6、传热2
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传热复习
《传热学》概论一、名词解释1．热流量：单位时间内所传递的热量2．热流密度：单位传热面上的热流量3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。
5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。
同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。
这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。
7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。
对流传热系数表示对流传热能力的大小。
8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。
辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。
9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。
复合传热系数表示复合传热能力的大小。
10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。
数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。
二、填空题1．热量传递的三种基本方式为、、。
（热传导、热对流、热辐射）2．热流量是指，单位是。
热流密度是指，单位是。
（单位时间内所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2）3．总传热过程是指，它的强烈程度用来衡量。
(热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数) 4．总传热系数K与总面积A的传热热阻Rt的关系为。
（Rt=1/K）5．稳态传热过程是指。
第6章 化工原理传热1
第六章
传热
第二节 热传导 热传导是起因于物体内部分子微观运动的一种传热方式 。热传导的机理相当复杂，目前还了解得很不完全。简而言 之，固体内部的热传导是由于相邻分子在碰撞时传递振动能 的结果。 在流体特别是气体中，除上述原因以外，连续而不规则 的分子运动（这种分子运动不会引起流体的宏观流动）更是 导致热传导的重要原因。 此外，热传导也可因物体内部自由电子的转移而发生。 金属的导热能力很强，其原因就在于此。
T1
T2
t2
套管式
传热（或换热）过程： 是指在冷、热流体之间进 行的热量传递总过程。 给热过程：（对流传热过程） 是指热、冷流体与壁面之 间的热量传递过程。
第六章
传热
3、 蓄热式传热 蓄热式换热器又称蓄热器，是由热容量较大的蓄热室构成，室 内可填充耐火砖等各种填料。 一般说来，这种传热方式只适用于气体介质，对于液体 会有一层液膜粘附在固体表面上，从而造成冷热流体之间的少 量掺混。实际上，即使是气体介质，这种微量掺混也不可能完 全避免。如果这种微量掺混也是不允许的话，便不能采用这种 传热方式。这种传热方式只适用于气体的另一原因，是气体的 体积比热容较填充物小得多，液体则不然。
各种物质的λ可用实验方法测定，P388 附录六给出了常用固体材 料的导热系数。从表中所列数据可以看出，各类固体材料导热系数 的数量级为： O 金属 10—102 W/（m·C） O 建筑材料 10-1 —10 W/（m·C） O 绝热材料 10-2 — 10-1 W/（m·C）
第六章
传热
固体材料的导热系数随温度而变，绝大多数质地均匀的固体，导 热系数与温度近似成线性关系，可用下式表示： 式中：λ—固体在t OC 时的导热系数W/（m OC）； λ0—固体在0 OC 时的导热系数W/（m OC）； α—温度系数 1/OC 对于大多数金属材料和液体：α为负值 α< 0 提高温度 λ略减小。 对于大多数非金属材料和气体：α为正值 α> 0 提高温度 λ增大。 金属材料和非金属材料的λ随温度的不同变化趋势是因为它们的导 热机理不同而引起的。前者主要靠自由电子在晶格之间的定向运动导 热，而后者主要靠原子、分子在其平衡位置附近的振动导热。
传热学-6 单相流体对流传热特征数关联式
注意：与受迫流动换热的区别 无限空间自由流动换热：空间大，自由流动不受 干扰。例：加热炉炉墙对外散热，管外散热及建 筑墙表面对外散热
有限空间自由流动换热：空间小，自由流动还受空 间的形状、尺寸的影响。
6-3 自然对流传热
竖板（竖管） 水平管 水平板 竖直夹层 横圆管内侧
流体与固体壁面之间的自然对流换热过程
（3）入口段，入口段热边界层厚度薄，局部表面传 热系数大。 入口段长度 x： x/d ≈ 0.05RePr （层流） x/d ≈ 60 （湍流）
6-1 管内强迫对流传热
（4） 管内流动的换热边界条件有两种： 恒壁温 tw＝const 和恒热流 qw＝const。
湍流：除液态金属外，两种边界条件的差别可忽略。 层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。
柱的外径 d
（3）体胀系数：理想气体
V
1 T
其它流体（查物性参数表）
6-3 自然对流传热
注意：
（1）竖圆柱按上表与竖壁用同一个关联式只限于以
下情况：
d H
35 GrH1 4
（2）对竖平板、竖圆柱和横圆柱对应的 c和 n 查P155表6-6
6-3 自然对流传热
② 均匀热流 Nu B(Gr Pr)m
Re f Prf
d l
10
6-1 管内强迫对流传热
此经验公式误差较大，因为它没有考虑自由流 动换热的影响，对于流速低、温差大、管径粗的情 况是很难维持纯粹的受迫层流流动。此时自由流动 的影响不能忽略，必须加以修正。
6-1 管内强迫对流传热
四 过渡区（ 2200 <Re < 104）强迫对流传热 准则方程式：
（5）自然对流的准则方程式：Nu＝f (Gr, Pr)；
有限空间自由流动换热：空间小，自由流动还受空 间的形状、尺寸的影响。
6-3 自然对流传热
竖板（竖管） 水平管 水平板 竖直夹层 横圆管内侧
流体与固体壁面之间的自然对流换热过程
（3）入口段，入口段热边界层厚度薄，局部表面传 热系数大。 入口段长度 x： x/d ≈ 0.05RePr （层流） x/d ≈ 60 （湍流）
6-1 管内强迫对流传热
（4） 管内流动的换热边界条件有两种： 恒壁温 tw＝const 和恒热流 qw＝const。
湍流：除液态金属外，两种边界条件的差别可忽略。 层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。
柱的外径 d
（3）体胀系数：理想气体
V
1 T
其它流体（查物性参数表）
6-3 自然对流传热
注意：
（1）竖圆柱按上表与竖壁用同一个关联式只限于以
下情况：
d H
35 GrH1 4
（2）对竖平板、竖圆柱和横圆柱对应的 c和 n 查P155表6-6
6-3 自然对流传热
② 均匀热流 Nu B(Gr Pr)m
Re f Prf
d l
10
6-1 管内强迫对流传热
此经验公式误差较大，因为它没有考虑自由流 动换热的影响，对于流速低、温差大、管径粗的情 况是很难维持纯粹的受迫层流流动。此时自由流动 的影响不能忽略，必须加以修正。
6-1 管内强迫对流传热
四 过渡区（ 2200 <Re < 104）强迫对流传热 准则方程式：
（5）自然对流的准则方程式：Nu＝f (Gr, Pr)；
第04章热量传递(060529-3对流传热6)
对流传热示意图
温度边界层。 传热边界层（thermal boundary layer） ：温度边界层。 有温度梯度较大的区域。 有温度梯度较大的区域。传热的热阻即主要几种在此层 中。
壁面
导热(导热系数较 导热 导热系数较 流体大) 流体大 有温度梯度
第三节 对流传热
自
然
对
.温度差引起密度差异
流
强
制
第三节 对流传热
四、对流传热系数经验式 (三)管内强制对流传热
2. 流体在圆形直管内层流流动
流体在圆形直管内作强制滞流时，受自然对流及热流方向对对 流传热的影响。 当自然对流的影响比较小且可被忽略时 Nu=1.86Re1/3Pr1/3（di/L）1/3（µ/µw）0.14
*小管径； * *流体和壁面 温差不大； *Gr<25000
湍流中心——
* 流动垂直方向质点运动强烈、 * 热对流、 * 温度梯度小
第三节 对流传热
二、对流传热的机理 (一)流动边界层内的传热机理及温度分布 (2)传热速率
层流：—— * 热量传递——分子传热，导热； 湍流：—— * 稳定串联传热过程， * 传热热阻为各层热阻之和； * 热阻主要集中在层流底层； * 层流底层厚度薄、热阻小； * 传热速率大
第三节 对流传热
四、对流传热系数经验式
(三)管内强制对流传热 三 管内强制对流传热 常压下，空气以15m/s的流速在长为 ，φ60×3.5mm的 的流速在长为4m， 例： 常压下，空气以 的流速在长为 × 的 钢管中流动， 温度由150℃ 升到 钢管中流动 ， 温度由 ℃ 升到250℃ 。 试求管壁对空气的对 ℃ 流传热系数。 流传热系数。 解：此题为空气在圆形直管内作强制对流 定性温度 t=（150+250）/2=200℃ （ ） ℃
传热实验报告
体积流量：54.02.26p V s ∆==h m /491.5375.32.26354.0=⨯ 流速：u d q v 241π=s m d q u v /30.47360002.014.3491.534422=⨯⨯⨯==π 定性温度下：密度：由经验公式可得kg /m 009.1093.1405030.4840128.140-5048.30-503=⨯---⨯=ρ粘度：s Pa ⋅=⨯---⨯--=μμ52.196.19405030.48401.19405030.4850热导率：k m W ⋅=⨯⨯+=-/0281.010)30.480074.04513.2(2λ 空气进口温度下密度：kg /1.153m 1.12830-4033.30-30-1.165304030.33403=⨯⨯--=ρ传热量：3600/)(3600/)(1212t t c V t t W c Q p s p -=-=ρW 43.5163600/)30.3330.63(1005491.53009.1=-⨯⨯⨯= 平均壁温：℃9.99)80.9900.100(21)(2121=+=+=w w w T T T 管壁温度与管内流体温度的对数平均温差：℃11.5030.6390.9930.3390.99ln 30.3330.63ln2112=---=---=∆t T t T t t t w w m传热膜系数： m t A Q ∆=α℃/21.13111.5025.102.014.343.5162⋅=⨯⨯⨯=∆=m W t A Q m α 雷诺数：85.532671052.19009.130.4702.0Re 6=⨯⨯⨯==-μρdu 普朗特准数：6966.00281.01052.191005Pr 6=⨯⨯==-λμp C努塞尔准数：433.930281.002.021.131=⨯==λαd Nu Nu/Pr 0.4：969.107433.934.04.0==Nu七.结果讨论.在双对数坐标上作图，用Excel 回归分析可得到：对测量数据：m=0.79，lgA= - 1.679,可得A=0.021。
小学科学教科版五年级下册第四单元第6课《哪个传热快》常考题练习(附参考答案)(2022新版)
五年级科学下册《哪个传热快》练习题班级考号姓名总分【判断题】1.一般情况下，金属传热的本领比木头强。
( )2.为了增强热传递，电饭锅全部是利用容易传热的材料制成的。
( )3.热的良导体用途广泛，热的不良导体用处不大。
( )4.空气是热的不良导体，水是热的良导体。
( )【选择题】1.下列物质中，传热性能最好的是( )，最差的是( )。
A.铁B.水C.空气2.家里的炒锅、高压锅等，绝大多数是用金属制成的，这是因为金属是( )。
A.热的良导体B.热的不良导体C.重量轻，价格便宜3.下列材料中，最适合用来制作锅铲手柄的是( )。
A.铜B.不锈钢C.木头【简答题】如图所示是一条呈“M”形的铁丝，在H点处用酒精灯加热，A、B、C、D、E、F各点上的蜡会先后熔化，请写出各点蜡熔化的顺序。
附：参考答案【判断题】1.一般情况下，金属传热的本领比木头强。
( √ )2.为了增强热传递，电饭锅全部是利用容易传热的材料制成的。
( × )解析：把手等部位要用塑料等不易传热的材料制造，以免烫伤手。
3.热的良导体用途广泛，热的不良导体用处不大。
( × )解析：热的良导体与热的不良导体在生活中都有广泛的用途。
4.空气是热的不良导体，水是热的良导体。
( × )解析：液体除了水银外，都不善于传热，气体比液体更不善于传热。
【选择题】1.下列物质中，传热性能最好的是（ A ），最差的是（ C ）。
2.家里的炒锅、高压锅等，绝大多数是用金属制成的，这是因为金属是（ A ）。
3.下列材料中，最适合用来制作锅铲手柄的是（ C ）。
【简答题】D→C→E→B→F→A。
传热学-第6章-单相对流传热的实验关联式
4 6
0.25
0.14
10 Ref 1.75 10 ; 0.6 Prf 700; 适用参数范围：
定性温度：进出口截面流体平均温度的算术平均值 tf
L d
50
特征长度：管内径d
说明： (1) 非圆形截面的槽道，采用当量直径de 作为特征尺度; (2) 入口段效应则采用修正系数乘以各关联式; (3) 螺旋管中的二次环流的影响，也采用修正系数乘以 各关联式。 （4）短管修正
入口段长度
层流 紊流
l 0.05 RePr d
l 60 平均表面传热系数不需考虑入口效应 d
（3）热边界条件——均匀壁温和均匀热流两种 湍流：除液态金属外，两种条件的差别可不计 层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。
（4）特征速度——取截面的平均流速，并通过流量获得
二、 影响管内对流换热的几个因素
二、管内强迫对流传热特征数关联式
换热计算时,先计算Re判断流态，再选用公式 1. 紊流——迪图斯-贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：
Nuf 0.023Re Pr
0.8 f
n f
0.4 n 0.3
(tw tf ) (tw tf )
适用的参数范围： 104 Ref 1.2 105 ; 0.7 Prf 120;
y 0
t h t y tw
y 0
根据物理量场相似的定义
t h t y y0 tw
Ch Cl t h t y C tw
ChCl 1 C
二、 相似原理
相似原理主要包含以下内容：
物理现象相似的定义； 物理现象相似的性质； 相似特征数之间的关系； 物理现象相似的条件 。 （1）物理现象相似的定义 物理现象的相似以几何相似为前提。两个同类图形对应 尺度成同一比例,则这两个同类图形几何相似。几何相似的两 个图形中对应的空间点之间的距离必然成同一比例。 物理现象相似——同类物理现象之间所有同名物理量场都相 似，即同名的物理量在所有对应时间、对应地点的数值成比例。
0.25
0.14
10 Ref 1.75 10 ; 0.6 Prf 700; 适用参数范围：
定性温度：进出口截面流体平均温度的算术平均值 tf
L d
50
特征长度：管内径d
说明： (1) 非圆形截面的槽道，采用当量直径de 作为特征尺度; (2) 入口段效应则采用修正系数乘以各关联式; (3) 螺旋管中的二次环流的影响，也采用修正系数乘以 各关联式。 （4）短管修正
入口段长度
层流 紊流
l 0.05 RePr d
l 60 平均表面传热系数不需考虑入口效应 d
（3）热边界条件——均匀壁温和均匀热流两种 湍流：除液态金属外，两种条件的差别可不计 层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。
（4）特征速度——取截面的平均流速，并通过流量获得
二、 影响管内对流换热的几个因素
二、管内强迫对流传热特征数关联式
换热计算时,先计算Re判断流态，再选用公式 1. 紊流——迪图斯-贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：
Nuf 0.023Re Pr
0.8 f
n f
0.4 n 0.3
(tw tf ) (tw tf )
适用的参数范围： 104 Ref 1.2 105 ; 0.7 Prf 120;
y 0
t h t y tw
y 0
根据物理量场相似的定义
t h t y y0 tw
Ch Cl t h t y C tw
ChCl 1 C
二、 相似原理
相似原理主要包含以下内容：
物理现象相似的定义； 物理现象相似的性质； 相似特征数之间的关系； 物理现象相似的条件 。 （1）物理现象相似的定义 物理现象的相似以几何相似为前提。两个同类图形对应 尺度成同一比例,则这两个同类图形几何相似。几何相似的两 个图形中对应的空间点之间的距离必然成同一比例。 物理现象相似——同类物理现象之间所有同名物理量场都相 似，即同名的物理量在所有对应时间、对应地点的数值成比例。
第6、7章_热力学第I、第II定律原理及应用
第6、7章 热力学第I 、第II 定律原理及应用热力学第I 定律就是能量守恒定律：各种形式能量间相互转化或传递，在转化或传递的过程中，总的能量数量是守恒的。
能量的表现方式一是物质自身的蓄能，如内能、动能、位能和焓、自由能等各种热力学能等，它们都是状态函数；二是以系统和环境间传递的方式表现出来，如热和功，它们均与变化所经历的过程有关，是过程函数。
热力学第II 定律揭示了热和功之间的转化规律。
能量不仅有数量多寡，而且有质量(品位)的高低之分。
从做功能力上看，功可以全部转化为热，而热只能部分变为功，热和功是两种不同品位的能量。
运用热力学第I 定律和第II 定律，研究化工过程中的能量变化，对化工过程的能量转化、传递、使用和损失情况进行分析，揭示能量消耗的大小、原因和部位，为改进工艺过程，提高能量的利用率指出方向和方法，这是过程热力学分析的核心内容。
本章学习要求本章要求学生掌握敞开系统的热力学第I 定律(即能量衡算方程)及其工程应用；热力学第II 定律三种定性表述方式和熵衡算方程，弄清一些基本概念，如系统与环境、环境状态、可逆的热功转换装置(即Carnot 循环)、理想功与损失功、有效能与无效能等，学会应用熵衡算方程、理想功与损失功的计算及有效能衡算方法对化工单元过程进行热力学分析，对能量的使用和消耗进行评价。
重点与难点6 热力学第I 定律及其工程应用6.1 封闭系统能量衡算方程系统在过程前后的能量变化E ∆应与系统在该过程中传递的热量Q 与功W 的代数和：21E E E Q W ∆=-=+(5-1)通常规定：系统吸热为正，放热为负；系统对环境作功，得功为负，式(5-1)即是热力学第I 定律的数学表达式。
6.2 敞开系统的热力学第I 定律22Si i i i j j j j i jW 11Q dE m (h gz u )m (h gz u )22dt dt dt ''δδ++-+++-=∑∑ (5-5)式(5-5)即为敞开系统的热力学第I 定律表达式，其中：i i i h U P V =+。
传热学第六章
流动全部为紊流
局部传热系数关联式 Nuxm 0.0296Rex4m/5Prm1/3
平均传热系数关联式 Num 0.037Rem4/5Prm1/3
Rex=0≥108 0.6 Prm 60
混合边界层
h
1 l
xc
0
hcx
dx
1
l
xc
hcx
2 dx
Rem
u d o
层流 Rem 1.4 105
层流、紊流的转变
特征速度 来流速度 u∞ 特征尺寸 管外径 d0
Rem＞1.4 105
定性温度 热边界层的平均温度 tm=1/2(t∞+tw)
1.流动的特征
圆柱前半部，沿流动方向流体处于加速减压状态，沿流向压 力逐渐减小。圆柱后半部，沿流向压力逐渐增加。最大粘滞 摩擦力处于圆柱表面处，因而圆柱表面附近的流体受到的阻 力最大。
小结：利用关联式获取表面换热系数的关键步骤
1，熟悉对象：如流过平板、圆柱、球或管束； 2，确定特征温度，查表获取特征温度下流体的热物理参数； 3，确定特征长度，计算Re数； 4，确定要获取局部、还是平均表面换热系数； 5，选择合适的关联式计算无量纲表面换热系数，即Nu数； 6，计算换热系数。
2017/10/23
第六章 单相对流换热的实验关联式
Convection Heat Transfer
§6-1 管内强制对流传热
6.1.1管内强制对流流动和换热的特征
入口段 充分发展段
1. 层流和湍流判别
层流： Re 2300 过渡区： 2300 Re 10000 旺盛湍流： Re 10000
Nu f
化工原理传热习题及答案
化工原理习题及答案第五章传热姓名____________班级____________学号_____________成绩______________一、填空题：1.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 1140w2.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为120mm, λ=0.25w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 1000w3.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为150℃, 而环境温度为20℃,要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料,其导热系数λ=0.35w.m.K,则其厚度不低于_______。
(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 91mm4.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为___________________.当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m.s时,此时传热系数α=_____________.***答案*** α=0.023(λ/d)Re Prα=3.81(kw.m.K)5.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形管内湍流的传热系数表达式为_____________________.当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为1.2m.s时,此时传热系数α=________________.***答案*** α=0.023(λ/d)Re Prα=5.26(kw.m.K)6.（3分）牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。
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福州大学化工原理电子教案 传热 1 6、传热 6.1 概述 6.1.1 概述 几乎所有的化工生产过程都伴有传热操作，进行传热的目的通常是： ① 加热或冷却，使物料达到指定的温度； ② 换热，以回收利用热量或冷量； ③ 保温，以减少热量或冷量的损失。如高温设备的保温，低温设备的保冷。 化学工业能耗高，仅次于冶金工业，因此，应合理利用能源、节约能源。 通常，传热设备在化工厂设备投资中占很大比例，有些可达40%左右，所以传热是化工重要的单元操作之一。同时，热能合理利用对降低产品成本和环境保护有重要意义。 （1）传热过程中冷热流体的接触方式 根据冷热流体的接触情况，工业上的传热过程可分为三中基本方式，每种传热方式所用换热设备的结构也迥然不同。 ① 直接接触式传热 对某些传热过程，例如热气体的直接水冷及热水的直接空气冷却等，可使冷、热流体直接接触进行传热。这种接触方式传热面积大，设备简单。如凉水塔，其中装填填料，填料可以增大接触面积，增大湍动程度，增大传热系数K。 由于冷热流体直接接触，这种传热方式必伴有传质过程。 ② 间壁式传热 在多数情况下，工艺上不允许冷、热流体直接接触，因此直接接触式传热过程在工业上并不很多。工业上应用最多的是间壁式传热过程。间壁式换热器类型很多，其中最简单而又最典型的结构是套管换热器。在套管式换热器中，冷热流体分别通过环隙和内管，热量自热流体传给冷流体，这种热量传递过程包括三个步骤： a 热流体靠对流传热将热量Q传给金属壁一侧——给热；
b热量自管壁一侧以热传导的形式传至另一侧——导热； c 热量以对流传热形式从壁面传给冷流体——给热。 冷、热流体之间进行的热量传递总过程通常称为传热（或换热）过程，而将流体与壁面之间的热量传递过程称为给热过程。
③ 蓄热式换热器 首先使热流体通过蓄热器中固体壁面，用热流体将固体填充物加热，然后停止热流体，使冷流体通过固体表面，用固体填充物所积蓄的热量加热冷流体。这样交替通过冷、热流体达到换热的目的。
热水 空气 填料
凉水塔
T1 热流体 T2 t1 冷流体
t2
套管换热器 热流体 T
t 冷流体
Q 给热
导热 间壁 给热
间壁两侧传热过程 福州大学化工原理电子教案 传热
2 为将冷流体加热或热流体冷却，必须用另一种流体供给或取走热量，此流体称为载热体。起加热作用的载热体称为加热剂；而起冷却作用的载热体称为冷却剂。 （2）载热体及其选择 工业上常用的加热剂有热水、饱和水蒸汽、矿物油、联苯混合物、熔盐和烟道气等。当要求温度小于180℃时，常用饱和水蒸汽。饱和水蒸汽冷凝放出潜热，潜热大大于显热，因此所需的蒸汽量小，且相变过程不发生温度变化。（注：若不将饱和水蒸汽中的不凝性气体及时排走，会大大降低传热效果。） 工业上常用的加热剂及其使用温度范围可参见教材p231表6-1。 常用的冷却剂是水、空气和各种冷冻剂。水和空气可将物料最低冷却至周围环境的温度。当温度不很低时，水是最适宜的冷却剂。 在选用载热体时为提高传热过程的经济性，必须根据具体情况选择适当温位的载热体，同时还应考虑以下几个方面问题： ① 载热体的温度应易于调节； ② 载热体的饱和蒸气压宜低，加热时不会分解； ③ 载热体毒性要小，使用安全，对设备应基本上没有腐蚀； ④ 载热体应价格低廉而且容易得到。
6.1.2 传热过程 化工生产中应用最广的是间壁式换热器，因此我们以间壁式换热器来讨论传热过程。 （1）传热速率 传热过程的速率可用以下两种方式表示： ① 热流量Q：即单位时间内热流体通过整个换热器的传热面传递给冷流体的热量（W=J/s），因此Q与
传热面A有关。 ② 热流密度（热通量）q：单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）,即
AQqdd
与热流量Q不同，热流密度与传热面积A大小无关，完全取决于冷、热流体之间的热量传递过程，是反映具体传热过程速率大小的特征量。 工业上的传热过程包括定态和非定态传热情况，但是大多涉及到的都属于定态传热过程，对于定态传热过程Q和q以及有关的物理量都不随时间而变。 （2）换热器的热流量（Q） 对于定态传热过程，热流密度不随时间而变，但沿着管长是变化的，因此作为传热结果，冷、热流体的温度沿管长而变，冷、热流体的温差也必将发生相应的变化。
设换热器的传热面积为A，由AQqdd可推出换热器的热流量为
AAqQd 间壁两侧，冷、热流体的温差（tT）沿管长而变，因此为计算换热器的热流量，还必须找出热流密度沿传热面的变化规律。 （3）非定态传热过程 工业上不少传热过程是间歇进行的，即随着传热的进行，流体的温度随时间而变，因此是非定态过程。如用饱和蒸汽加热搅拌釜内的液体就属于非定态传热过程。 对此换热器，夹套内为蒸汽冷凝，因而各处温度相同，釜内液体充分搅拌各处温度均一，故在任何时刻传热面各点的热流密度相同。但是，作为传热结果，釜内液体温度随时间不断上升，热流密度随时间不断减小。 福州大学化工原理电子教案 传热 3 对非定态传热问题通常关心的是一段时间内所传递的累积总热量TQ。设夹套传热面积为A，则 ddTA
Qq
0TdqAQ 因此，要求TQ，只知道热流密度q的计算式是不够的，还须知道q随时间的变化规律。 （4）传热机理 任何热量的传递只能通过传导、对流、辐射三种方式进行。 固体内部的热量传递只能以传导的方式进行。 流体与换热器壁面之间的给热过程往往同时包含对流与传导，对高温流体还有热辐射。热传导、对流传热需介质，能量形式不变；而辐射传热无须介质，但能量形式发生变化（热→波→热）。 工程上的传热过程一般都是三种形式同时存在的。
6.2 热传导 热传导是物体内部分子微观运动的一种传热方式。但热传导的机理很复杂。固体内部的热传导是由于相邻分子在碰撞时传递振动能的结果。在流体特别是气体中，除分子碰撞外，连续而不规则的分子运动是导致热传导的重要原因。此外，热传导也可因物体内部自由电子的转移而发生。金属的导热能力很强的原因就在于此。
6.2.1 傅立叶定律和导热系数 （1）傅立叶定律 热传导的微观机理虽难以弄清，但这一基本传热方式的宏观规律可用傅立叶定律加以描述，即
ntq
式中 nt/── 法向温度梯度，℃/m或K/m； ── 比例系数，称为导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。 注：此处的与第一章摩擦系数的区别。 方程中由于nt/指向温度增加的方向，导热方向与nt/方向相反，所以加一“—”。 （2）导热系数 物体的导热系数与材料的组成、结构、温度、湿度、压强以及聚集状态等许多因素有关。它是物性，一般通过实验测定。 各种材料的导热系数的大小依次为：
气体固体绝缘材料液体一般固体非金属金属
① 固体 固体材料的导热系数随温度而变，绝大多数质地均匀的固体，导热系数与温度呈线性关系，可用下式表示： )1(0at 式中 ── t℃时固体的导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)； 0
── 0℃时固体的导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)；
a ── 温度系数，1/℃。 对大多数金属材料（汞除外）为负值（a < 0），t，；对大多数非金属材料为正值（a > 0），t，福州大学化工原理电子教案 传热 4
。若金属材料的纯度不纯，会使大大降低。
② 液体 除水和甘油等少量液体物质外，绝大多数液体t，；水、甘油t，。一般来说，纯液体的
大于溶液。
③气体 气体的比液体更小，约为液体的1/10。固体绝缘材料的导热系数之所以很小，就是因为空隙率大，含有大量空气的缘故。
气体t，。在通常压力范围内，压力p对无明显的影响。只有当mmHg20p或atmk2p时，
p，。 因此，一般气体)(tf，可查1atm时的。 6.2.2通过平壁的定态导热过程 假设有一高度和宽度均大大于厚度的平壁，厚度为，两侧表面温度保持均匀，分别为1t、2t，且21tt。若1t、2t不随时间而变，则壁内传热系定态一维热传导（即平壁内温度只沿x方向变化，y和z方向上无温度变化），则傅立叶定律可写为：
xtqdd
（1）平壁内的温度分布 在平壁内部取厚度为x的薄层，对此薄层取单位面积作热量衡算可得
t
cxqqpxxx
对定态导热，0/t，薄层内无热量累积，则
常数xtqd
d
当为常数时，xtdd为常量，即平壁内温度呈线性分布。一般取1t、2t的平均值221mttt来查（算）m。 思考：若随t而变，即0a或0a时，平壁内的温度分布又是怎样的？ 提示：xtatxtqdd)1(dd0，则t～x抛物线关系。 （2）热通量q和热流量Q 对于平壁定态热传导，热流密度q不随x变化，将xtqdd积分得
2121ddxxttxqt
热阻推动力21tttAQq