设计，在设计过程中发现，对于真冰溜冰场在现有的规范及设计手册中没有具体的负荷计算实例。
设计手册中仅仅有负荷估算值及负荷分项计算表。
因此，通过这个案例和相关的研究，笔者试图给出一个具体的真冰溜冰场的冷负荷详细计算。
1.真冰溜冰场方案介绍项目位于河北邢台，为新建体育场馆内的一部分，室内冰场规格为61米x30米。
采用乙二醇作为载冷剂的采用大流量间接制冰系统。
乙二醇水溶液的供回水温度为-11.7 ℃/ -14.2 ℃，供回水温差取2.5℃。
排管材料采用DN25的不锈钢管，外径32mm，间距80mm。
排管平行于冰场长边，总供、回液管布置在冰场中间，采用三联箱中分式交叉供液方式。
冰场使用用途：满足全年不同公众娱乐性滑冰。
冰层表面积S约1738平方米（60米x 30米，圆角半径8.5米），冰层厚度40mm，凝结厚度为40毫米冰层所需的时间：48小时。
2.制冷负荷计算制冷量的计算必须考虑三个不同的操作情况，即保持冰块的制冷负荷，初次注水凝成冰块的制冷负荷和扫冰后再凝结冰块的制冷负荷。
2.1 保持冰块情况下，制冷负荷主要包括：A.地面（楼板）传热冷负荷，由下层穿过楼板及保温传至冰场的热量；B.对流传热与传质冷负荷，与冰场上空气的热交换量；C.辐射传热冷负荷；D.室内人员冷负荷，溜冰人员所产生的热量；E.水泵及管道的热损失，取所有其他冷负荷的15%。
其中A，B，C，D都是经由冰面传至制冷系统，但E是不经冰面传导的热量，所以计算冰场制冷负荷不需计算Ｃ，但计算制冷机组制冷负量时就要包括E。
A.地面（楼板）传热冷负荷热量会由三楼顶板、保温等，传至冰场，计算的方法如下：B.对流传热与传质冷负荷对流传热与传质冷负荷受空气的温度、湿度与冰场上空气的流动速度所影响，计算方法如下：C.辐射传热冷负荷；根据热辐射理论，一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射。
对流传质系数和对流传热系数的关系式
对流传热系数是热工学中非常重要的一个参数，它描述了流体在流动状态下传热的效率。
而对流传质系数则描述了气体或液体中溶质在对流传质过程中的传递效率。
对流传热系数和对流传质系数之间存在一定的关系，本文将从理论和实验角度探讨这两者之间的关系式。
一、对流传热系数的定义在热传递过程中，传热介质与传热表面直接接触并通过对流传热方式传递热量。
对流传热系数h描述了单位时间内单位面积内的热量传递率。
它的数值大小取决于传热介质的性质、流体流动状态、传热表面的几何形状等因素。
二、对流传质系数的定义对流传质系数K描述了单位时间内单位面积内的溶质传递率。
在液体或气体中，溶质可以通过对流传质的方式在流动的介质中传递。
对流传质系数对于描述溶质在流体中的传递效率起着至关重要的作用。
三、传热和传质的相似之处在传热和传质过程中，传递的方式都是通过流体的对流运动来实现的。
无论是传热还是传质，都是通过流体流动将热量或溶质从一个地方传递到另一个地方。
传热和传质在某种程度上具有共性。
四、对流传热系数与对流传质系数的关系通过理论分析和实验研究，可以得出对流传热系数h和对流传质系数K之间存在一定的关系。
在一些情况下，对流传热和对流传质的传递过程具有相似的特性，因此它们之间的关系也具有一定的相似性。
在一些传热和传质过程中，对流传热系数h与对流传质系数K之间存在着如下的关系式：h = α·K其中，α为传热和传质的相似系数。
在一些情况下，可以通过实验测定α的值，从而通过对流传质系数K来间接推导出对流传热系数h的数值。
五、结论对流传热系数和对流传质系数是描述流体传热和传质过程中重要的参数。
通过对其进行研究，我们可以更深入地了解流体传递热量和溶质的过程，从而提高传热和传质的效率。
而对流传热系数和对流传质系数之间存在一定的关系，通过研究和实验可以得出它们之间的关系式，从而更好地应用于工程实践中。
对流传热系数和对流传质系数的研究具有重要的理论和实际意义，希望未来可以进一步深入研究这一领域，在工程实践中更好地应用这些参数。
对流传热传质
2
3 热对流
n
湍流流动
n
热对流：由于流体质点发生相对位移而引起的热量传递过 程 特点：热对流只发生在流体中，流体各部分间产生相对位 移 产生对流的原因：由于流体内部温度不同形成密度的差 异，在浮力的作用下产生流体质点的相对位移，使轻者上 浮，重者下沉，称为自然对流；由于泵、风机或搅拌等外 力作用而引起的质点强制运动，称为强制对流 流动的原因不同，热对流的规律也不同。在强制对流的同 时常常伴随有自然对流
n
在速度、热和传质的边界层内有如下特点
n
层内分子扩散传质起主要作用 层外为接近于无传质的等密度区
4 轴对称圆柱坐标的 边界层动量和能量方程式
n
工程上经常遇到 流体在 圆管和 圆环中的流动、传热和传质 问题，圆柱坐标是很好 的分析 坐标
n n
边界层动量方程 边界层能量方程
2
n
该 坐标系 下的连续性方 程：根据前面相同的 步骤，分析 圆柱坐标中控制容积各 个界面 流入和流出质流量和变化 率 ，在稳 定的情况下， 连续性 方程为
n
整个流场分为两个区域： 边界层区： 层内动量传递主要取决 于分子动量传递 层外势流区：可近似按 无粘性的势流理论计算
n
整个温场分为两个区域： 热边界层区： 层内分子导热起主要作 用 层外的近似等温区
传质边界层
n
当混合物 流体掠过平壁时，若 某一组成物的质量百 分 数和壁面 上的数值不等，就要引起传质，在近壁的一 薄层流体中有显著的密度梯度 ，称为传质边界层
n
n n n n n
1975年日本公司开发出了Thermoexcel-E 型沸腾换热强 化管，充分利用了这一思想，开创了高效相变传热管商业 生产的先河，从此国际上形成了一个极大的产业： 德国: Wieland； 美国: Wolverine； 芬兰: Outkupum； 中国：金龙 从气化核心这一技术科学问题的解决到多种商用沸腾 换热强化表面的开发给我们一个重要的启示：一个技术科 学理论问题的解决会变成生产力，会产生巨大经济效益。
传热与传质总结
传热与传质学习总结通过本课程的学习，使我获得了比较宽广和巩固的热量和质量传递规律的‘；；；；；；；【’l'；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；【；；；；；咯；；；；；；；基本知识，初步具备分析工程传热与传质问题的基本能力。
传热传质学主要介绍传热、传质过程所遵循的基本原理；分析稳态和非稳态条件下热传导及质量扩散现象；研究热对流过程中的能量平衡及质量传递的问题；讨论解决实际工程问题的数学方法。
总的来说，传热与传质主要讲的是对流换热现象以及对流换热中的问题及解答。
在含有两种或两种以上组成的流体内部，如果有组分的浓度梯度存在，则每种的组分都有向其低浓度梯度方向转移，以减弱这种浓度不均匀的趋势，混合物的组分在浓度梯度作用下有高浓度向低浓度方向的转移过程称为传质，亦称质量传递。
正如温度差是热量的传递的推动力那样，浓度差是质量传递的的推动力。
在二元混合物中，温度梯度或者总压力梯度的存在也会产生扩散，分别称为热扩散和压力扩散，这些扩散的结果会引起相应的浓度扩散，不过当温度梯度和总压力不大时，热扩散与压力扩散所引起的质量传递可以忽略不计。
含有大量孔隙的固体称为多孔固体。
在多孔固体的孔隙中大都存在流体(液体与/或气体)，因此，多孔固体实质上是固体与流体的多相混合体，或者说，是固体骨架与流体的多相混合体。
在不同应用场合，多孔固体又被称为多孔物体、多孔物料、多孔材料或多孔介质。
多孔介质的一个显著特点是，多相体系组成的多孔介质中的流体相是连续相，固相骨架可以是连续相，而更多是非连续相。
孔固体、多孔介质与多孔材(物)料尽管它们的基本内涵是相同的，但在不同应用场合，为了更真实地表示物理过程，更准确的给予数学描述，使用不同的名词是必要的。
夲书以材料学科为背景讨论传热传质问题，因此，将更多地使用多孔材料传热传质。
学习了这门课程，让我知道了几个守恒原理，即质量守恒原理、动量定理、能量守恒原理。
这些原理是解决传热与传质问题所要用到的基本原理，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。
传热与传质理论研究及应用
传热与传质理论研究及应用在工程领域具有重要意义，对于各种系统的设计与优化起着至关重要的作用。
从热力学的角度来看，传热与传质是研究物质在不同状态间传递的过程，其研究涉及到温度、压力、物质浓度等多个因素的综合考虑。
本文将从传热与传质理论的基础入手，探讨其在不同工程领域的具体应用，以及当前研究中存在的问题与挑战。
一、传热与传质理论基础传热与传质理论是热力学的基础知识之一，通过研究物质在空间内传递的方式和速率，可以对工程系统的性能进行准确评估。
传热主要包括传导、对流和辐射三种方式，而传质则包括扩散、对流和传递等机制。
这些传热与传质现象在自然界和工程领域中随处可见，为了更好地控制和利用这些现象，工程师们需要对传热与传质理论有深入的了解。
二、传热与传质理论在工程领域的应用1. 传热与传质在汽车工程中的应用在汽车发动机中，传热与传质是一个关键的问题。
通过对冷却系统的优化设计，可以提高发动机的效率和性能，减少能源的消耗。
同时，传热与传质的研究也可以帮助汽车制造商设计出更加环保和节能的汽车。
2. 传热与传质在建筑工程中的应用建筑工程中的空调系统和供暖系统都涉及到传热与传质理论的应用。
通过合理设计空调系统的传热与传质过程，可以提高建筑物的舒适度和节能效果。
在冬季保暖时，建筑的传热与传质特性也需要得到合理的考虑。
3. 传热与传质在化工工程中的应用在化工生产过程中，传热与传质是一个极其重要的环节。
通过对传热与传质过程的深入研究，可以提高化工生产的效率和产率，减少能源的消耗和物质的浪费。
同时，传热与传质的研究也可以帮助化工企业设计出更加安全和环保的生产系统。
三、传热与传质理论研究的现状及存在的问题尽管传热与传质理论在工程领域有着广泛的应用，但在实际研究中仍然存在一些问题和挑战。
其中包括传热与传质模型的建立和求解方法、实验数据的获取和验证、以及跨尺度传热与传质过程的研究等方面。
未来的研究需要进一步深入探讨这些问题，并提出相应的解决方案，以推动传热与传质理论的发展和应用。
电子教案与课件：传热和传质基本原理 C10FULL
qs
l hfg
qs
10.4b
Db
l g
10.4a
V qs
10.3.2 池内沸腾的模式
沸腾曲线可以说明支配沸腾过程的物理机理。
1）这条具体的曲线是针对水的，但其他流体 也有类似的趋势。
2）这条曲线是通过改变表面温度并测量热流 密度获得的，即温度控制模式。
3）由牛顿冷却定律，qs hTs Tsat h Te ，
可知热流密度既与对流系数也与过余温度有关。
Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, vol. 37, no. 206, pp. 367-374, June 1934. The English translation was published twice in International Journal of Heat and Mass Transfer, in vol. 9, pp. 1419-1433, 1966 and in vol. 27, pp. 959-970, 1984.
3）固-液交界面上的沸腾，或固-汽（刚开始）、液-汽交界面上的凝结
沸腾与凝结的特征
1）涉及流体的运动，属对流传热模式，但不是单相流体传热。 2）由于存在相变，会发生流体放热或吸热而流体温度不变的情况。 3）重要参数：潜热，液-气交界面上的表面张力，两相之间的密度差，
密度差引起的浮力远大于无相变的自然对流。 4）由于潜热和浮力驱动的流动的共同作用，使沸腾与凝结的换热系数
使用镍铬丝做实验时，当热流密度达到并略高于qmax 时， 线的温度突然跳至镍铬丝的熔点，发生烧毁现象。
用铂丝替换镍铬丝， 可获得 qmax 而不烧毁。
当依次降低功率时，
对流导论
• 如果雷诺数较小，惯性力影响远小于粘性力，扰动会耗散，流 动可以保持层流。但是如果雷诺数较大，惯性力足增强触发机 制，就会发生湍流的过渡。 • 雷诺数受表面粗糙度和自由湍流度的影响，一般取有代表性的 临界雷诺数的值5×105。
• 3.2层流和湍流状态下的热和组分浓度边界层。 流动特征也对对流传热和传质的速率有复杂的影响。 正如湍流混合在y=0处产生大的速度梯度，它也在固体表面福建产 生大的温度和组分浓度梯度，并导致过渡区中传热和传质系数 相应增大。
• 边界层的重要意义 对流过任意表面的的流动。速度边界层总是存在的因为存在表面摩 擦。同样的，如果表面和自由流的温度不同就会存在热边界层， 从而存在对流传热。如果一种组分的表面浓度和它的自由流浓 度不同，则会存在边界层，从而存在对流传质。 • 目前大部分的的木材干燥还是通过对流换热换质来实现，以对 流换热的方式由干燥介质（通常为热空气或过热蒸汽）以对流 方式传给湿木材，使水汽汽化。汽化的蒸汽扩散至干燥介质主 体，再由介质带走实现木材干燥。因此对流传热传质需要重点 了解 • 关键的边界层参数分别为摩擦系数Cf，对流换热系数h，以及对 流传质系数hm。它们在具体问题的分析中具有重要的意义。
• 由于湍流导致混合，后者又削弱了传导和扩散在决定热和组分 边界层厚度中的重要性，因此湍流中的速度、热和组分边界层 厚度之间的差别要比层流中的小的多。 • 如果流体的密度或动力黏性系数依赖于温度或组分浓度则传热 和、或传质的存在可以影响从层流向湍流过渡的位置。
4.边界层方程
• 层流边界层方程： • 在流体中的每一点上，质量、能量和化学组分守恒，以及牛顿 第二运动定律必须得到满足。 • 我们将注意力限制于满足一下条件的应用：物理力可以忽略， 没有热能的产生，以及流动中不发生化学反应。 • 动量方程：其中右边第一项代表净压力，第二项代表黏性切应 力的净作用。
化工问题的建模与数学分析方法 第一章习题及答案
各章习题选解（仅供参考） 第一章习题1. （√） 在一个有效容积为V 的半连续式搅拌反应器中，由原料Ａ生产物质Ｂ，若浓度为c 0流量为Q 的Ａ溶液加入空反应器，反应遵循以下连串-可逆步骤C B A k kk −→−−−←−→−321 且所有的反应均为一级，证明在反应器中Ｂ的克分子数N B 是以下微分方程的解C RN dt dN P dt N d B BB =++22式中1031321k Qc C k k R k k k P ==++=证明：对A 、B 分别作质量衡算，有A ：)1(210dt dN N k N k Q c AB A =+- B ：)2(321dtdN N k N k N k BB B A =--由（2）得到：102(3)AA B dN k N c Q k N dt=+-（3）代入（2），得：210131232()(4)B BB dN d N k c Q k k N k k k dt dt -=+++令123130,,P k k k R k k C c Q =++==得22(5)B BB d N dN P RNC dt dt++=证毕。
2. 冬天的池塘水面上结了一层厚度为l 的冰层，冰层上方与温度为T w 的空气接触，下方与温度为0℃的池水接触。
当T w ＜0℃时，水的热量将通过冰层向空气中散发，散发的热量转化为冰层增加的厚度。
已知水结冰的相变潜热为L f ，冰的密度为ρ，导热系数为k ，导温系数为α，求：1) 当气温T w 不随时间变化时，给出冰层厚度随时间变化的关系，若L f ＝3.35×105J/kg ，ρ＝913kg/m 3，k ＝2.22W/m °K ，T w ＝－10℃，问冰冻三尺，需几日之寒？2）当气温随时间变化时，设T w ＝T w (t)已知，导出冰层厚度变化的完整数学模型。
解：(1) 冰层的温度为0℃，水通过冰层向空气散发热量，记为Q ，该热量用于水结成冰。
对流传质和对流传热的异同
对流传质和对流传热的异同一、对流传质的定义及特点对流传质是指质量传递过程中，通过流动介质的对流作用而实现的。
对流传质的特点主要包括以下几点：1. 对流传质需要流动介质的存在，即质量传递是通过流体的流动实现的。
2. 对流传质通常发生在较大的范围内，如气体、液体中的扩散现象。
3. 对流传质的速度和程度与流动介质的速度、温度、浓度梯度等因素有关。
二、对流传热的定义及特点对流传热是指热量传递过程中，通过流动介质的对流作用而实现的。
对流传热的特点主要包括以下几点：1. 对流传热需要流动介质的存在，即热量传递是通过流体的流动实现的。
2. 对流传热通常发生在较大的范围内，如气体、液体中的热传递现象。
3. 对流传热的速度和程度与流动介质的速度、温度、热传导性质等因素有关。
三、对流传质与对流传热的异同之处1. 相同之处传递质量还是传递热量，都离不开介质的流动。
同时，它们的传递速度和程度都与流动介质的速度、温度等因素有关。
2. 不同之处（1）本质区别：对流传质是质量的传递，而对流传热是热量的传递。
对流传质是指物质中不同组分之间的传递，如溶质在溶液中的扩散；而对流传热是指热量在流体中的传递，如水的加热过程中的热量传递。
（2）研究对象：对流传质主要研究物质中不同组分之间的传递规律和机制，如溶质在溶液中的扩散；而对流传热主要研究热量在流体中的传递规律和机制，如水的加热过程中的热量传递。
（3）影响因素：对流传质的速度和程度主要受流动介质的速度、浓度梯度等因素的影响；而对流传热的速度和程度主要受流动介质的速度、温度、热传导性质等因素的影响。
（4）应用领域：对流传质的研究广泛应用于化学工程、环境工程等领域，如污水处理、化工过程中的分离与提纯等；而对流传热的研究广泛应用于热工、能源等领域，如锅炉、换热器等设备的设计与优化。
四、结论质区别在于传递的是质量还是热量。
对流传质主要研究物质中不同组分之间的传递规律和机制，而对流传热主要研究热量在流体中的传递规律和机制。
流体力学中的湍流传热与传质研究
流体力学中的湍流传热与传质研究湍流是流体力学中一个重要的现象，存在于许多自然和工程问题中。
在湍流中，流体运动呈现出无规律、混乱和不可预测的特征，这导致了许多传热与传质问题的复杂性。
本文将探讨湍流传热与传质的研究现状和关键问题。
传热与传质是流体力学中的基本问题，涉及到能量和物质在流体中的传递和分布。
研究湍流传热与传质的目的在于深入理解湍流现象对传热与传质过程的影响，从而提高热传导和物质传递的效率。
湍流传热与传质的研究主要包括流体湍流特性的分析、湍流传热与传质机制的研究以及湍流流场的数值模拟方法等。
首先，湍流传热与传质的研究需要对流体湍流特性进行分析。
湍流的特点是流体运动具有无序性，这种无序性导致了流体中速度、温度和浓度等物理量的不规则分布。
因此，研究湍流传热与传质需要对湍流的统计性质进行分析，如湍流的均匀性、湍流的涡旋结构等。
通过对湍流特性的研究，可以为湍流传热与传质的研究提供基础。
其次，湍流传热与传质的研究需要揭示湍流传热与传质机制。
湍流运动中的涡旋结构对传热与传质起着重要作用。
湍流传热与传质的机制主要包括扩散、对流和湍流强化等。
扩散是指由浓度梯度或温度梯度引起的物质自发运动，对传热与传质起着基础性的作用。
对流是指由速度梯度引起的物质运动，对传热与传质起着重要的推动作用。
湍流强化是指湍流运动对传热与传质过程的增强作用。
研究湍流传热与传质的机制，可以揭示湍流对传热与传质的影响机理，为传热与传质问题的求解提供理论依据。
最后，湍流传热与传质的研究需要采用数值模拟方法。
由于湍流的复杂性，实验研究往往难以获取全面的湍流传热与传质数据。
因此，数值模拟成为研究湍流传热与传质的重要手段。
数值模拟可以通过计算流体的速度、温度和浓度等物理量的分布情况，来揭示湍流传热与传质的机制和规律。
目前，数值模拟方法在湍流传热与传质研究中已经得到广泛应用，为理解湍流现象和解决相关问题提供了有力工具。
总之，湍流传热与传质是流体力学中的重要研究领域，涉及到诸多复杂的物理现象和问题。
传热操作技术—对流传热(化工原理课件)
气泡的生 成条件2
汽化核心
汽化核心与加热面的粗糙程度、氧化情况、材料的性质及其不均 匀性等多种因素有关。
➢ 在无相变的对流传热时，热阻主要集中在层流底层 ➢ 但在沸腾给热时，气泡的生成和脱离对该薄层液体
产生强烈的扰动,使热阻大为降低。 ➢ 所以沸腾给热的强度要高于无相变化的对流给热。
层流底层 过渡层 湍流主体
湍流主体：流体质点的剧烈混合，热量传递主要依
TW
靠对流传热，热传导所起作用很小，这部分热阻很
小，传热速度极快，流体的温度差极小。
层流底层 过渡层 湍流主体
➢ 在对流传热时，热阻主要集中在层流底层 ➢ 减薄层流底层的厚度是强化对流传热的重要途径
T
热
Tw
流
体
冷
tw
流 体
t
δ1
δ2
流体通过间壁的热交换
液体在加 热面上的
沸腾
管内 沸腾
在一定压差作用下，以一定流 速流经加热管时所发生的沸腾 现象，又称为强制对流沸腾
强制对流沸腾
管壁上所产生的气泡不能自由上浮,而是 被管内液体所挟与其一起流动,从而造成 复杂的两相流动。因此,其机理要比池内 沸腾复杂。
过冷 沸腾
管内沸腾
流体主体温度低于饱和温度， 而加热面上有气泡生成
自然对流 核状沸腾 膜状沸腾
α
C
不
稳稳
定 膜
定 区
F
临界点 状 D E
B
ห้องสมุดไป่ตู้
A
0.1
1.0
10
10
10
Δt = (tw-ts)/℃
2
3
温度差和沸腾传热系数关系
当△t继继续增加,加热表面上形成一层稳定的气膜,把液体和加热表面完全隔开。但此 时壁温较高,辐射传热的作用变得更加重要,故α再度随△t的增加而迅速增加。
对流传热与传质-上海交通大学-杨强生-课后题答案
1-1：在怎样的条件下纳维埃－斯托克斯方程式可以转化为定物性流体的边界层动量方程式（1－57）？说明边界层中压力p只是x的函数的物理意义。
(1) N-S 方程的原始形式为（x 方向）：()X v div x x w z u z x v y u y x u x x D Du +∂∂-⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂+∂∂-= μμμμρτρ322在定物性流体、二维稳定流动的情况下，上式化简为： 展开其在x 、y 方向的表达式如下： 在速度边界层内有一下的特点和边界条件：v u >>,x u y u ∂∂>>∂∂,x v y u ∂∂>>∂∂,y vyu ∂∂>>∂∂ 量纲分析后，忽略流体所受的质量力和x 方向的速度梯度，化简结果如下：(2) 压力p 仅是x 的函数，则x p ∂∂可以写为dx dp ，从而根据边界层外势流区的伯努利方程可以求得压力，然后直接用于速度边界层。
1-2：设一定物性流体在二平行平板间作二维稳定的流动。
在离进口导边足够远的地方，y 方向的速度分量v ＝0，而u 只是y 的函数。
试根据纳维埃－斯托克斯方程式分别写出x 和y 方向的动量方程式，并说明怎样确定轴向压力梯度？解：定物性流体二维稳定流动的N-S 方程为：题目描述的条件下简化成为022=∂∂+-yudx dp μ轴向压力梯度dxdp由伯努利方程确定(const g v g p z =++22ρ)，dx du u dx dp ∞∞∞-=ρ 1-3.根据图1-13所示的轴对称旋转体的坐标系统，采用边界层中控制容积的方法，试推导出轴对称旋转体的连续性方程式（1-79）和边界层动量积分方程式（1-80）。
（1） 推导连续性方程： 如图示：图中δφδ⨯=R xx 轴上：从左边流入控制体的质量流量为：⎰=ludy G 012ρ；从右边流出控制体的质量流量为：δφρ⨯⨯+=⎰R dxdG udy G l1234； 则在x 轴上净剩余的质量流量为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯-=∆⎰δφρR udy dx d G lx 0； y 轴上：从下边流入控制体的质量流量为：δφρR v G w w =14；从上边流出控制体的质量流量为：δφρR v G l l =23；则在y 轴上净剩余的质量流量为：()δφρρR v v G l l w w y -=∆；对于稳定流，控制体内流体的密度为常数，即0=∂∂τρ，故根据质量守恒定律则有： 等式两边同除以δφR ，即得到公式（1-79），即： （2） 推导动量方程：（对于x 轴）脚标定义同上：⎰=ldy u M 0212ρ；δφ⨯⨯+=R dxdM M M 121234；由于0=w v 故014=M ；δφρR u v M l l l =23。
对流传质和对流传热的异同
对流传质和对流传热的异同流传质和对流传热都是指物质的传输过程，但是两者之间存在一些异同点。
相同之处：1. 本质上都是通过物质的不断运动来实现传输，无需任何介质。
2. 都遵循质量守恒定律，即传输过程中质量的总量保持不变。
不同之处：1. 传递的物理量不同：流传质是指传递的物质的质量，如气体、液体和固体颗粒等；而对流传热是指传递的热量。
2. 传输方式不同：流传质通常是通过流体的对流或扩散来传输，可以分为自然对流（靠密度差异引起）和强迫对流（外加压力差引起）；对流传热则是通过流体的对流来传输热量，同样可以分为自然对流和强迫对流。
3. 传输机制不同：流传质的传输机制主要有对流、扩散和湍流等；对流传热则主要是由于温度的差异引起的流体的密度不稳定性，从而形成对流运动，进而传输热量。
总的来说，流传质和对流传热都是通过流体的运动实现的物质传输过程，但针对的物理量和传输机制有所不同。
对流传质和对流传热是两种不同的物理过程。
它们的异同主要体现在以下几个方面：1.定义：对流传质指的是物质在流体中通过两种或多种运动方式（如扩散、对流）进行的传输过程；对流传热指的是热能在流体中通过传导和对流的方式进行的传输过程。
2.基本原理：对流传质是由于浓度差或浓度梯度引起的物质的质量传输；对流传热是由于温度差或温度梯度引起的热能的传输。
3.物理机制：对流传质的物理机制主要涉及流体的扩散、对流传质和分子传递等过程；对流传热的物理机制主要涉及流体的热传导、对流传热和辐射传热等过程。
4.传输特性：对流传质的传输特性由流体的物理性质、流体的流动速度和流体与物质之间的相互作用等因素决定；对流传热的传输特性由流体的热导率、传热界面的面积、温差和流体流动速度等因素决定。
总之，对流传质和对流传热在机制、原理和特性等方面存在一定的异同。
对流传质主要涉及物质的质量传输，而对流传热主要涉及热能的传输。
对于流体的传输过程，常常存在同时进行的情况，即同时进行对流传质和对流传热。
热流体学中的传热传质理论研究
热流体学中的传热传质理论研究热流体学是研究流体在高温、高压条件下流动、传热、传质、相变等过程的一门科学。
传热传质是热流体学研究的重点之一，其理论研究对于提高工业生产效率、节能减排、推动科学技术的发展都具有重要的意义。
传热传质理论主要研究物质内部的传递规律和能量的传递过程。
在热流体学领域，传热传质涉及到热传导、对流传热、辐射传热等多个方面，其中对流传热相对而言更加复杂。
对流传热的研究可以通过研究流体的速度分布和温度分布得出，因此需要对流体流动和传热过程进行数学建模。
越接近实际情况的模型可以描述越准确的流动和传热过程，从而推断出物质的温度、速度、压力等信息。
基于传热传质原理，科学家们提出了一套完整的理论分析方法。
通过对热传导定理、对流传热定理以及辐射传热定理的综合研究，可以得出一个完整的传热传质理论体系，其中最为基础的理论是热传导定律和对流传热定律。
热传导定律是传热传质理论的基本定理之一，它描述了物质内部的热传递机制。
这种热传递是由分子之间的相互作用而产生的，也可以理解为热量的自然传递。
热传导按照四个基本性质进行衡量，即温度差、物体间隔离、物体材料和物体量。
对流传热定律是热流体学的另一个基本定理，它是指通过流动的流体而进行的热传递。
当流体与固体界面接触时，会发生热量传递。
对流传热分两种类型，一种是天然对流传热，另一种是强制对流传热。
这两种类型在实际应用中都有重要的作用。
辐射传热定律是指物质表面之间的热辐射现象。
辐射热量可以通过温度高的物体向其他物体传递。
辐射传热的影响因素主要是温度、表面状况和辐射波长。
传热传质的理论研究成果可以应用于众多领域，如化学工程、航空航天、能源开发等。
在化学生产中，传热传质的研究可以被用来改进许多工艺流程，例如在化学反应中使用加热和冷却以达到最佳条件。
在航空航天领域，传热传质理论可以应用于火箭发动机的设计和电子设备散热。
此外，热流体学研究的成果可以被用来改善各种设备，以便节约能源并减少温室气体的排放。
化工工艺中的传热工艺有
化工工艺中的传热工艺有
化工工艺中的传热工艺包括：
1. 对流传热：通过流体的对流传热来实现能量的传递，如换热器中的冷热流体之间的传热。
2. 辐射传热：热辐射是由物体由于其温度而发射的电磁波所带来的传热，如在高温/低温设备上进行辐射传热。
3. 导热传热：通过物质的导热性质实现能量的传递，如在反应器、管道等设备中的传热。
4. 焓差传热：通过物质的相变过程实现能量的传递，例如蒸汽冷凝器中水蒸汽的冷凝过程。
这些传热工艺在化工工艺中十分常见，并且在优化设计和能耗控制方面起着重要作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
对流传热与传质
第一章导论
第二章守恒原理
§2.1质量守恒原理
§2.2动量定理
§2.3能量守恒原理
第三章流体应力与通量定律
§3.1粘性流体应力
§3.2傅立叶热传导定律
§3.3费克扩散定律
§3.4输运性质的无量纲组合
§3.5湍流输运系数
第四章边界层的微分方程
§4.1边界层概念
§4.2连续方程
§4.3动量方程
§4.4质量扩散方程
§4.5能量方程
§4.6湍流边界层方程
第五章边界层的积分方程
§5.1动量积分方程
§5.2排量厚度与动量厚度
§5.3动量积分方程的其它形式
§5.4能量积分方程
§5.5焓厚度与传导厚度
§5.6能量积分方程的其它形式
第六章动量传递：外部层流边界层
§6.1相似性解：常物性和恒定自由流速度时的层流不可压缩边界层
§6.2时的层流不可压缩边界层的相似性解
§6.3时的层流不可压缩边界层的相似性解
§6.4非相似动量边界层
§6.5由动量积分方程导得的恒定自由流速度时的层流边界层近似解
§6.6旋成体上自由流速度任意变化时的层流边界层近似解
第七章传热：外部层流边界层
§7.1沿定温半无限大平板的恒定自由流速度时的流动
§7.2沿定温半无限大平板的流动
§7.3沿具有吹出或吸入的定温半无限大平板的流动
§7.4非相似热边界层
§7.5沿具有未加热起始长度的半无限大平板的恒定自由流速度的流动
§7.6沿具有任意指定的表面温度的半无限大平板的恒定自由流速度的流动§7.7沿具有任意指定的表面热通量的半无限大平板的恒定自由流速度的流动§7.8任意形状的定温物体上的流动
§7.9任意形状且具有任意指定的表面温度的物体上的流动
§7.10具有边界层分离的物体上的流动
第八章动量传递：湍流动量边界层
§8.1层流边界层向湍流边界层的过渡
§8.2湍流边界层的定性结构
§8.3湍流扩散率的概念与湍流粘性系数
§8.4普朗特混合长度理论
§8.5壁面附近切应力分布
§8.6关于与情况下的壁面定律
§8.7动量边界层的近似解
§8.8平衡湍流边界层
§8.9散逸湍流边界层
§8.10连续壁面定律：模型
§8.11完全混合长度理论的概述
§8.12表面粗糙度的影响
§8.13轴向压力梯度的影响
§8.14高级湍流模型
第九章传热：湍流边界层
§9.1传热的湍流扩散率概念与湍流传导系数
§9.2雷诺比拟
§9.3热边界层的壁面定律
§9.4恒定自由流速度与定壁温时沿半无限大平板的传热解
§9.5沿具有未加热起始长度的计算无限大平板的恒定自由流速度的流动
§9.6沿具有任意指定的表面温度的半无限大平板的恒定自由流速度的流动§9.7沿具有任意指定的表面热通量的半无限大平板的恒定自由流速度的流动§9.8具有任意变化的自由与流速度和表面温度的轴对称物体
§9.9散逸湍流边界层
§9.10膜冷却
§9.11湍流普朗特数
§9.12完全混合长度理论的概述
§9.13表面粗糙度的影响
第十章流体物性依赖于温度时的影响
§10.1外部层流边界层：气体情况
§10.2外部湍流边界层：气体情况
第十一章高速对流传热
§11.1滞止焓方程
§11.2对于的流体的高速热边界层
§11.3对于情形的常物性层流边界层
§11.4对于变物性气体的层流边界层
§11.5参考物性对高速层流边界层计算的应用
§11.6对于变物性气体的湍流边界层
§11.7高速湍流边界层计算用的参考物性
§11.8可变自由流速度与可变温差的马赫数与大温差校正
第十二章自由对流边界层
§12.1自由对流的边界层方程
§12.2相似性解：定温半无限大垂直平板上的层流流动
§12.3变表面温度时的相似性解
§12.4壁面有吸入或吹出时的相似性解
§12.5近似积分解：定温半无限大垂直平板上的层流流动§12.6变物性的影响
§12.7自由对流的流动状况
§12.8半无限大垂直平板上的湍流流动
§12.9其它几何形状时的自由对流传热解
§12.10混合自由对流和受迫对流
习题
参考文献。