化学工程基础第三章传热讲义
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§3.2
热传导
（2）液体的导热系数 液体可分为金属流体（流 态金属）和非金属流体。大多数金属流体的导热 系数均随温度的升高而降低，在非金属流体中， 水的导热系数最大。除水和甘油外，大多数非金 属液体的导热系数亦随温度的升高而降低，液体 的导热系数基本上与压力无关。
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§3.2
5/28
3.1 概述
二、传热过程冷热流体接触方式
间壁式 混合式 蓄热式 1.间壁式
工业上应用最多的一种传热方式
T 间壁式
t
6/28
3.1 概述
套 管 式 间壁式换热器 列 管 式 夹 套 式 t1
T1 t2 T2
t1 T1 T2
套管式
t2
T1 T2
列管式
夹套式
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3.1 概述
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§3.2 §3.2.1 傅立叶定率 一 基本概念
热传导
温度场——某一瞬间空间（或物体）各点的温度分布。 t = ( x, y, z, τ) 一维温度场——温度只沿一个方向变化。 稳定温度场——各点温度不随时间变化。 等温面——同一时刻，由同温度各点组成的面，不同等 温面不能相交。 温度梯度——两等温面的温度差与两面间的垂直距离之 比的极限。温度梯度= LimΔt/Δx Δx→0 一维空间 可表示为dt/dx 温度梯度为向量， 以温度增加方向为正。
*§3.2.4一维稳态导热-----平壁的热传导 一、单层平壁热传导
根据傅立叶定律：
也即：
dt q dx qdx 0 dt
经积分可得：
q
(T1 T2 )
通过面积为 A的热流量 为：
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§3.2 二、温度梯度
传热速率 Q：
热传导
单位时间传递的热量，J/s
面积热流量 q： 单位时间通过单位面积的热流量，J/m2s，矢量，方 向为传热面的法线方向 t+t dQ q t dA 等温面： 温度变化率：
t 温度梯度 ： n
t l
t t lim n n
n 0
n l
等温面及温度梯度
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§3.2 §3.2.2 傅立叶定律
热传导 负号表示热流方向与温度梯度方 向相反 t+ t
t n l
t q n
称为导热系数 , 单位为W/m· K
物性之一：与物质种类、热力学状态（T、P）有关
等温面及温度梯度
物理含义：在单位时间内，温度梯度为1K.m-1时，经过 单位面积所传递的热量。它是物质导热能力的标志，物质 的导热系数值越大，则表示该物质的导热能力越强。 一般地， 金属> 非金属固体> 液体> 气体
列管式换热器
t1
管程数：单管程、双管程、多管程 壳程数Fra Baidu bibliotek单壳程、双壳程、多壳程
t1 T2
T2
T1
T1
t2
t2
单管程、单壳程
双管程列管式
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3.1 概述
2.混合式
去气柜
造气炉
废热锅炉
E-2
传热同时伴随传质过程，常用于气体或水蒸汽的冷却。
E-1
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3.1 概述
3.蓄热式
一般只适用于气体。
冷流体
根据传热机理不同，热的传递有三种方式：热传 导、对流和辐射。在实际传热过程中，热量传递 可以一种方式进行，也可以两种或三种方式同时 进行。
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3.1 概述
热传导： 热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分 向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一 个与它直接接触的低温物体传热的过程。是依靠分 子、原子、离子、自由电子等微观粒子的热运动来 实现热量传递称为热传导。导热是静止物体的一种 传热方式，不依靠物质的宏观位移。 热传导在气、液、固中均可以进行，但传导的 机理不同。金属——自由电子的扩散运动；非金属 和大部分液体（除水银等）——分子的动量传递； 气体———分子不规则热运动。
第三章 传热及传热设备
3.1 概述 3.2 热传导 3.3 对流传热 3.4 流体无相变时的对流传热 3.5 流体有相变时的对流传热 3.6 辐射传热 3.7 总传热速率和传热过程的计算
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3.1 概述
一、传热的三种基本方式 热的传递是由于物体内或系统内的两部分之间的温 度差而引起的，净的热流方向总是由高温处向低温处流 动。
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3.1 概述
辐射传热：
因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称 为热辐射。 热辐射与热传导和对流传热的最大区别就在于它 可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。 热辐射的另一个特征是不仅可产生能量的转移， 而且还伴随着能量形式的转换，即在高温处，热 能转化为辐射能，以电磁波的形式向空间发送， 当遇到另一个能吸收辐射能的物体时，即被其部 分或全部吸收而转化为热能，辐射传热即是物体 间相互辐射和吸收能量的总结果。
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§3.2
热传导
§3.2.3 热传导系数
影响因素：与物质的形态、组成、密度、 温度及压力等有关。 （1）气体的导热系数 与液体和固体相 比，气体的导热系数最小，对热传导不 利，但却有利于保温、绝热。工业上所 使用的保温材料，如玻璃棉等，就是因 为其空隙中有气体，所以其导热系数较 小，适用于保温隔热。
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3.1 概述
对流传热 依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。 对流传热是由于流体内部个部分质点发生宏观运动和混合而引起 的热量传递，因而对流传热只能发生在流体内部。在化工生产过 程中经常遇到的对流传热有热量由流体传到固体壁面或由固体壁 面传入流体两种情况。
对流传热可以由强制对流引起，亦可以由自然对流引起，前者是 将外力（泵，风机，搅拌等）施加于流体上，从而促使流体微团 发生运动，而后者则是由于流体内部存在温度差，形成流体的密 度差，从而使流体微团在固体壁面与其附近的流体之间产生上下 方向的循环流动 [质点的相对位移：由于流体中各点温度不同引 起的密度差所致→自然对流（轻者上浮，重者下沉）] 。
热传导
（3）固体的导热系数 在所有固体中，金属是最好的导热体，大多数纯 金属的导热系数随温度的升高而降低，金属的纯 度对导热系数影响很大，合金的导热系数比纯金 属要低。 非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数与温度、 组成及结构的紧密程度有关，一般导热系数随密 度增加而增大，亦随温度升高而增大。
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§3.2
热传导
（2）液体的导热系数 液体可分为金属流体（流 态金属）和非金属流体。大多数金属流体的导热 系数均随温度的升高而降低，在非金属流体中， 水的导热系数最大。除水和甘油外，大多数非金 属液体的导热系数亦随温度的升高而降低，液体 的导热系数基本上与压力无关。
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3.1 概述
二、传热过程冷热流体接触方式
间壁式 混合式 蓄热式 1.间壁式
工业上应用最多的一种传热方式
T 间壁式
t
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3.1 概述
套 管 式 间壁式换热器 列 管 式 夹 套 式 t1
T1 t2 T2
t1 T1 T2
套管式
t2
T1 T2
列管式
夹套式
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3.1 概述
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§3.2 §3.2.1 傅立叶定率 一 基本概念
热传导
温度场——某一瞬间空间（或物体）各点的温度分布。 t = ( x, y, z, τ) 一维温度场——温度只沿一个方向变化。 稳定温度场——各点温度不随时间变化。 等温面——同一时刻，由同温度各点组成的面，不同等 温面不能相交。 温度梯度——两等温面的温度差与两面间的垂直距离之 比的极限。温度梯度= LimΔt/Δx Δx→0 一维空间 可表示为dt/dx 温度梯度为向量， 以温度增加方向为正。
*§3.2.4一维稳态导热-----平壁的热传导 一、单层平壁热传导
根据傅立叶定律：
也即：
dt q dx qdx 0 dt
经积分可得：
q
(T1 T2 )
通过面积为 A的热流量 为：
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§3.2 二、温度梯度
传热速率 Q：
热传导
单位时间传递的热量，J/s
面积热流量 q： 单位时间通过单位面积的热流量，J/m2s，矢量，方 向为传热面的法线方向 t+t dQ q t dA 等温面： 温度变化率：
t 温度梯度 ： n
t l
t t lim n n
n 0
n l
等温面及温度梯度
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§3.2 §3.2.2 傅立叶定律
热传导 负号表示热流方向与温度梯度方 向相反 t+ t
t n l
t q n
称为导热系数 , 单位为W/m· K
物性之一：与物质种类、热力学状态（T、P）有关
等温面及温度梯度
物理含义：在单位时间内，温度梯度为1K.m-1时，经过 单位面积所传递的热量。它是物质导热能力的标志，物质 的导热系数值越大，则表示该物质的导热能力越强。 一般地， 金属> 非金属固体> 液体> 气体
列管式换热器
t1
管程数：单管程、双管程、多管程 壳程数Fra Baidu bibliotek单壳程、双壳程、多壳程
t1 T2
T2
T1
T1
t2
t2
单管程、单壳程
双管程列管式
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3.1 概述
2.混合式
去气柜
造气炉
废热锅炉
E-2
传热同时伴随传质过程，常用于气体或水蒸汽的冷却。
E-1
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3.1 概述
3.蓄热式
一般只适用于气体。
冷流体
根据传热机理不同，热的传递有三种方式：热传 导、对流和辐射。在实际传热过程中，热量传递 可以一种方式进行，也可以两种或三种方式同时 进行。
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3.1 概述
热传导： 热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分 向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一 个与它直接接触的低温物体传热的过程。是依靠分 子、原子、离子、自由电子等微观粒子的热运动来 实现热量传递称为热传导。导热是静止物体的一种 传热方式，不依靠物质的宏观位移。 热传导在气、液、固中均可以进行，但传导的 机理不同。金属——自由电子的扩散运动；非金属 和大部分液体（除水银等）——分子的动量传递； 气体———分子不规则热运动。
第三章 传热及传热设备
3.1 概述 3.2 热传导 3.3 对流传热 3.4 流体无相变时的对流传热 3.5 流体有相变时的对流传热 3.6 辐射传热 3.7 总传热速率和传热过程的计算
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3.1 概述
一、传热的三种基本方式 热的传递是由于物体内或系统内的两部分之间的温 度差而引起的，净的热流方向总是由高温处向低温处流 动。
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3.1 概述
辐射传热：
因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称 为热辐射。 热辐射与热传导和对流传热的最大区别就在于它 可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。 热辐射的另一个特征是不仅可产生能量的转移， 而且还伴随着能量形式的转换，即在高温处，热 能转化为辐射能，以电磁波的形式向空间发送， 当遇到另一个能吸收辐射能的物体时，即被其部 分或全部吸收而转化为热能，辐射传热即是物体 间相互辐射和吸收能量的总结果。
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§3.2
热传导
§3.2.3 热传导系数
影响因素：与物质的形态、组成、密度、 温度及压力等有关。 （1）气体的导热系数 与液体和固体相 比，气体的导热系数最小，对热传导不 利，但却有利于保温、绝热。工业上所 使用的保温材料，如玻璃棉等，就是因 为其空隙中有气体，所以其导热系数较 小，适用于保温隔热。
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3.1 概述
对流传热 依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。 对流传热是由于流体内部个部分质点发生宏观运动和混合而引起 的热量传递，因而对流传热只能发生在流体内部。在化工生产过 程中经常遇到的对流传热有热量由流体传到固体壁面或由固体壁 面传入流体两种情况。
对流传热可以由强制对流引起，亦可以由自然对流引起，前者是 将外力（泵，风机，搅拌等）施加于流体上，从而促使流体微团 发生运动，而后者则是由于流体内部存在温度差，形成流体的密 度差，从而使流体微团在固体壁面与其附近的流体之间产生上下 方向的循环流动 [质点的相对位移：由于流体中各点温度不同引 起的密度差所致→自然对流（轻者上浮，重者下沉）] 。
热传导
（3）固体的导热系数 在所有固体中，金属是最好的导热体，大多数纯 金属的导热系数随温度的升高而降低，金属的纯 度对导热系数影响很大，合金的导热系数比纯金 属要低。 非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数与温度、 组成及结构的紧密程度有关，一般导热系数随密 度增加而增大，亦随温度升高而增大。
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