传热过程

第三章传热过程内容提要：本章先对传热的三种基本方式即传导传热、对流传热和辐射传热以及工业上的换热方法进行介绍，然后着重讨论传导传热、对流传热的机理和传导传热、对流传热的速率方程式，在此基础上建立总传热速率方程。

冷热流体通过固体壁面进行热交换时的热量衡算及与总传热方程相结合解决热交换过程中的问题。

对强化和抑制传热过程的途径以及列管式热交换器的基本结构仅作简单介绍。

学习指导：了解传导传热和对流传热的机理，掌握传导传热、对流传热的速率方程式，掌握总传热速率方程式并对其中的总传热系数K、传热平均温度差Δtm能分别计算，能将热交换中热量衡算式与总传热方程相结合而解决热交换中的计算问题。

了解强化和抑制传热过程的方法以及列管式热交换器的基本结构。

第一节概述在自然界，在人们的生产和日常生活中，每时每刻都在发生由于物体或系统内部温度不同而使热量自动地转移到温度较低的部分的过程，这一过程称为热的传递简称传热。

而本章主要研究化工生产中的传热。

一、化工生产中的传热过程在化工生产、科学实验中随时会遇到热量传递问题，化工生产中的化学反应要求在一定温度下进行，而适宜的温度依靠加热或冷却才能实现。

例如，氮、氢合成氨、由氨氧化制硝酸、萘氧化制苯酐等，由于催化剂的活性和反应的要求，反应温度必须控制在一定的范围，过高过低都会导致原料利用率降低，温度控制不当甚至会发生事故。

又如在蒸馏、蒸发、干燥、结晶、冷冻等操作中也必须供给或移走一定的热量才能顺利进行。

在这类情况下，要求热量的传递速率要高，即通常所说的要求传热良好。

另有一类情况如高温或低温下操作的设备或管道，为了保持其温度应尽量隔绝热的传递即要求传热速度要低，即通常所说的保温。

此外，能量的充分利用是化工生产尤其是大型生产中极为重要的问题，为了充分利用反应热，回收余热和废热以降低生产成本，工业上大量使用热交换器，这都涉及到热量的传递问题。

传热过程是研究具有不同温度的物体内或物体间热量的传递。

《传热学》资料第五章传热过程与传热器一、名词解释1．传热过程:热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程.2．复合传热:对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.3．污垢系数:单位面积的污垢热阻.4．肋化系数: 肋侧表面面积与光壁侧表面积之比.5．顺流:两种流体平行流动且方向相同6．逆流: 两种流体平行流动且方向相反7．效能:换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比.8．传热单元数:传热温差为1K时的热流量与热容量小的流体温度变化1K所吸收或放出的热流量之比.它反映了换热器的初投资和运行费用,是一个换热器的综合经济技术指标.9．临界热绝缘直径:对应于最小总热阻(或最大传热量)的保温层外径.二、填空题1．与的综合过程称为复合传热。

(对流传热，辐射传热)2．某燃煤电站过热器中，烟气向管壁传热的辐射传热系数为20 W／(m2．K)，对流传热系数为40 W／(m2．K)，其复合传热系数为。

(60W／(m2．K))3．肋化系数是指与之比。

(加肋后的总换热面积,未加肋时的换热面积)4．一传热过程的热流密度q＝1．8kW／m2，冷、热流体间的温差为30℃，则传热系数为，单位面积的总传热热阻为。

(60W／(m2．K)，0．017(m2.K)／W)5．一传热过程的温压为20℃，热流量为lkW，则其热阻为。

(0．02K／W)6．已知一厚为30mm的平壁，热流体侧的传热系数为100 W／(m2．K)，冷流体侧的传热系数为250W／(m2．K)，平壁材料的导热系数为0．2W／(m·K)，则该平壁传热过程的传热系数为。

(6．1W／(m2．K))7．在一维稳态传热过程中，每个传热环节的热阻分别是0．01K／W、0．35K／W和0．009lK ／W，在热阻为的传热环节上采取强化传热措施效果最好。

(0．35K／W)8．某一厚20mm的平壁传热过程的传热系数为45W／(m2．K)，热流体侧的传热系数为70W／(m2K)，冷流体侧的传热系数为200W／(m2．K)，则该平壁的导热系数为。

第四章传热过程第一节概述第二节传导传热第三节对流传热第四节热交换的计算第五节热交换器第一节概述一、化工生产中的传热过程（包含传热和保温）1、化工生产中的化学反应要控制适宜的温度范围：（1）放热反应的热量要通过换热移除。

（2）吸热反应需提供足够的热量。

（3）反应原料要预热，产物要冷却。

2、很多化工单元操作是在换热条件下进行的：蒸发、结晶、干燥、精馏等。

3、节约能源，合理使用能源：（1）热流体保温、低温条件的保持。

（2）生产中余热、废热的有效利用。

二、传热的基本方式1、传导传热：物体温度较高的分子因热而振动，并与相邻分子碰撞，而将能量传递给相邻分子，顺序地将热量从高温向低温部分传递。

特点：没有分子的宏观相对位移。

如固体传热2、对流传热：由于流体质点变动位置并相互碰撞，能量较大的质点与能量较低的质点相互混合，使热量从高温向低温传递。

自然对流：温度差，密度差，自然移动。

强制对流：外力(搅拌等)使流体质点相对位移。

3、辐射传热：热物体以波的形式向四周散发辐射能，辐射遇到另外的物体时，被全部或部分地吸收并重新转变成热能的传热方式。

温度越高，辐射出去的热能越大。

不用任何介质作媒介。

实际生产中的传热，并非单独以某种方式进行，往往是多种方式同时进行。

4、恒压比热容c p、c pm：单位量物质恒压下升温1K所需热量。

单位： c p J ·kg-1·K-1 c pm J ·mol-1·K-15、显热：单位量（质量或物质的量）物质在等压时变温伴随的热量变化。

单位： J计算：Q=m · c p ·Δt或 Q=n · c pm ·Δt6、潜热：单位量（质量或物质的量）物质在发生相变时伴随的热量变化。

单位： J·kg-1，J·moj-1汽化热、冷凝热、升华热、溶解热、结晶热等计算：Q=ΔH ·m 或 Q=ΔH m ·n潜热和显热的区别：相变，温变四、定态传热和非定态传热1、定态传热：传热面上各点的温度不随时间改变的传热。

6.6 传热过程的计算工业上大量存在传热过程（我们指间壁式传热过程），他包括了流体与固体表面间的给热和固体内部的导热。

前面我们已经学过了导热和各种情况下的给热所遵循的规律，本节讨论传热过程的计算问题。

6.6.1 传热过程的数学描述在连续化的工业生产中，换热器内进行的大都是定态传热过程。

（1）热量衡算微分方程式如图为一套管式换热器，内管为传热管，传热管外径1d ，内径2d ，微元传热管外表面积d A 1，管外侧1α；内表面积d A 2，内侧2α，平均面积d A m ，壁面导热系数λ。

对微元体做热量衡算得 Q A q T c m p s d d d 11==-Q A q T c m p s d d d 22==-以上两式是在以下的假设前提下：① 热流体流量1s m 和比热1p c 沿传热面不变；② 热流体无相变化； ③ 换热器无热损失；④ 控制体两端面的热传导可以忽略。

（2）微元传热速率方程式如图所示套管换热器中，热量由热流体传给管壁内侧，再由管壁内侧传至外侧，最后由管壁外侧传给冷流体。

对上述微元，我们可以得到33211321d d d d d d d A q A q A q Q Q Q Q m =======阻力推动力=++-=-=-=-22m 1122w m w w 11w d 1d d 1d 1d d 1A A b A t T A t t A b t T A T T αλααλα 令 2211d 1d d 1d 1A A b A A K m αλα++= 则 )(d d 1d t T A K A K tT Q -=-=)(d d t T K AQ q -==式中 K ——总传热系数，W/m 2·K 。

因为沿着流体流动方向（套管换热器沿管长）流体的温度是变化的，所以α值也是变化的。

但若取一定性温度，则α与传热面无关，可以认为是一常数，这样K 也为一常数。

对上式进行积分，可以得到m t KA Q ∆= （3）传热系数和热阻 ① K 的计算由前面的分析可知，传热过程的总热阻1/K 由各串联环节的热阻叠加而成，原则上减小任何环节的热阻都可提高传热系数，增大传热过程的速率。

传热过程的三要素摘要：一、传热过程的定义二、传热过程的三要素1.热源2.热传导介质3.热受体三、三要素间的关系1.热源与热传导介质的关系2.热传导介质与热受体之间的关系3.三要素间的相互作用四、传热过程在生活中的应用1.房屋保暖2.食物烹饪3.工业生产五、传热过程在科学技术中的重要性1.能源转换2.材料加工3.环境控制正文：传热过程是自然界中普遍存在的现象，它涉及到物体之间温度的变化和热量传递。

传热过程的发生需要满足三个基本条件，即热源、热传导介质和热受体。

热源是传热过程的起点，它可以是太阳、火焰、电热器等任何能产生热量的物体。

热传导介质是热量传递的媒介，如空气、水、金属等。

热受体是传热过程的终点，它接收热量并使物体温度发生变化。

热源、热传导介质和热受体三者之间相互影响、相互制约。

热源与热传导介质之间的关系主要表现在热传导介质的导热性能会影响热源散热的效率。

热传导介质与热受体之间的关系则取决于热传导介质能否有效地将热量从热源传递到热受体。

三要素间的相互作用直接影响着传热过程的效率和速度。

传热过程在我们日常生活中有着广泛的应用，如房屋保暖、食物烹饪和工业生产等。

房屋保暖需要考虑墙体的保温性能、窗户的隔热性能以及室内空气的流动等因素，以保证室内温度的稳定。

食物烹饪则需要掌握火候、油温等条件，使食物充分吸收热量，达到美味可口的效果。

在工业生产中，传热过程在冶金、化工、能源等领域发挥着关键作用，如热能的转换和利用、材料的加工和处理等。

传热过程在科学技术中具有重要意义。

在能源转换领域，研究传热过程有助于提高太阳能电池、热能发电等设备的效率。

在材料加工领域，掌握传热过程有助于优化金属冶炼、陶瓷烧结等工艺过程。

在环境控制领域，传热过程在建筑节能、温室气体排放控制等方面具有重要意义。

总之，传热过程作为自然界中的一种基本现象，不仅在我们日常生活中发挥着重要作用，而且在科学技术领域具有广泛的应用价值。

传热过程的三要素传热过程是自然界和工程领域中广泛存在的现象，它在生活中扮演着至关重要的角色。

传热过程的三要素包括热传导、热对流和热辐射。

本文将对这三要素进行详细阐述，并举例分析其在实际应用中的重要性。

一、传热过程概述传热过程是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。

在这个过程中，热量会沿着温度梯度从高温处流向低温处，直到两者达到热平衡。

传热过程在许多领域都有应用，如家电、工业生产、建筑节能等。

二、传热三要素的定义和作用1.热传导热传导是指热量通过固体、液体或气体等导热介质传递的过程。

热传导的主要影响因素包括导热系数、材料厚度和温度梯度。

提高导热系数和减小材料厚度可以提高热传导效率。

2.热对流热对流是指热量通过流体（如气体和液体）的运动而传递的过程。

热对流的主要影响因素包括流速、流体密度和温度差。

提高流速和减小流体密度可以提高热对流效率。

3.热辐射热辐射是指热量以电磁波的形式传递的过程。

热辐射的主要影响因素包括发射率、表面积和温度差。

提高发射率和增大表面积可以提高热辐射效率。

三、应用实例及分析1.热传导：家电产品中的散热片、CPU散热器等均采用了热传导原理，通过铜或铝等高导热材料的薄片，将热量迅速传递到空气中，降低设备温度。

2.热对流：空调、风扇等设备利用热对流原理，通过强制空气流动，使室内热量快速散发到室外，实现制冷或升温效果。

3.热辐射：太阳能热水器、电暖器等设备利用热辐射原理，将太阳辐射或电能转化为热量，实现加热水的目的。

四、提高传热效率的方法1.选择合适的导热材料：根据实际需求，选择具有较高导热系数的材料，如铜、铝等。

2.优化传热结构：设计合理的散热片结构，提高热传导效率。

3.增加辐射面积：在家电产品中增加辐射散热器，提高热辐射效率。

4.利用强制对流：通过风扇、空调等设备强制循环空气，提高热对流效率。

五、总结传热过程的三要素——热传导、热对流和热辐射在实际应用中具有重要意义。

了解这三要素的原理和影响因素，可以为我们生活和工作中解决热问题提供有益的指导。

传热过程的定义传热过程是指物体或系统间由于温度差异而引起的能量传递过程。

它是自然界中普遍存在的现象，主要包括导热、对流传热和辐射传热三种方式。

1. 导热：导热是指物体中颗粒之间的振动导致的能量传递方式。

导热是固体传热的主要方式，因为固体的颗粒间距相对较小，呈现紧密有序排列，使得能量传递较为顺畅。

在导热过程中，热量从高温区传递到低温区，热量的传递速度与物体的导热性质相关，以及与温度差异和距离等因素有关。

2. 对流传热：对流传热是指物体内部或物体表面由于流体的流动而导致的能量传递方式。

对流传热在气体和液体中较为明显，对固体则较少发生。

在对流传热过程中，热量通过流体的流动将热量从高温区传递到低温区。

对流传热受到流体性质、速度、温度差异、流动形式和流体状态等因素的影响。

3. 辐射传热：辐射传热是指由于物体内部或表面发射热辐射而进行的能量传递过程。

辐射传热是一种无需介质的传热方式，可以在真空中传递。

物体的温度决定了其辐射能量的大小，而辐射传热则取决于温度差异、表面性质和几何形状等因素。

辐射传热在太阳辐射和地球散热等过程中起着重要作用。

传热过程中还有一些其他重要的概念和参数：1. 热传导率：热传导率是衡量物质导热性质的物理量，表示单位面积上单位时间内由热传导引起的热量传递。

热导率高的物质传热效果好，如金属物质；热导率低则传热效果较差，如绝缘材料。

2. 热对流系数：热对流系数是衡量对流传热的物理量，表示单位面积上单位时间内通过对流传递的热量。

热对流系数与流体性质、速度、流体状态和流动形式等因素有关。

3. 辐射系数：辐射系数是表征物体辐射传热性质的物理量，表示单位面积上单位时间内通过辐射传递的热量。

辐射系数与物体表面性质和几何形状等因素有关。

4. 热传递方程：热传递方程是用于描述传热过程的数学模型，它根据热传导、对流和辐射等传热机制，通过热平衡原理建立起物体内部或物体与外部的热量传递关系。

热传递方程可以用来求解物体内部温度分布、传热速率和传热效率等问题。