化工基础第三章传热

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。

化工原理(上册) - 化工流体流动与传热第三版柴诚敬习题答案第一章：引言习题1.1答案：该题为综合性问题，回答如下：根据流体力学原理，液体在容器中的自由表面是一个等势面，即在平衡时，液体表面上各点处的压力均相等。

所以整个液体处于静止状态。

习题1.2答案：该题为计算题。

首先，根据流速的定义：流体通过某个截面的单位时间内通过的体积与截面积之比，可得流速的公式为：v = Q / A，其中v表示流速，Q表示流体通过该截面的体积，A表示截面积。

已知流速v为10m/s，截面积A为0.5m²，代入公式计算得：Q = v × A = 10m/s × 0.5m² = 5m³/s。

所以，该管道内的流体通过的体积为5立方米每秒。

习题1.3答案：该题为基础性知识题。

流体静压头表示流体的静压差所能提供的相当于重力势能的高度。

根据流体的静压力与流体的高度关系可知，流体静压力可以通过将流体的重力势能转化为压力单位得到。

由于重力势能的单位可以表示为m·g·h，其中m为流体的质量，g为重力加速度，h为高度。

而流体的静压头就是将流体静压力除以流体的质量得到的，即流体静压力除以流体的质量。

所以，流体静压头是等于流体的高度。

第二章：流体动力学方程习题2.1答案：该题是一个计算题。

根据题意，已知流体的密度ρ为1.2 kg/m³，截面积A为0.4 m²，流速v为2 m/s，求流体的质量流量。

根据质量流量公式：Q = ρ × A × v，代入已知数值计算得：Q = 1.2 kg/m³ × 0.4 m² × 2 m/s = 0.96 kg/s。

所以，流体的质量流量为0.96 kg/s。

习题2.2答案：该题为综合性问题，回答如下：流体动量方程是描述流体运动的一个重要方程，其中包含了流体的质量流量、速度和压力等参数。

化工原理知识点总结pdf第一章：化工原理基础化工原理是化工学科的一门基础课程，主要研究化工过程的基本原理和基本规律。

本章将针对化工原理的基础知识进行总结。

1.1 化工过程基本概念化工过程是指将原材料通过化学反应、分离、精制等一系列工艺操作，转化成符合特定需求的产品的过程。

化工过程一般包括原料处理、反应、分离、精制和产品收率等环节。

1.2 热力学基础热力学是研究物质能量转化规律的科学，它主要包括热力学系统、热力学第一、二、三定律，熵增原理等内容。

在化工过程中，热力学原理对于理解和分析热力学系统的能量变化、效率提高和过程优化具有重要的意义。

1.3 物质平衡原理物质平衡是指在化工过程中，针对物质流量、组分和质量进行的平衡分析。

物质平衡原理是化工过程中不可或缺的理论基础，它体现了化工过程中原料转化成产品，各种物质在环境中传输和转化的基本规律。

1.4 动量平衡原理在流体力学和传递过程中，动量平衡原理是通过对流体流动、传输和转动的分析，确定系统内部及其与外界的动量交换关系。

动量平衡原理在化工过程中的应用十分广泛，对于管道流体、设备运转和动力传递等方面起着重要作用。

1.5 质量平衡原理质量平衡原理是指在化工过程中，对于物质的组分、浓度、流量等进行质量平衡的原理分析。

质量平衡原理是化工过程中最基本的原理之一，对于产品质量控制、环境保护和过程优化具有重要的指导意义。

1.6 界面传递原理界面传递原理是指在化工过程中，各种界面过程发生物质传递、热量传递、动量传递的基本规律。

界面传递原理的研究对于化工过程中的分离、精制、传质、传热等方面具有重要的意义。

第二章：化工反应原理化工反应原理是化工学科的重要分支之一，主要研究化工原料通过化学反应，转化成特定产品的原理和规律。

本章将总结化工反应原理的基本知识。

2.1 化学反应的基本概念化学反应是指化学物质在一定条件下，由原有的化学键断裂再组合成新的化学物质的过程。

化学反应包括各种离子反应、氧化还原反应、配位反应、配位反应、离子化合物的生成等。

化工原理传热传热是化工工程中非常重要的一个环节，它涉及到许多工艺过程和设备的设计与操作。

在化工生产中，传热过程不仅影响着产品质量和生产效率，还直接关系到能源的利用效率和环境保护。

因此，对于化工原理传热的深入理解和掌握，对于化工工程师来说至关重要。

传热的基本原理包括传热方式、传热系数、传热表达式等。

传热方式主要包括传导、对流和辐射三种方式。

传导是指热量通过物质内部的传递，对流是指热量通过流体的对流传递，而辐射是指热量通过电磁波的辐射传递。

传热系数是描述传热效果的物理量，它与传热介质的性质、流体状态、流体性质等因素有关。

传热表达式则是用来描述传热过程的数学表达式，可以通过传热方程和传热系数来进行计算和分析。

在化工生产中，传热过程通常涉及到换热器、蒸发器、冷凝器等设备。

换热器是用来实现不同流体之间热量交换的设备，它包括了许多种类，如壳管式换热器、板式换热器等。

蒸发器是将液态物质转化为气态物质的设备，它在化工生产中应用广泛。

而冷凝器则是将气态物质转化为液态物质的设备，也是化工生产不可或缺的一部分。

在传热过程中，热传导、对流传热和辐射传热是相互作用的。

热传导是传热过程中最基本的方式，它在许多设备和工艺中都有重要的应用。

对流传热则是流体在传热过程中的一种重要方式，它受到流体的流动状态、速度、流体性质等因素的影响。

而辐射传热则是在高温条件下的一种重要传热方式，它在许多高温工艺和设备中都有重要的应用。

总的来说，化工原理传热是化工工程师必须要深入了解和掌握的一个重要内容。

通过对传热的基本原理、传热设备和传热过程的深入研究，可以更好地指导化工生产实践，提高生产效率，降低能源消耗，保护环境，实现可持续发展。

希望本文能为化工工程师提供一些有益的参考和帮助。

传 热1、a 、散热速率：29606.024.09.024.060700m W t A =+-=∆=Φ∑λδ交界面温度：℃44424.09.0960700/1112=-=Φ-=δλAt tb 、23606.024.009.01.09.024.060700m W t A =++-=∆=Φ∑λδ2、根据，()t t A -'=Φ1α 炉气温度：℃73230960700/1=+=Φ+='αA t t 外界温度：℃122096060/233=-=Φ-='αA t t3、各层砖的热阻：24.00.124.0111===λδR 22222667.615.0δδλδ===R267.09.024.0333===λδR3343221131λδλδλδt t t t -=+-，267.060150667.624.01507002-=+-δ632.190267.0550667.624.02==+δ，∴m 21.02=δ4、设交界面温度为t()()30803021-=-=Φδλδλt ∴℃230305050200305021=+⨯=+⨯=δδt5、求散热速率()m Wd d t ln n n 49088.0128.0ln 05.01048.0088.0ln 15.01042.0048.0ln 4513012014.32ln 121=++-⨯⨯=∆=Φ∑+λπ求界面温度，设管外壁温度仍＝30℃不变。

℃1201097.2249120ln 1231212≈⨯⨯-=Φ-=-πλπd d l t t ℃＋（5.88)04.41097.2(249120)ln 1ln 12323212113=+⨯-=Φ-=-πλλπd d d d l t t 求散热速率, (只包石棉40mm ，管外壁温度仍＝30℃不变。

)()()m W d d t t l n n n 4.86048.0128.0ln 15.01042.0048.0ln 4513012014.32ln 12141=+-⨯⨯=-=Φ∑+λπ求散热速率, (只包软木40mm ，管外壁温度仍＝30℃不变)。

（完整版）化⼯原理思考题答案化⼯原理思考题答案第⼀章流体流动与输送机械1、压⼒与剪应⼒的⽅向及作⽤⾯有何不同答：压⼒垂直作⽤于流体表⾯，⽅向指向流体的作⽤⾯，剪应⼒平⾏作⽤于流体表⾯，⽅向与法向速度梯度成正⽐。

2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素答:单位是N·S/m2即Pa·s，也⽤cp，1cp=1mPa·s，物理意义为：分⼦间的引⼒和分⼦的运动和碰撞，与流体的种类、温度及压⼒有关3、采⽤U型压差计测某阀门前后的压⼒差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？答：⽆关，对于均匀管路，⽆论如何放置，在流量及管路其他条件⼀定时，流体流动阻⼒均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截⾯的压⼒差却不相同。

4、流体流动有⼏种类型？判断依据是什么？答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re≤2000时，流动为层流；Re≥4000时，为湍流，2000≤Re≤4000时，可能为层流，也可能为湍流5、雷诺数的物理意义是什么？答：雷诺数表⽰流体流动中惯性⼒与黏性⼒的对⽐关系，反映流体流动的湍动状态6、层流与湍流的本质区别是什么？答：层流与湍流的本质区别是层流没有径向脉动，湍流有径向脉动7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中⼼可分为哪⼏个区域？答：层流内层、过渡层和湍流⽓体三个区域。

8、流体在圆形直管中流动，若管径⼀定⽽流量增⼤⼀倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失⼜是原来的多少倍？答：层流时W f∝u，流量增⼤⼀倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf∝u2 ，流量增⼤⼀倍能量损失是原来的4倍。

9、圆形直管中，流量⼀定，设计时若将管径增加⼀倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失⼜是原来的多少倍？答：10、如图所⽰，⽔槽液⾯恒定，管路中ab及cd两段的管径、长度及粗糙度均相同，试⽐较⼀下各量⼤⼩11、⽤孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改⽤转⼦流量计，转⼦上下压差值⼜将如何变化？答：孔板前后压⼒差Δp=p1-p2，流量越⼤，压差越⼤，转⼦流量计属于截⾯式流量计，恒压差，压差不变。

化工原理热传热课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握热传递的基本概念，包括导热、对流和辐射。

2. 理解热传递的基本定律，如傅里叶热传导定律、牛顿冷却定律和斯蒂芬-玻尔兹曼定律。

3. 学会应用热传递原理分析化工过程中典型设备的热量传递问题。

技能目标：1. 能够运用数学模型对热传递问题进行定量分析和计算。

2. 掌握使用实验方法研究热传递过程的基本技能。

3. 能够运用化工原理解决实际热传递问题，进行初步的热设计。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工热传递学科的兴趣，激发他们的探究欲望。

2. 增强学生的工程意识，认识到热传递在化工领域的重要性和实际应用价值。

3. 培养学生严谨的科学态度和团队合作精神，在学习过程中积极与他人交流合作。

课程性质分析：本课程为化工原理中的热传递章节，是理论与实践相结合的课程。

考虑到学生年级的知识深度，课程设计将侧重于基本理论的掌握和实际应用能力的培养。

学生特点分析：学生处于能够理解抽象概念和进行定量计算的阶段，具有一定的物理和数学基础，但需加强将理论知识应用于实际问题解决的能力。

教学要求：通过本课程的学习，学生应能将热传递原理与化工实践相结合，形成系统的知识结构，并能在后续学习和工作中灵活运用。

二、教学内容1. 热传递基本概念：导热、对流、辐射。

- 教材章节：第二章 热传递基本概念与定律。

- 内容：热能传递方式、热传递过程中的能量守恒。

2. 热传递基本定律：傅里叶热传导定律、牛顿冷却定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律。

- 教材章节：第二章 热传递基本概念与定律。

- 内容：热传导定律推导、热对流和热辐射的基本原理。

3. 热传递数学模型与计算：稳态和非稳态热传递、边界条件和初始条件。

- 教材章节：第三章 热传递数学模型与计算。

- 内容：建立数学模型、求解热传递方程、应用实例分析。

4. 热传递实验方法：实验设计、数据采集、结果分析。

- 教材章节：第四章 热传递实验方法。

- 内容：实验原理、实验设备与操作、实验数据处理。

第三章 传 热－基本概念和基本理论传热是由于温度差引起的能量转移，又称热传递。

由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，就必然发生热从高温处传递到低温处。

根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：热传导（导热）、热对流（对流）和热辐射。

热传导是物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递；热对流是流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程（包括由流体中各处的温度不同引起的自然对流和由外力所致的质点的强制运动引起的强制对流），流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程称为对流传热（给热）；热辐射是因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。

任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐射能，只是在高温时，热辐射才能成为主要的传热方式。

传热可依靠其中的一种方式或几种方式同时进行。

传热速率Q 是指单位时间通过传热面的热量（W ）；热通量q 是指每单位面积的传热速率（W/m 2）。

一、 热传导1. 导热基本方程––––傅立叶定律nt dS dQ ∂∂-=λ λ––––导热系数，表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，单位为W/（m·℃）。

纯金属的导热系数一般随温度升高而降低，气体的导热系数随温度升高而增大。

式中负号表示热流方向总是和温度剃度的方向相反。

2．平壁的稳定热传导单层平壁：Rt S t t Q ∆=-=λ21多层（n 层）平壁：∑∑∑==+∆=-=ni n i i i n R t S b t t Q 1111λ 公式表明导热速率与导热推动力（温度差）成正比，与导热热阻（R ）成反比。

由多层等厚平壁构成的导热壁面中所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈小，其两侧的温差愈小，但导热速率相同。

3. 圆筒壁的稳定热传导单层圆筒壁：R t S b t t Q m ∆=-=λ21 或 1221ln )(2r r t t l Q -=λπ 当S 2/S 1>2时，用对数平均值，即：1212ln S S S S S m -= 当S 2/S 1≤2时，用算术平均值，即：S m =（S 1+S 2）/2多层（n 层）圆筒壁：∑=+-=n i mii i n S b t t Q 111λ 或∑++-=ii i n r r t t l Q 111ln 1)(2λπ 一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应降低，主要原因是因水的导热系数大于保温材料的导热系数，受潮后，使保温层材料导热系数增大，保温效果降低。