化工原理课件第五章 传热
合集下载
相关主题
- 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)。
（2）某一点的温度梯度为趋于零时的极限值， 即：
lim t t
n0 n n
温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以 温度增加的方向为正。如图5-1所示。偏倒数的 意义是指：只考虑法向上的温度差。
（二）傅立叶定律的表达式
傅立叶（Fourier）定律是传热导的基本定律。
傅立叶定律——导热通量q与温度梯度
因此：导热一般在固体、静止或滞流流体中 进行而不能在真空中进行。
（二）对流
1、对流heat convection——是指流体各部 分质点发生相对位移而引起的热量传递。
2、热对流又有两种形式：自然对流和强制对 流。
（1）自然对流：因温差引起流体流动； （2）强制对流：靠施加外力的办法强迫流体
流动，称为：强制对流。 3、传热速率——单位时间内所传递的热量，
第五章 传热
热量传递
• 热量传递heat transfer——简称：传热。
第一节 概述
一、传热在工业生产中的应用
（一）传热的应用
1、强化传热——在传热设备中,加热或冷却 物料,希望热量以所期望的速率进行传递,使 其达到指定温度。
2、削弱传热——对设备或管道进行保温，减 少热量损失。
（二）热源和冷源
称为：传热速率，用Q表示，单位：J/s， 即w（瓦）。
（三）辐射
1、辐射——是一种以电磁波传递能量的现象。 物体可以由不同原因发出辐射能。
2、热辐射——物体因热而发出辐射能的过程， 称为：热辐射radiation。
3、 只要物体的绝对温度大于 0K，便会不停地 将热量以电磁波的形式传递出去，同时也不断 地将其他物体辐射来的能量转为热量。辐射与 吸收能 量的差额转变为低温物体的热量。但 是，只有物体具有较高温度时， 辐射才为主 要形式。
1、热源——电热、饱和水蒸汽、烟道气、高 温载体等。
2、冷源——冷却水、空气、冷却盐水等。 冷却水——河水、海水、井水等。
二、传热的三种基本方式
• 1、热传导（导热） • 2、对流 • 3、辐射
（一）热传导（简称：导热）
1、热传导——热量从物体内部温度较高
的部分传递到温度较低的部分或者传递到与 之接触的另一物体的过程，称为：热传导， 简称：导热conduction。
三、传热速率与热阻
传热速率可以用以下两种方式表述。
1、热流量 热流量——单位时间内通过全部传热面积的
热量，称为：热流量。用符号Q表示，单位 为：J/s，即w（瓦） 。
传热面积与热流方向垂直。
2、热通量（或称：热流密度）
热通量——单位时间内通过单位传热面积的 热量，称为：热通量，或称：热流密度。 用符号q表示，单位为：J/(m2·s)，即w/m2。
在传热过程中，通常传热温差易于确定， 传热速率的问题主要是决定于热阻。
正如欧姆定律在电学中得到广泛应用一 样，在传热过程中引入热阻的概念，会对 传热问题的求解带来很大的方便。
第二节 热传导
一、傅立叶Байду номын сангаас律
（一）温度场和温度梯度
1、温度场
温度场 —— 物体（或空间）各点温度在时 空中的分布，称为：温度场。
dA n
dQ dA t
n
Q —— 热流量，单位为：J/s，即w 。 q —— 热通量（热流密度），单位为：J/(m2·s)，即w/m2。 A —— 传热面积， m2 。
二、热导率λ
热导率thermal conductivity ——表示物质的导热能 力，是物质的物理性质之一。用符号λ表示，单位： w·m-1·k-1 。
温度场的通式
温度场的通式：
t f x, y, z,
式中： t —— 某点的温度，k；
X，y，z —— 这点的空间坐标；
θ —— 时间，s。
若在稳定温度场中， 表示式为：
t f x, y, z
稳定温度场和不稳定温度场
（1）不稳定温度场 —— 温度随时间而改变 的温度场，称为：不稳定温度场 。
2、导热的特点：在传热方向上物系内部 无相对位移。
3、导热的机理
靠分子、原子和自由电子等微 观粒子在不同温度下的“热 运动 强烈程度不同”而进行的热量传递。
从微观角度看，导热的机理：
1、气体：靠分子的不规则运动和碰撞。
2、固体：导电固体和非导电固体。 （1）导电固体（金属）：靠自由电子运动； （2）非导电固体（非金属）：靠晶格振动
t n
成
正比。
傅立叶定律的表达式如下所示。
q t
n
式中：
q —— 导热通量， J·m-2·s-1， w/m2 ；
λ ——比例系数，称为：热导率
，w·m-1·K-1，或w ·m-1·℃-1 ；
t
n —— 温度梯度，K/m ，或℃/m 。
负号 —— 表示热流方向与温度梯度方向相反；同时，
q dQ t
（原子、分子在 其平衡位置附近的振动和 碰撞）。
3、液体：两种观点。
观点一：
液体的导热机理定性与气体相似，只是 液体分子间的距离比较近，分子间的作用 力对碰撞过程的影响比气体大得多，因而 变得更复杂。
观点二：
液体的导热机理类似于非导电固体，即 主要靠原子、分子在 其平衡位置附近的振 动和碰撞，只是振动的平衡位置间歇地发 生移动。这是大部分学者的观点。
传热面上不同局部面积的热通量可以不同。
3、热流量Q与热通量q的关系
式中：
q dQ dA
Q——热流量，单位为：J/s，即w（瓦） 。
q——热通量（热流密度），单位为：J/(m2·s)，即 w/m2。
A——传热面积， m2 。
热流量Q与热通量q的关系
（1）热通量q基于微元面dA，热通量q可以 用于局部地区。
t f x, y, z,
（2）稳定温度场 —— 若各点的温度均不随 时间而改变，则称为：稳定温度场 。
t f x, y, z
2、等温面
等温面 —— 温度场中，由相同温度的点组 成的面，称为：等温面。
温度不同的等温面彼此不会相交。
3、温度梯度
（1）温度梯度 —— 两等温面的温度差△t与其 间的法向距离△n之比，称为：温度梯度。
（2）热流量Q是对整个传热面积A而言，当 局部的q不相等时，热流量Q为关于A的平 均值。
4、传热速率Q的表达式
对于不同的传热方式，传热速率Q的表 达式也不同，但一般可以转化成电学中欧 姆定律的形式。
I
U R
电流
电压 电阻
传热速率
传热温差 热阻
式中： 传热速率 —— 与电流I相对应。 传热温差 —— 为传热的推动力，与电压U相对应； 热阻 —— 为传热的阻力，与电阻R相对应。
lim t t
n0 n n
温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以 温度增加的方向为正。如图5-1所示。偏倒数的 意义是指：只考虑法向上的温度差。
（二）傅立叶定律的表达式
傅立叶（Fourier）定律是传热导的基本定律。
傅立叶定律——导热通量q与温度梯度
因此：导热一般在固体、静止或滞流流体中 进行而不能在真空中进行。
（二）对流
1、对流heat convection——是指流体各部 分质点发生相对位移而引起的热量传递。
2、热对流又有两种形式：自然对流和强制对 流。
（1）自然对流：因温差引起流体流动； （2）强制对流：靠施加外力的办法强迫流体
流动，称为：强制对流。 3、传热速率——单位时间内所传递的热量，
第五章 传热
热量传递
• 热量传递heat transfer——简称：传热。
第一节 概述
一、传热在工业生产中的应用
（一）传热的应用
1、强化传热——在传热设备中,加热或冷却 物料,希望热量以所期望的速率进行传递,使 其达到指定温度。
2、削弱传热——对设备或管道进行保温，减 少热量损失。
（二）热源和冷源
称为：传热速率，用Q表示，单位：J/s， 即w（瓦）。
（三）辐射
1、辐射——是一种以电磁波传递能量的现象。 物体可以由不同原因发出辐射能。
2、热辐射——物体因热而发出辐射能的过程， 称为：热辐射radiation。
3、 只要物体的绝对温度大于 0K，便会不停地 将热量以电磁波的形式传递出去，同时也不断 地将其他物体辐射来的能量转为热量。辐射与 吸收能 量的差额转变为低温物体的热量。但 是，只有物体具有较高温度时， 辐射才为主 要形式。
1、热源——电热、饱和水蒸汽、烟道气、高 温载体等。
2、冷源——冷却水、空气、冷却盐水等。 冷却水——河水、海水、井水等。
二、传热的三种基本方式
• 1、热传导（导热） • 2、对流 • 3、辐射
（一）热传导（简称：导热）
1、热传导——热量从物体内部温度较高
的部分传递到温度较低的部分或者传递到与 之接触的另一物体的过程，称为：热传导， 简称：导热conduction。
三、传热速率与热阻
传热速率可以用以下两种方式表述。
1、热流量 热流量——单位时间内通过全部传热面积的
热量，称为：热流量。用符号Q表示，单位 为：J/s，即w（瓦） 。
传热面积与热流方向垂直。
2、热通量（或称：热流密度）
热通量——单位时间内通过单位传热面积的 热量，称为：热通量，或称：热流密度。 用符号q表示，单位为：J/(m2·s)，即w/m2。
在传热过程中，通常传热温差易于确定， 传热速率的问题主要是决定于热阻。
正如欧姆定律在电学中得到广泛应用一 样，在传热过程中引入热阻的概念，会对 传热问题的求解带来很大的方便。
第二节 热传导
一、傅立叶Байду номын сангаас律
（一）温度场和温度梯度
1、温度场
温度场 —— 物体（或空间）各点温度在时 空中的分布，称为：温度场。
dA n
dQ dA t
n
Q —— 热流量，单位为：J/s，即w 。 q —— 热通量（热流密度），单位为：J/(m2·s)，即w/m2。 A —— 传热面积， m2 。
二、热导率λ
热导率thermal conductivity ——表示物质的导热能 力，是物质的物理性质之一。用符号λ表示，单位： w·m-1·k-1 。
温度场的通式
温度场的通式：
t f x, y, z,
式中： t —— 某点的温度，k；
X，y，z —— 这点的空间坐标；
θ —— 时间，s。
若在稳定温度场中， 表示式为：
t f x, y, z
稳定温度场和不稳定温度场
（1）不稳定温度场 —— 温度随时间而改变 的温度场，称为：不稳定温度场 。
2、导热的特点：在传热方向上物系内部 无相对位移。
3、导热的机理
靠分子、原子和自由电子等微 观粒子在不同温度下的“热 运动 强烈程度不同”而进行的热量传递。
从微观角度看，导热的机理：
1、气体：靠分子的不规则运动和碰撞。
2、固体：导电固体和非导电固体。 （1）导电固体（金属）：靠自由电子运动； （2）非导电固体（非金属）：靠晶格振动
t n
成
正比。
傅立叶定律的表达式如下所示。
q t
n
式中：
q —— 导热通量， J·m-2·s-1， w/m2 ；
λ ——比例系数，称为：热导率
，w·m-1·K-1，或w ·m-1·℃-1 ；
t
n —— 温度梯度，K/m ，或℃/m 。
负号 —— 表示热流方向与温度梯度方向相反；同时，
q dQ t
（原子、分子在 其平衡位置附近的振动和 碰撞）。
3、液体：两种观点。
观点一：
液体的导热机理定性与气体相似，只是 液体分子间的距离比较近，分子间的作用 力对碰撞过程的影响比气体大得多，因而 变得更复杂。
观点二：
液体的导热机理类似于非导电固体，即 主要靠原子、分子在 其平衡位置附近的振 动和碰撞，只是振动的平衡位置间歇地发 生移动。这是大部分学者的观点。
传热面上不同局部面积的热通量可以不同。
3、热流量Q与热通量q的关系
式中：
q dQ dA
Q——热流量，单位为：J/s，即w（瓦） 。
q——热通量（热流密度），单位为：J/(m2·s)，即 w/m2。
A——传热面积， m2 。
热流量Q与热通量q的关系
（1）热通量q基于微元面dA，热通量q可以 用于局部地区。
t f x, y, z,
（2）稳定温度场 —— 若各点的温度均不随 时间而改变，则称为：稳定温度场 。
t f x, y, z
2、等温面
等温面 —— 温度场中，由相同温度的点组 成的面，称为：等温面。
温度不同的等温面彼此不会相交。
3、温度梯度
（1）温度梯度 —— 两等温面的温度差△t与其 间的法向距离△n之比，称为：温度梯度。
（2）热流量Q是对整个传热面积A而言，当 局部的q不相等时，热流量Q为关于A的平 均值。
4、传热速率Q的表达式
对于不同的传热方式，传热速率Q的表 达式也不同，但一般可以转化成电学中欧 姆定律的形式。
I
U R
电流
电压 电阻
传热速率
传热温差 热阻
式中： 传热速率 —— 与电流I相对应。 传热温差 —— 为传热的推动力，与电压U相对应； 热阻 —— 为传热的阻力，与电阻R相对应。