第三章 传热传质问题的分析和计算
3.1动量热量质量传递类比分析
其次，分子传递性质可以由逐点局部平衡的定律来确定；然 而对于湍流传递性质来说，应该考虑其松弛效应，即历史和 周围流场对某时刻、某空间点湍流传递性质的影响。
cp dy
dy
jA
DAB
d A
dy
jA
DAB
d A
dy
因而这三个传递公式可以用如下的统一 公式来表示
FD' C d dy
其中，FDφ’表示φ’的通量密度，dφ/dy表 示φ的变化率，C为比例常数。φ’可分别表示 质量、动量和热量，而φ可分别表示质量浓度 (单位体积的质量)，动量浓度(单位体积的动 量)和能量浓度(单位体积的能量)。
当ν= a = D或
a 1
aDD
且边界条件的数学表达式又完全相同，则它 们的解也应当是一致的，即边界层中的无因 次速度、温度分布和浓度分布曲线完全重合。
对流体沿平面流动或管内流动时质交换的准则关联式
Sh f (Re,Sc)
hml f ul , D D
在给定Re准则条件下，当流体的a = D即流体
Re
1/ x
2
NuL
0.664 Pr1/3
Re
1/ L
2
平板紊流传热
ShL
0.664Sc1/ 3
Re
1/ L
2
平板紊流传质
Nux 0.0296 Pr1/3 Re x4/5 NuL 0.037 Pr1/3 ReL4/5
Shx 0.0296Sc1/3 Rex4/5 ShL 0.037Sc1/3 ReL4/5
【最新整理】传热与传质学-第三章-稳态热传导-new
（2）试用N表示通过复合平壁的热流密度和导热速率。
（3）N=10时，计算第5、6层平壁交界面处的温度。
分析：
tf1
➢ 按题意，一维、稳态h1 、平壁导热问题，第三类边界条件； t2
➢ 已知平壁相关尺寸、热导率；流体温度及对流换热系数；
t3
h2
dT dr
c1
T c1 ln r c2
T1 c1 ln r1 c 2 ; T 2 c1 ln r2 c 2
应用边界条件 获得两个系数
c1
T2 ln ( r2
T1 r1 )
;
c2Biblioteka T1(T2T1 )
ln r1 ln(r2 r1 )
T
T1
T2 ln(r2
T1 r1 )
ln(r
r1 )
将系数带入第二次积分结果
tf2
（1）当N=3时，请画出等效热网络图，并标明各部分热阻。
q
Tf 1 tf1
t1
t2
t3
t2
tf2 Tf 2
Rconv,1 三 Rc层 ond平,1 壁Rc的on稳 d ,2态R导con热d ,3 Rconv,2
各热阻：
Rconv,1
1 h1 A
Rconv,2
1 h2 A
L
Rcond ,1 k 1 A
RN 5,total
L
k 1
A
2
1 251
1 h1 A
0.5469K
/W
由于第5、6层平壁交界面处的温度可以表示为：
q Tf 1 T5,6 RN 5,total
因此，第5、6层平壁交界面处的温度为：
《热质交换原理与设备》课程教学大纲(本科)
热质交换原理与设备(Principle and Equipment of Heat and Mass Transfer)课程代码：02410040学分：2.0学时：32 （其中：课堂教学学时：28实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：《传热学》、《工程热力学》、《流体力学》适用专业：建筑环境与能源应用工程教材：热质交换原理与设备，连之伟，北京：中国建筑工业出版社，第四版一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热质交换原理与设备》是具有承上启下意义，同时起到连接相关专业基础课与专业课桥梁作用的专业基础课。
它是在《传热学》、《流体力学》和《工程热力学》的基础上，将专业中《冷热源工程》、《暖通空调》、《热泵原理与应用》等专业课中涉及流体热质交换原理及相应设备的共性内容抽出，经综合、充实和系统整理而形成的一门专业基础课程。
此课程兼顾理论知识和设备知识，培养学生较全面掌握动量传输、热量传输及质量传输共同构成的传输理论的基础知识，掌握本专业中的典型热质交换设备的热工计算方法，为进一步学习本专业的专业课程打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:掌握传质的理论基础，包括传质的基本概念，扩散传质、对流传质的过程及分析, 相际间的热质传递模型。
课程目标2：理解传热传质的分析和计算知识，包括动量、热量和质量的传递类比，对流传质的准则关联式，热量和质量同时进行时的热质传递；学会运用所学知识分析实际问题。
课程目标3：熟悉空气热质处理方法，包括空气处理的各种途径，空气与水/固体表面之间的热质交换过程及主要影响因素，吸附和吸收处理空气的原理与方法，用吸收剂处理空气和用吸附材料处理空气的原理与方法；学会理论联系实际，分析环境控制领域常用的空气热质处理原理。
课程目标4：掌握热质交换设备的热工计算方法，包括间壁式热质交换设备的热工计算，混合式热质交换设备的热工计算和复合式热质交换设备的热工计算，能够针对具体需求对常见热质交换设备进行设计计算和校核计算。
第三章传热传质问题的分析与计算
第三章传热传质问题的分析与计算第三章：传热传质问题的分析与计算在工程领域中，传热传质问题是一个非常重要的研究方向。
它涉及到热量和物质的传递，对于工业过程的高效运行和优化具有至关重要的影响。
在本章中，我们将探讨传热传质问题的分析与计算方法，以及如何应用这些方法解决实际工程问题。
首先，我们需要了解传热传质的基本概念。
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
常见的传热方式有三种：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子和原子之间的碰撞传递。
对流是指热量通过流体的运动传递。
辐射是指热量通过电磁辐射传递，例如太阳辐射。
类似地，传质是指物质通过扩散或对流传递的过程。
扩散是指物质通过浓度梯度的差异进行传递。
对流是指物质通过流体的运动进行传递，例如空气中的氧气通过呼吸进入人体。
在传热传质问题的计算中，我们需要考虑各种参数和变量，例如温度、密度、热传导系数、速度、浓度等。
这些参数可以通过实验测量或理论计算得到。
同时，我们需要根据问题的具体情况选择合适的方程和模型进行计算。
对于传热问题，我们经常使用热传导方程进行计算。
热传导方程描述了热量在固体中的传递过程。
它可以用来计算温度场的变化。
在计算中，我们需要确定边界条件和初始条件，并使用适当的数值方法求解方程。
在传质问题中，我们可以使用物质传质方程进行计算。
物质传质方程描述了物质的浓度分布随时间和空间的变化。
类似于热传导方程，我们需要确定边界条件和初始条件，并使用适当的数值方法求解方程。
除了这些基本方程，我们还可以使用其他模型和方法来解决复杂的传热传质问题。
例如，对于对流传热问题，我们可以使用雷诺平均Navier-Stokes方程来考虑流体的运动，并计算热量的传递。
对于多相流问题，我们可以使用数值方法来模拟各相的运动和相互作用。
在实际工程中，传热传质问题的分析和计算通常涉及到多个领域的知识。
除了传热传质的基本理论，我们还需要了解流体力学、材料科学、化学等相关领域的知识。
热质交换原理与设备教学大纲
“热质交换原理与设备”课程教学大纲课程名称：热质交换原理与设备英文名称：Principle and Equipment Heat-Mass Exchanging课程编码：CJX0540学时：48 学分：3适用对象：建筑环境与设备工程专业本科生先修课程：传热学，工程热力学，流体力学使用教材：《热质交换原理与设备》，连之伟编著，中国建筑工业出版社，2011主要参考书：[1]《建筑环境传质学》，张寅平、张立志、刘晓华编，中国建筑工业出版社，2006[2]《热质交换原理与设备》，许为全编，清华大学出版社，1999一、课程介绍本课程为建筑环境与设备工程专业主要的专业基础课之一。
主要用于增强学生的专业理论水平，开阔学生的科学视野，从动量、热量和质量传递的统一的传递过程理论的高度上学习和研究本专业工程实践中遇到的诸如：热质交换设备的设计、加工、运行管理方面遇到的一些问题。
起到联系本专业基础课与技术课的桥梁作用，培养学生理论联系实际的能力。
掌握传输过程的基本理论及三种传输过程的类比；掌握空气热质交换理论方法和常用热质交换设备的热工计算方法，具备初步的优化设计和性能评价能力。
二、教学基本要求掌握质传递的基本规律和热质传递的类比，了解制冷剂为主的沸腾、凝结的基本规律；掌握强迫流的相变传热及固液相变热质交换基本原理，熟悉空气处理的各种途径；掌握空气与水/固表面之间的热质交换，熟悉用吸收剂的吸附材料处理空气的机理，熟悉被处理空气与室内空气发生的热质交换，了解常用热质交换设备的形式与结构、基本性能参数；掌握间壁式、混合式，有相变热质交换设备的热工计算，了解热质交换设备的评价的优化设计。
三、课程内容第一章绪论：建筑环境与设备专业涉及的热质交换现象及其设备分类，本门课程在专业中的地位与作用，本门课程的主要研究内容与方法。
第二章传质的理论基础：传质概论，扩散传质，对流传质，相际间的对流传质模型。
基本要求:理解浓度，扩散通量等基本概念，传质的两大基本方式和常见的8种形式，掌握Fick定律，Stefan定律，扩散系数概念，薄膜理论，三传的传递方程，传热传质同时传递模型的建立，雷诺类似律；了解柯尔本类似律，动量交换与热交换的类比在质交换中的应用；掌握对流传质的准则关联式，刘易斯关系式。
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。
第三章传热传质问题的分析与计算
y , t tw 1 t tw
扩散方程
y 0, CA CA,w 0 y , CA CA,w 1
CA, CA,w
CA, CA,w
这三个性质类似的物性系数中，任意两个系数 的比值均为无量纲量,即
普朗特准则 Pr
v
2u y 2
能量方程
u
t x
t y
a
2t y 2
扩散方程
u
C A x
C A y
D
2C A y 2
边界条件为：
动量方程 y 0, u 0
或
u
能量方程
y , u 1 或 u
y 0, t tw 0 t tw
u uw 0 u uw
h
dy
定义，阿克曼修正系数
C0
= (N AM Ac P,A+N B M h
BcP,B )
C0与假定传质方向（壁面向流体）一致为正
δ0
d 2t dy2
- C0
dt dy
=0
边界条件
y =0
y =δ0
t =t1
t =t2
得到流体在薄膜层内的温度分别为
exp(C0 y ) -1
t( y) =t1 +(t2 - t1)
dy
• 动量传递公式表明：动量通量密度正比 于动量浓度的变化率。
• 能量传递公式表明：能量通量密度正比 于能量浓度的变化率。
• 质量传递公式表明：组分A的质量通量密 度正比于组分A的质量浓度的变化率。
3.1.2 三传方程
连续性方程 u 0
《热质交换原理与设备》课件：第3章 传热传质问题的分析和计算
3.1.1 三种传递各自的速率描述及其之间的雷同关系
当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别 发生动量、热量和质量的传递现象。动量、热量和质量 的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散， 也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的 湍流传递。
3.1.1.1 分子传递（传输）性质
流体的粘性、热传导性和质量扩散性统称为流体的分 子传递性质。因为从微观上来考察，这些性质分别是非均 匀流场中分子不规则运动时同一个过程所引起的动量、热 量和质量传递的结果。
3.2.1 流体在管内受迫流动时的质交换
管内流动着的气体和管道湿内壁之间，当气体中某 组分能被管壁的液膜所吸收，或液膜能向气体作蒸发， 均属质交换过程，它和管内受迫流动换热相类似。由传 热学可知，在温差较小的条件下，管内紊流换热可不计 物性修正项，并有如下准则关联式
通过大量被不同液体润湿的管壁和空气之间的质交换 实验，吉利兰(Gilliand)把实验结果整理成相似准则并表示 在下图中，并得到相应的准则关联式为：
1）分子传递系数只取决于流体的热力学状态，而不受流体宏观 运动的影响，因此分子传递系数μ、λ、DAB 均是与温度、压力有 关的流体的固有属性，是物性。然而湍流传递系数主要取决于流 体的运动，取决于边界条件及其影响下的速度分布，故不是物性。
2）分子传递性质可以由逐点局部平衡的定律来确定；然而对于 湍流传递性质来说，应该考虑其松弛效应，即历史和周围流场对 某时刻、某空间点湍流传递性质的影响。
如热空气流经湿表面的热质交换过程、表冷器冷 却除湿、喷水室、冷却塔、湿球温度计工作过程。
当流体流过一物体表面，并与表面之间既有质量又有 热量交换时，同样可用类比关系由传热系数h计算传质系 数hm
已知Pr和Sc准则数，它们分别表示物性对对流传热和 对流传质的影响。
传热传质传动量-概述说明以及解释
传热传质传动量-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分:传热、传质和传动量是热力学和流体力学中重要的概念，它们在各种工程领域都具有广泛的应用。
传热是指热量在物体之间传递的过程，其中包括传导、对流和辐射等方式。
传质则是指物质内部和物质之间的组分传递的过程，如气体和液体中的物质扩散。
而传动量是传热和传质的综合概念，描述了在一定时间内传递的热量或物质的数量。
本文将深入探讨传热、传质和传动量的基本概念，介绍它们在工程领域的重要性和计算方法。
通过对这些概念的深入理解，我们可以更好地应用它们解决实际问题，提高工程效率和性能。
同时，本文还将展望未来在传热传质领域的发展趋势，为工程技术的进步提供参考和指导。
1.2 文章结构:本文将首先介绍传热、传质和传动量的基本概念，以便读者对后续内容有基本的了解。
随后，将深入探讨传热在工程领域中的重要性，以及传质对于工程过程的影响。
最后，将详细介绍传动量的计算方法，作为传热传质研究的核心内容。
通过对这三个方面的系统介绍和分析，希望读者能够全面了解传热、传质和传动量之间的关系，以及它们在工程领域中的应用和发展前景。
这将有助于读者更好地理解和应用传热传质的知识，为工程实践提供理论支持。
1.3 目的本文的主要目的是探讨传热、传质以及传动量在工程领域中的重要性和应用。
通过对传热、传质和传动量的基本概念以及计算方法进行介绍，读者能够了解这些概念在不同领域中的应用和作用。
同时，结合工程实践和未来发展展望，我们希望能够启发读者对传热传质传动量领域的更深入研究，为工程技术的发展和进步贡献力量。
通过本文的指导，读者将能够更好地理解和应用传热、传质和传动量的相关知识，从而为工程实践提供有益的参考和指导。
2.正文2.1 传热的基本概念传热是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。
在自然界和工程领域中，传热是普遍存在的现象，也是热力学研究的一个重要方面。
热量的传递方式可以通过三种基本方式实现：传导、对流和辐射。
热质交换原理与设备习题答案第版精修订
热质交换原理与设备习题答案第版SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#第一章绪论1、答：分为三类。
动量传递：流场中的速度分布不均匀（或速度梯度的存在）；热量传递：温度梯度的存在（或温度分布不均匀）；质量传递：物体的浓度分布不均匀（或浓度梯度的存在）。
2、解：热质交换设备按照工作原理分为：间壁式，直接接触式，蓄热式和热管式等类型。
间壁式又称表面式，在此类换热器中，热、冷介质在各自的流道中连续流动完成热量传递任务，彼此不接触，不掺混。
直接接触式又称混合式，在此类换热器中，两种流体直接接触并且相互掺混，传递热量和质量后，在理论上变成同温同压的混合介质流出，传热传质效率高。
蓄热式又称回热式或再生式换热器，它借助由固体构件（填充物）组成的蓄热体传递热量，此类换热器，热、冷流体依时间先后交替流过蓄热体组成的流道，热流体先对其加热，使蓄热体壁温升高，把热量储存于固体蓄热体中，随即冷流体流过，吸收蓄热体通道壁放出的热量。
热管换热器是以热管为换热元件的换热器，由若干热管组成的换热管束通过中隔板置于壳体中，中隔板与热管加热段，冷却段及相应的壳体内穷腔分别形成热、冷流体通道，热、冷流体在通道内横掠管束连续流动实现传热。
3、 解：顺流式又称并流式，其内冷 、热两种流体平行地向着同方向流动，即冷 、热两种流体由同一端进入换热器。
逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方向相反，即冷 、热两种流体逆向流动，由相对得到两端进入换热器，向着相反的方向流动，并由相对的两端离开换热器。
叉流式又称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉。
混流式又称错流式，两种流体的流体过程中既有顺流部分，又有逆流部分。
顺流和逆流分析比较：在进出口温度相同的条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，顺流时，冷流体的出口温度总是低于热流体的出口温度，而逆流时冷流体的出口温度却可能超过热流体的出口温度，以此来看，热质交换器应当尽量布置成逆流，而尽可能避免布置成顺流，但逆流也有一定的缺点，即冷流体和热流体的最高温度发生在换热器的同一端，使得此处的壁温较高，为了降低这里的壁温，有时有意改为顺流。
化工原理课件(十一五)第三章传热过程计算
dQ2 2dA2 T TW 冷
②管内壁~外壁——导热
热
冷
dQW
b
dAm TW
tW
t tW
TW
T
TW tW t
③流体~管外壁——对流传热
dQ1 1dA1tW t
2
定态时
dQ2 dQW dQ1 dQ
dQ T TW TW tW tW t
T t
1
b
1
1 b1
2dA2 dAm 1dA1 2dA2 dAm 1dA1
则为使t2=80℃ ，所需要l为原换热器的多少倍？忽略气 体t变化对物性影响。
解(1) q'm2 1.2qm2 u' 1.2u
K' '2 K 2
u' 0.8 1.20.8 u
ln T t1 KA 0.98 T t2 qm2c p2
ln T t1 K' A T t'2 q'm2 c p2
12
解：(1)将换热器看作两段 冷却水
苯的冷凝&冷却 苯
T1
冷凝段热负荷(kW)
蒸 汽
Q1 qm1r1 0.35* 394 137.9
t2
冷却段的热负荷(kW)
Q2 qm1c p1(T1 T2 ) 0.351.8(80 30) 31.5 液苯
冷却水用量为
冷却水
冷凝Q1
冷却Q2 T2
解：（1）对原工况
ln T1 t2 T2 t1
KA qm1c p1
1
qm1c p1 qm2c p2
qm1c p1 t2 t1 85 20 2.17 qm2c p2 T1 T2 100 70
K
1 /
化工原理：3传热过程ok解析
二、传热的基本方式
(一）根据机理分类
1、传导（导热） 机理：由于物质的分子、原子或电子的热运动或振动引起的热量 传递 特点：物体中的分子或质点不发生宏观位移，导热在固体、气体 液体中均可以发生。 2、对流 机理：由于流体中质点发生相对位移和混合引起的热量传递 特点：仅发生在流体中 自然对流：因流体内部各处温度不同而引起的密度差异所致 强制对流：外力引起的
n
ti ti1
Q i1
1
n
bi
A i1 i
n
q Q i1 ti ti1
A
n bi
i1 i
多层平壁导热总推动力为各层温度差之和； 总热阻为各层热阻之和
【例3-2】有一炉壁由下列三种材料组成： 耐火砖 λ1=1.4w/m·℃ b1=240mm 保温砖 λ2=0.15w/m·℃ b2=120mm 建筑砖 λ3=0.8w/m·℃ b3=240mm
3、辐射
机理：以电磁波传递热能的方式 特点：不仅是能量的传递，同时伴随着能量形式的转
换；不需要任何介质，可以在真空中传播。
（二）按工业操作原理分类
1、混合式换热
主要特点：冷热两种流体间的热 交换，是依靠热流体和冷流体直 接接触和混合过程实现的。
优点：传热速度快、效率高，设 备简单，是工业换热器的首选类 型。
其中n与热流方向有关，流体被加热时，n=0.4被冷却时n=0.3.
2）高粘度液体： Nu=0.027Re0.8Pr0.33(μ／μw )0.14 μ:液体在主体平均温度下的粘度
μw：液体在壁温下的粘度 应用范围：Re >10000 ， L/di>60 , Pr =0.7-16700
流体在圆形直管内作强制对流于过渡状态 当Re=2300~10000 α先按湍流时计算然后再用式 φ＝1－600000/Re1.8求出校正系数。φ<1
第3章 传热传质问题的分析和计算2.
回顾传热学中对边界层的理论分析，得到 沿平板流动换热的准则关联式，当流动是 层流时：
Nu=0.664Re1/2Pr1/3
相应的质交换准则关联为:
Sh=0.664Re1/2Sc1/3
应用范围：
第3章 分析和计算
Re＜5×105 0.6＜Sc＜2500
第2节 传质准则关联式
Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment
第3章 传热传质问题的分析和计算
3.1 动量、热量和质量传递类比 3.2 对流传质的准则关联式 3.3 热量和质量同时进行时的热质传递 3.4 传质应用举例
第3章 分析和计算 第2节 传质准则关联式 1/16 土木工程学院
Sh=0.023Re0.83Sc0.44
应用范围： 2000＜Re＜35000，0.6＜Sc＜2.5 注：定型尺寸是干壁内径，速度为管内平均流速， 定性温度取空气温度。
相比紊流换热：关联式只在指数上稍有差异。
第3章 分析和计算 第2节 传质准则关联式 4/16 土木工程学院
Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment
用类比律来计算管内流动质交换系数： 由于： Stm·Sc2/3=f/8
采用布拉休斯光滑管内的摩阻系数公式： f=0.3164Re-1/4
整理则可得：
第3章 分析和计算 第2节 传质准则关联式 6/16 土木工程学院
Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment
2.1 流体在管内受迫流动时的质交换
管内流动着的气体和管道湿内壁之间，当 气体中某组分能被管壁的液膜所吸收，或 液膜能向气体作蒸发，均属质交换过程。 相关计算可类比于管内受迫流动换热。 由传热学可知，在温差较小的条件下，管内 紊流换热可不计物性修正项，并有如下准则
第三章传热传质问题的分析与计算
第三章传热传质问题的分析与计算在工程和科学的众多领域中，传热传质问题是至关重要的研究方向。
无论是在能源领域的热交换器设计，还是在材料科学中的热加工过程，又或者是在环境科学中的污染物扩散分析，理解和解决传热传质问题都具有关键意义。
传热，简单来说，就是热量从一个地方传递到另一个地方的过程。
它可以通过三种基本方式进行：热传导、热对流和热辐射。
热传导是由于物质内部存在温度梯度而导致的热量传递，比如金属棒一端加热，热量会逐渐向另一端传导。
热对流则是由于流体的流动而带来的热量转移，常见的例子有暖气片通过空气对流加热房间。
热辐射则是通过电磁波的形式传递热量，像太阳的热量传递到地球就是典型的热辐射。
传质，指的是物质从一处转移到另一处的过程。
这可以是由于浓度差、压力差或者温度差等因素引起的。
比如，在气体混合物中，如果不同成分的浓度存在差异，就会发生传质现象，浓度高的部分会向浓度低的部分扩散。
在实际问题中，传热和传质往往是相互关联的。
例如，在干燥过程中，热量的传递会影响水分的蒸发速度，而水分的蒸发又会改变系统的传热特性。
为了分析和计算传热传质问题，我们需要建立相应的数学模型。
这些模型通常基于能量守恒和质量守恒定律。
对于热传导问题，傅立叶定律是一个重要的基础，它描述了热流密度与温度梯度之间的关系。
而对于热对流问题，我们需要考虑流体的流动特性和热量传递的耦合。
在建立数学模型时，还需要确定边界条件和初始条件。
边界条件可以是给定温度、热流密度或者对流换热系数等。
初始条件则是系统在初始时刻的状态。
以一个简单的平板热传导问题为例。
假设我们有一块厚度为 L 的平板，其两侧分别保持恒温T1 和T2 。
根据傅立叶定律和能量守恒定律，可以得到温度分布的方程：d²T/dx²＝ 0边界条件为：T(0) ＝ T1 ，T(L) ＝ T2通过求解这个方程，可以得到平板内的温度分布情况。
对于更复杂的问题，可能需要使用数值方法来求解。
传热传质学PDF课件
tw = 40 D C ，保温层外 h = 30W/(m 2 ⋅ K) 。罐及夹
层钢板的壁厚可略而不计。 求：对 10 个球罐所必须配备的制冷设备的容量。 变截面、变导热系数问题 2－27、已知：某平板厚 25mm，两侧面分别维持在 40 C 及 85 C ，Φ = 1.82kW ，导
o o
热面积为 0.2m 。 求： （1） λ = ? （2） 设 λ = λo (1 + bt ) 变化 （其中 t 为局部温度） 。 为了确定上述温度范围内的 λ0 及 b 值，还需要补充什么量？给出此时确定 λ0 及 b 值的计算式。
失要用掉多少千克煤？ 对流 1-9、已知：在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管 壁平均温度 tw =69 C ，空气温度 t f =20 C ，管子外径 d =14mm，加热段长 80mm，输入加 热段的功率为 8.5W。全部热量通过对流换热传给空气。 求：此时的对流换热表面传热系数为多大？ 1-11、已知：一长、宽各为 10mm 等温集成电路芯片安装在一块底板上，温度为 20 C
2
ρ b 2 (3λ Ac ) 。
2
， x = 0 及 x = δ 处流体 t f 1 、t f 2 ，表面 h1 、 h2 。 2－38、已知：大平板厚 δ ，内热源 Φ
求： 平板中温度分布的解析表达式， 并据此得出平板中温度最高点的位置。 对于 h1 = h2 、
t f 1 = t f 2 及 h1 = h2 、 t f 1 > t f 2 的情形定性地画出平板中的温度分布曲线。
1-5、已知：热水瓶瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成 真空，内胆外壁及外胆内壁涂了发射率很低的（约 0.05）的银。 求：试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处 的密封性，这会影响保温效果吗？ 导热 1-6 、已知：一砖墙的表面积为 12 m ，厚为 260mm ，平均导热系数为 1.5W/(m ⋅ K)。设面向室内表面温度为 25 C ，而外表面温度为-5 C 。
传热与传质最全的计算
qmhCph ( T1 – T2) = qmcCpc ( T2′– T1′)
其中qmh和qmc分别为热、冷流体的质量流量，kg/s或kg/h
二、传热速率方程
1、总传热速率微分方程
dA
通过换热器中任一微元面积dA的间壁 T
两侧流体的传热速率方程，可以仿照对
dφ
流传热速率方程写出：
dφ = K ( T – T′) dA = K △T dA
i1 i
ri
ΔT=T1 –Tn+1
Φ
r2
r1
r3
T1
r4
T2
T4 T3
5、保温层的临界半径
t1----保温层内表面温度；tf----环境温度 r1、r2----分别为保温层内外壁半径； λ---为保温材料的导热系数 α----为对流传热系数；L---为管长
t1 t f
t1 t f
R1 R2
▪ 蒸发：碱液蒸发、PVC干燥
传热在生产中的应用
▪ 2、化工设备和管道的保温（保冷），以减少热量 （冷量）损失。
▪ 保温：如蒸汽管道、热水管道。 ▪ 保冷：-35℃盐水、7℃水管道 ▪ 3、生产中热能的合理利用，废热回收。 ▪ 废热利用：氯化氢合成热用于溴化锂及采暖、转
化反应热用于溴化锂机组
▪ 研究传热的目的
传热的分类
▪ 传热的分类
间歇传热
按连续性
分类：
连续传热 非稳态传热：传热速率常数，
按与时间 的关系
稳态传热：传热速率=常数，
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一、热量传递的三种基本方式
根据传热的机理不同，热量传递的基本方式分为三种：
导热 对流 热辐射
1、热传导（又称导热）
传热过程中基本问题与传热机理
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。
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3-1
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(3-37)
86400
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例 3-4
r r r
(3-32)
r
3-1
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3-1
r
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q1 q2 q3 q4
流体滞留薄膜层内的温度分别必须满足
d 2t dt * * 2 ( N A M A c P , A N B M B c P ,B ) 0 dy dy
或
hm h
D
h
a
h cp
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动量交换与热交换的类比 在质交换中的应用
雷诺类比（动量传输与热量传输）
Cf Nu Cf 或 Nu St Re Pr Re Pr 2 2
当Pr=1时
Nu
Cf 2
Re
C f ---- 摩阻系数
Sh (0.037 Re 0.8 870) Sc 1 / 3
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例 3-2
(3-36)
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40.5
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例 3-3
3-1 3-1
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三传方程
在有质交换时，对二元混合物的二维稳态层流流动， 当不计流体的体积力和压强梯度，忽略耗散热、化学反应热 以及由于分子扩散而引起的能量传递时，对流传热传质交换 微分方程组应包括： u x u y 连续性方程 0 x y
动量方程 能量方程
C A C A, w C A , C A , w 1
扩散方程 y 0,
0 y ,
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三传方程
这三个性质类似的物性系数中，任意两个 系数的比值均为无量纲量，即 普朗特准则 Pr 施密特准则 Sc
D
速度分布和温度分布的相互关系， 体现流动和传热之间的相互联系 速度分布和浓度分布的相互关系， 体现流体的传质特性 温度分布和浓度分布相互关系， 体现传热和传质之间的联系
du 牛顿粘性定律 dy
d ( u) dy
d ( c p t ) d ( c p t ) q a c p dy dy
dt 傅立叶定律 q dy
斐克定律
d A m A D AB dy
m A D AB
d A dy
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3.3 热量和质量同时进行时的热质传递
同时进行传热和传质的过程
等温过程，单位时间、单位面积传递热量
q N i M i* c p，i ( t t 0 )
i 1
n
Ni－－－组分i的传递速率 Mi－－－组分i的分子量 Cp,i－－－组分i的定压比热
t－－－组分i的温度 t0－－－焓值计算温度
Nu 0.023 Re
0 .8
Pr
0 .4
• 吉利兰进行质交换实验得到相应的准则关联式
Sh 0.023Re
0.83
Sc
0.44
应用范围： 2000 Re 3500
0.6 Sc 2.5
准则中的定型尺寸是管壁内径，速度为 管内平均流速，定性温度取空气温度。
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1 4
Sh 0.0395 Re
3/4
Sc
1/ 3
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流体沿平板流动时的质交换
沿平板流动换热的准则关联式
Nu 0.664 Re
层流时
1/ 2
Pr
1/ 3
Sh 0.664 Re
1/ 2
Sc
1/ 3
紊流时
Nu (0.037 Re 0.8 870) Pr 1 / 3
存在温差，传递热量
n dt q N i M i* c p ,i ( t t 0 ) dy i 1
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同时进行传热和传质的过程
目前对同时进行热质交换过程的理论计算，尤 其是当传质速率较大时，一般都采用的薄膜理论。
3-2
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热、质传输同时存在的类比关系
St Pr St m Sc
2 3
2 3
2 3
Sc St St m St m Le 3 Pr
得到
2
h Le hm c p
2 3
成立条件： 0.6<Sc<2500,0.6<Pr<100气体或液体
Sc 刘伊斯准则 Le D Pr
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三传方程
流体沿平面流动或管内流动时质交 换的准则关联式为：
Sh f (Re, Sc )
ul 或 hm l f , D D
刘伊斯关系式（热质交换类比律 ）：
hl
hm l D
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第三章
传热传质问题的 分析和计算
3．1 动量、热量和质量传递类比 3．2 对流传质的准则关联式 3．3 热量和质量同时进行时的热 质传递 3．4 传质应用举例（自学）
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第三章
主要内容：
dt q1 dy
由于分子扩散，进入微元体的传递组分A、B本身具有焓
* q2 ( N A M * c N M A P,A B B c P , B )( t t 0 )
q3 q1
q1 dy q1 dq1 y
q4 q2
q2 dy q2 dq2 y
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3.1 动量、热量和质量传递类比
3.1.1 三种传递现象的速率描述及其之间的雷同关系 流体系统中：
速度梯度 温度梯度 浓度梯度 动量传递 热量传递 质量传递
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三种传递现象的类比
• 传递可以是分子微观运动引起的分子扩散； 也可以是流体微团的宏观运动引起的湍流传递； • 流体的黏性、热传导性和质量扩散性通称为流体的分子传递 性质。
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雷诺类比（动量传输与质量传输）
Cf Sh St m Re Sc 2 Cf Sh Re Sc 2
或
当Sc=1，即ν=D时
Sh
Cf 2
Re
ν---- 运动粘度，动量扩散系数
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同时进行传热和传质的过程
二元系统中，通过静止气层扩散过程的传质系数
hm
D AB
0
热量传递中，膜传热系数
h 0
需要注意，实际情况中
hm D
0 .5 ~ 1 .0 AB
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同一表面上传质过程对传热过程的影响
3-3
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ux 0 y 0, u ux y , 1 u
或 或
ux u ux u
uw 0 uw uw 1 uw
能量方程
t tw 0 y 0, t tw
C A C A, w C A , C A , w
t tw 1 y , t tw
JH
1 JD C f 2
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由JH = JD可以将对流传热中有关的计算式用于对流传质
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热、质传输同时存在的类比关系 已知Pr和Sc准则数，它们分别表示物性对 对流传热和对流传质的影响。 • Pr准则数表示动量边界层和热量边界层的相 对关系。 • Sc准则数表示速度边界层和浓度边界层的相 对关系。 • Le准则数表示热边界层与浓度边界层厚度 关系。
m At D ABt
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确定湍流传递系数困难的原因
• 分子传递系数均是与温度、压力有关的流体的固有 属性，是物性。然而湍流传递系数主要取决于流体 的平均运动，故不是物性； • 分子传递性质由逐点局部平衡的定律来确定；对于 湍流传递性质，应该考虑其松弛效应，即历史和周 围流场对某时刻、某空间点湍流传递性质的影响； • 分子传递系数是各向同性的；但是在大多数情况 下，湍流传递系数是各向异性的 。
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计算因子
h Pr 2 / 3 C p u
传热因子 J H
传质因子 J h m Sc 2 / 3 D u 对流传热和流体 摩阻之间的关系 对流传质和流体 摩阻之间的关系
St Pr J H