第5章-传热知识讲解
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常见的管道、设备多为圆筒壁，传热沿 r 方向
T1
T1
变化（设长度L＞＞r）进行，为一维稳态热传
Φ
导，但温度、传热面积随半径的变化而变化。
取半径 r 处厚度为 dr 的薄圆筒体，由Fourier 定律：
2rLdT dr
r2
dr2
T2
L
d
T
r r2
T1
T1 T2
r1 r2
2 nrr 1 2 L(T1T2)T1 Am T2
Ti Ri
多层圆筒壁稳态传热的特点：
（1）通过每一层的Φ相同（为常数） ，但q不相同； （2）对每一层温度差和热阻成正比，△Ti∝Ri ； （3）在每一层中温度分布为曲线。
• 第三 节 对流传热及其计算
当流动的流体与固体壁面进行传热时，过程包括由流体质点的运动、混合
和热传导的方式进行，因而对流传热实质是对流和导热两者共同作用的结果， 而且与流动状况有关。
T R
其中：
Am
A2 A1 n A2
2rmL
A1
rm
r 2 r1 n r2
r1
由此得到（1）传热速率 qm A A m(T 1T2) R T
（2）温度分布
为对数曲线。
r
T T1 2Lnr1
2、多层圆筒壁的一维稳态热传导
2L(T1Tn1)T1Tn1
1nri1
i
i
ri
iAmi
传热过程为稳态传热）： T = f（x，y，z）
若物体内部温度只沿一个方向而变化，称为一维稳
定温度场：
T = f（x）
2、等温面和等温线
某时刻温度场中相同温度的点连成的线或组成的面，称 为等温线或等温面。不同的等温线或面不相交，而传热发生 在不同的等温线或面之间。
3、温度梯度
不同的等温面间单位距离的温度变化程度不同，但以法 线方向上温度的变化率最大，因而定义两相邻等温面间的温 度差与其距离的比值为温度梯度。即：
一、对流传热过程分析
Q
实际的对流传热过程十分复杂，工程上 为了方便计算，将对流传热过程简化为 通过厚度为δ的虚拟层流膜层的热传导问 题。
T
TW
tW t
δ
二、对 流传热A速T率方A程T式
该方程称Newton Law of Cooling，其中α称为对流传热系数，W/（m2·K）。 α表示单位温度差下、单位传热面积上通过对流传热方式传过的热量，其大小 反映对流传热的快慢程度。α 不是物性参数，而与流动的状态密切相关，表
gr adiTm (T)T n 0 n n
注：grad T为向量，正向为温度 增加的方向，与传热的方向相反。
4、Fourier 定律
1822年 Fourier 得出了热传导的基本定律： q T
其中：q-----单位面积的传热量，W/m2；
n
λ----导热系数（热导率），W/（m·k）。
5、导热系数（热导率）
界层内的传热以热传导为主。传热边界层的厚度受流动状况的直
接影响，若改善流动状况，降低层流底层厚度，传热边界层变薄，
热阻减小，α就会提高，为强化传热的主要途径。
2、影响对流传热的因素
理论分析和实验表明影响α的主要因素有：①流体的种类和 状态(气、液、蒸汽，相变化）；②流体的性质（ρ,Cp,λ,μ）；③流体 的流动形态；④引起流动的原因(自然对流αvg△T ，强制对流）； ⑤传热面的形状、位置和大小（常用特征尺寸L表示）。
T2
q dx dT
0
T1
T
T1
Q
dT
T2 dx
q (T1 T2)
δ
x
由此得到（1）传热速率 （2）温度分布
qA A(T1T2)RT
T T1 Ax
2、多层平壁的一维稳态热传导
由几种不同材料组成的平壁，称为多层平壁。其中各层传热面积相等为A， 厚度δi ，导热系数λi为常数，层与层间紧密接触，各点温度不随时间变化，传 热沿 x 方向进行，设T1＞T4。 当稳态传热时，通过各层的传热速率相等，即：
T11T2 T22T3 T33T4
1A
2A
3A
T1
Tn1
i
i A
Ti Ri
T
T1
Φ
T2 T3 T4
多层平壁稳态传热的特点：（1）通过每一层的Φ、q均相同 （为常数）；（2）对每一层温差和热阻成正比，△Ti∝Ri ；（3） 在每一层中温度分布为直线。
三、圆筒壁的一维稳态热传导
T
1、单层圆筒壁的一维稳态热传导
5—1列出其数值范围。计算对流传热的关键是计算α。
三、对流传热的机理
T∞
1、传热边界层
TW
流体与固体壁面之间的传热，在近壁处也会形成一个具有温
度梯度的薄层，称为传热边界层。一般规定（TW－T）=0.99 （TW－T∞）处为传热边界层，厚度δ。在传热边界层中，最大的 温度梯度发生在层流底层，边界层以外不存在传热阻力，传热边
第5章-传热
• 2、冷却剂：常用空气和水，但冷却温度不低于20～30℃，当要求将物料冷到 环境温度以下时，采用冷冻剂如冷冻盐水（ 0～-15℃），氟里昂（ -30～40℃），液氨（ -33℃），液态乙烷（ -87℃），液态乙烯（ -103℃）等。
• 3、载热体的选择：不同的载热体影响传热设备型式及其操作费用，一般主要 考虑载热体的温度是否易于调节控制、安全性、稳定性、腐蚀性、价格等。
•
第二节 热传导及其计算
一、热传导的基本定律 导热过程和物体内各部分间的
温度差有关，为进行导热计算要了解物体内部不同位置、不同时 刻温度的状况，需知道温度在空间和时间上的分布及变化强度。
1、温度场 任一时刻，温度在物体上所有各点的分 布，称为温度场，即： T = f（x，y，z，t）
若各点温度不随时间而变化，称为稳定温度场（其
λ为物质物性参数之一，表明物质导热能力的大小, 反映物质在单位面积、单位温度梯度下传导的热量。
λ =f(种类,结构,密度,温度,状态,湿度,压强等)，其数值由实 验测定。
通常金属的λ最大（35～420，随温度升高而降低），非 金属的λ次之（0.1～3.0，随温度升高而增加）,液体的λ较小 （0.07～0.7，大多数随温度升高而降低），气体的λ最小 （0.006～0.6，随温度升高而升高）。
注:λ＜0.17的材料可作为保温隔热材料。
Байду номын сангаас
二、平壁的一维稳态热传导
平壁指长和宽远大于厚度的壁面，沿边缘散热不 计，温度只沿x方向发生变化。
1、单层平壁的一维稳态热传导
由一种材料组成λ为常数，温度不随时间变化，T1＞T2。 在平壁内取厚度为dx的微元，温差dT，据Fourier 定律：
q dT
dx
T1
T1
变化（设长度L＞＞r）进行，为一维稳态热传
Φ
导，但温度、传热面积随半径的变化而变化。
取半径 r 处厚度为 dr 的薄圆筒体，由Fourier 定律：
2rLdT dr
r2
dr2
T2
L
d
T
r r2
T1
T1 T2
r1 r2
2 nrr 1 2 L(T1T2)T1 Am T2
Ti Ri
多层圆筒壁稳态传热的特点：
（1）通过每一层的Φ相同（为常数） ，但q不相同； （2）对每一层温度差和热阻成正比，△Ti∝Ri ； （3）在每一层中温度分布为曲线。
• 第三 节 对流传热及其计算
当流动的流体与固体壁面进行传热时，过程包括由流体质点的运动、混合
和热传导的方式进行，因而对流传热实质是对流和导热两者共同作用的结果， 而且与流动状况有关。
T R
其中：
Am
A2 A1 n A2
2rmL
A1
rm
r 2 r1 n r2
r1
由此得到（1）传热速率 qm A A m(T 1T2) R T
（2）温度分布
为对数曲线。
r
T T1 2Lnr1
2、多层圆筒壁的一维稳态热传导
2L(T1Tn1)T1Tn1
1nri1
i
i
ri
iAmi
传热过程为稳态传热）： T = f（x，y，z）
若物体内部温度只沿一个方向而变化，称为一维稳
定温度场：
T = f（x）
2、等温面和等温线
某时刻温度场中相同温度的点连成的线或组成的面，称 为等温线或等温面。不同的等温线或面不相交，而传热发生 在不同的等温线或面之间。
3、温度梯度
不同的等温面间单位距离的温度变化程度不同，但以法 线方向上温度的变化率最大，因而定义两相邻等温面间的温 度差与其距离的比值为温度梯度。即：
一、对流传热过程分析
Q
实际的对流传热过程十分复杂，工程上 为了方便计算，将对流传热过程简化为 通过厚度为δ的虚拟层流膜层的热传导问 题。
T
TW
tW t
δ
二、对 流传热A速T率方A程T式
该方程称Newton Law of Cooling，其中α称为对流传热系数，W/（m2·K）。 α表示单位温度差下、单位传热面积上通过对流传热方式传过的热量，其大小 反映对流传热的快慢程度。α 不是物性参数，而与流动的状态密切相关，表
gr adiTm (T)T n 0 n n
注：grad T为向量，正向为温度 增加的方向，与传热的方向相反。
4、Fourier 定律
1822年 Fourier 得出了热传导的基本定律： q T
其中：q-----单位面积的传热量，W/m2；
n
λ----导热系数（热导率），W/（m·k）。
5、导热系数（热导率）
界层内的传热以热传导为主。传热边界层的厚度受流动状况的直
接影响，若改善流动状况，降低层流底层厚度，传热边界层变薄，
热阻减小，α就会提高，为强化传热的主要途径。
2、影响对流传热的因素
理论分析和实验表明影响α的主要因素有：①流体的种类和 状态(气、液、蒸汽，相变化）；②流体的性质（ρ,Cp,λ,μ）；③流体 的流动形态；④引起流动的原因(自然对流αvg△T ，强制对流）； ⑤传热面的形状、位置和大小（常用特征尺寸L表示）。
T2
q dx dT
0
T1
T
T1
Q
dT
T2 dx
q (T1 T2)
δ
x
由此得到（1）传热速率 （2）温度分布
qA A(T1T2)RT
T T1 Ax
2、多层平壁的一维稳态热传导
由几种不同材料组成的平壁，称为多层平壁。其中各层传热面积相等为A， 厚度δi ，导热系数λi为常数，层与层间紧密接触，各点温度不随时间变化，传 热沿 x 方向进行，设T1＞T4。 当稳态传热时，通过各层的传热速率相等，即：
T11T2 T22T3 T33T4
1A
2A
3A
T1
Tn1
i
i A
Ti Ri
T
T1
Φ
T2 T3 T4
多层平壁稳态传热的特点：（1）通过每一层的Φ、q均相同 （为常数）；（2）对每一层温差和热阻成正比，△Ti∝Ri ；（3） 在每一层中温度分布为直线。
三、圆筒壁的一维稳态热传导
T
1、单层圆筒壁的一维稳态热传导
5—1列出其数值范围。计算对流传热的关键是计算α。
三、对流传热的机理
T∞
1、传热边界层
TW
流体与固体壁面之间的传热，在近壁处也会形成一个具有温
度梯度的薄层，称为传热边界层。一般规定（TW－T）=0.99 （TW－T∞）处为传热边界层，厚度δ。在传热边界层中，最大的 温度梯度发生在层流底层，边界层以外不存在传热阻力，传热边
第5章-传热
• 2、冷却剂：常用空气和水，但冷却温度不低于20～30℃，当要求将物料冷到 环境温度以下时，采用冷冻剂如冷冻盐水（ 0～-15℃），氟里昂（ -30～40℃），液氨（ -33℃），液态乙烷（ -87℃），液态乙烯（ -103℃）等。
• 3、载热体的选择：不同的载热体影响传热设备型式及其操作费用，一般主要 考虑载热体的温度是否易于调节控制、安全性、稳定性、腐蚀性、价格等。
•
第二节 热传导及其计算
一、热传导的基本定律 导热过程和物体内各部分间的
温度差有关，为进行导热计算要了解物体内部不同位置、不同时 刻温度的状况，需知道温度在空间和时间上的分布及变化强度。
1、温度场 任一时刻，温度在物体上所有各点的分 布，称为温度场，即： T = f（x，y，z，t）
若各点温度不随时间而变化，称为稳定温度场（其
λ为物质物性参数之一，表明物质导热能力的大小, 反映物质在单位面积、单位温度梯度下传导的热量。
λ =f(种类,结构,密度,温度,状态,湿度,压强等)，其数值由实 验测定。
通常金属的λ最大（35～420，随温度升高而降低），非 金属的λ次之（0.1～3.0，随温度升高而增加）,液体的λ较小 （0.07～0.7，大多数随温度升高而降低），气体的λ最小 （0.006～0.6，随温度升高而升高）。
注:λ＜0.17的材料可作为保温隔热材料。
Байду номын сангаас
二、平壁的一维稳态热传导
平壁指长和宽远大于厚度的壁面，沿边缘散热不 计，温度只沿x方向发生变化。
1、单层平壁的一维稳态热传导
由一种材料组成λ为常数，温度不随时间变化，T1＞T2。 在平壁内取厚度为dx的微元，温差dT，据Fourier 定律：
q dT
dx