传热与传质学-第三章-稳态热传导-new

3-1 概述3-2 热传导3-3 3传热书P115对流传热3-4 传热过程计算3-5 热辐射3-6 换热器3-1-1 传热过程在化工生产中的应用3-1-2 传热的三种基本方式3-1-3 3-1概述书P128冷热流体的接触方式3-1-4 热载体及其选择3-1-5 间壁式换热器的传热过程3-1-1 传热过程在化工生产中的应用加热或冷却回收热量保温强化传热过程削弱传热过程3-1-2 传热的三种基本方式一、热传导热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导。

特点：没有物质的宏观位移气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果；固体导电体：自由电子在晶格间的运动；非导电体：通过晶格结构的振动来实现的；液体机理复杂。

二、对流流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。

自然对流：由于流体内温度不同造成的浮升力引起的流动。

强制对流：流体受外力作用而引起的流动。

三、热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。

能量转移、能量形式的转化；不需要任何物质作媒介。

对流传热：流体与固体壁面之间的传热过程。

3-1-3 冷热流体的接触方式一、直接接触式板式塔填料塔凉水塔二、蓄热式低温流体优点：•结构较简单；•耐高温。

缺点：•设备体积大；•有一定程度的混合。

高温流体三、间壁式（1）套管换热器热流体T 1传热面为内管壁的表面积冷流体t1t2T2（2）列管换热器热流体T 1传热面为壳内所有管束壁的表面积T 2冷流体t 1t 23-1-4 热载体及其选择加热剂：热水、饱和水蒸气；矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等；用电加热。

冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等加热温度 180 C饱和水蒸气（高、中及低压）冷却温度 30 C水3-1-5 间壁式换热器的传热过程一、基本概念热负荷Q’：工艺要求，某流体需升温或降温时吸收或放出的热量，单位J/s或W。

传热速率Q（热流量）：单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位J/s或W。

传热传质的分析和计算2015/3/31环设、内容80-2动量、热量和质量传递类比3.1对流传质的准则关联式3.2热量和质量同时进行时的热质传递3.32015/3/31环设、3.1.1 三种传递现象的速率描述及其之间的雷同关系流体系统中：速度梯度动量传递温度梯度热量传递浓度梯度质量传递3.1动量、热量和质量传递类比80-32015/3/31环设、环设、两个作直线运动的流体层之间的切应力正比于垂直于运动方向的速度变化率，即:在均匀的各向同性材料内的一维温度场中，通过导热方式传递的热量通量密度为：对于恒定热容量的流体，上式可改写为：环设、在无总体流动或静止的双组分混合物中，若组分A 的分布为一维的，则通过的质量通量密度为：中的扩散系数，m 2/s;环设、环设、dyud tt μτ-=湍流切应力dytd q tt λ-=湍流热流密度dyd D m A ABtAt ρ-=湍流质量通量密度2015/3/31环设、有效动力粘度系数:eff 有效导热系数:eff 有效质量扩散系数:ABeff 环设、•分子传递系数ν, a , DAB ：是物性，与温度、压力有关；通常各项同性。

•湍流传递系数νt, a t, DABt ：不是物性，主要与流体流动有关； 通常各项异性。

80-102015/3/31环设、节能12级环设、0=ww u u 1=ww u u 1,=--∞∞wwt t t t 环设、三个传递方程的扩散系数和边界条件数学表达式完全相同时，它们的解也应当是一致的。

即边界层中的无因次速度、温度和浓度分布曲线完全重合，因而其相应的无量纲准则数相等。

这是类比原理的基础。

Dv =速度分布与浓度分布曲线相重合，或速度边界层和浓度边界层厚度相等。

D=α温度分布与浓度分布曲线相重合，或温度边界层和浓度边界层厚度相等。

环设、三个性质类似的传递系数中，任意两个表示速度分布和温度分布的相互关系，体现流动和传热之间的相互联系表示速度分布和浓度分布的相互关系，体现流体的动量与传质间的联系环设、类似的，对流体沿平面流动或管内流动时质交换的准)Pr (Re,⎪⎭⎫D ul νν,基于热交换和质交换过Nu 环设、动量与热交换类比在质交换中的应用PrRe 2⋅f 环设、以上关系也可推广到质量传输，建立动量传输与质ReC 环设、类比（考虑了层流底层）类比（考虑了层流底层、过渡层）环设、和柯尔本发表了如下的类似的表达式：0.6Pr 60≤≤0.62500Sc ≤≤它与雷诺的不同之处是引入了一个包括了流体重要物性的Sc的气体和液体。

稳态传热与热传导现象热传导是我们日常生活中常见的一种自然现象，它是热力学中的一个重要概念。

热传导可以通过固体、液体和气体等介质传递热量。

而对于固体的热传导，它是指物质内部的热量传递过程，是一种分子间的传递方式。

在固体中，分子通过运动和碰撞传递能量，从而实现热量传导。

这种传导方式是有序的，分子之间以规则的方式相互作用。

当物体的两个端点温度不同时，高温端的分子能量较高，它们会向低温端的分子传递能量，使得两端的温度逐渐趋于平衡。

这种过程被称为稳态传热。

稳态传热的速率与多种因素有关，其中包括物体的导热性能，温度差，截面积等。

导热性能通常用热导率来表示，它反映了物质传导热量的能力。

物质的导热性能通常可以通过热传导方程描述，这个方程既适用于固体，也适用于流体。

除了尺寸和材料等因素外，热传导现象还受到外界环境的影响。

例如，导热性能可能会随着温度的变化而发生改变。

这种现象就是温度依赖性。

在一些材料中，随着温度的升高，固体内部的分子振动会增强，从而导致热传导速率增加。

而在一些液体和气体中，温度升高则会引起分子的扩散，从而增加了热传导的速率。

由于分子之间的相互作用不同，不同材料的导热性能也存在差异。

金属通常具有较高的导热性能，这是因为金属中的自由电子能够快速传递能量。

而一些非金属材料，如塑料和木材等，由于分子之间的相互作用较弱，导致导热性能较低。

热传导不仅仅存在于物质内部，也存在于物质之间的界面。

当两个不同材质的物体接触时，它们之间的分子也会进行能量传递。

这种热传导的方式被称为界面热传导。

界面热传导的速率受到界面接触的质量和物质之间的接触面积等因素的影响。

在实际应用中，我们经常需要降低热传导，以提高物体的绝缘性能。

这时，我们常常采取一些措施，如在物体表面添加绝缘材料或采用多层结构来减少热传导。

同时，也有一些材料具有较低的导热性能，例如空气与真空。

因此，在一些需要隔热的应用中常常采用空气或真空作为隔热材料。

在现代科技的发展中，对热传导的研究也非常重要。

一、绪论热量传递三种基本方式，傅里叶定律、牛顿冷却公式、斯忒藩-波尔兹曼定律。

单位换算二、导热导热系数、热扩散率、温度场、稳态温度场、非稳态换热温度场、导热微分方程式222222()t t t tc x y z c∙∂∂∂∂=+++∂∂∂∂λΦτρρ，如何根据已知条件化解导热微分方程，如稳态、无内热源条件下，导热微分方程可以简化成222222t t tx y z∂∂∂++=∂∂∂、拉普拉斯方程、无内热源的稳态一维导热：直角坐标系22ddtx=，圆柱坐标系22d1dd dt tr r r+=，球坐标系22d2dd dt tr r r+=，三类边界条件及其数学表达式三、稳态导热平壁导热：导热系数是温度的线性函数时，如何进行计算。

圆筒壁导热：球壁导热：，导热系数的测定例题3-5等截面直肋（肋端绝热）：温度分布=例题3-6热流量：0th()hUΦmHm=θ、接触热阻及其构成，形状因子。

四、非稳态导热第一类边界条件下的一维非稳态导热0()erf /w w t t t t N N x =+-=，惰性时间220.0625 s 16x x a a ==τ，凝固系数，蓄热系数、傅里叶准则、毕渥准则，例题4-4，集总参数法判据、时间常数，例题4-5五、导热问题的数值解法无内热源的稳态二维导热微分方程的差分方程形式、中心差分格式、向前差分格式、向后差分格式、显式格式差分方程、隐式格式差分方程、收敛条件、第三类边界条件的差分方程、高斯-赛德尔方法解方程组例题5-3、循环终止的条件。

六、对流换热临界距离、流体流动形态及其特征图6-7、无滑移边界条件、边界层厚度是如何定义的、雷诺准则、普朗特准则、努赛尔准则、定性温度、特性尺度，例题6-2、6-3、6-4、6-5。

（1）管槽: （注意考虑各种修正）（2）横掠单管和管束: （3）自然对流:。

空气的体胀系数αV =1/T七、辐射换热吸收比、透射比、反射比、维恩位移定律、两个黑体的辐射换热Q 12=E b1A 1X 12-E b2A 2X 21、有效辐射、角系数的相对性和完整性、微元面对微元面的角系数计算12d1,d222cos cos d X A r =πϕϕ、(a) 一个方向无限长封闭三凸面(b)一个方向无限长任意两凸面例题7-3、两个灰体间的辐射换热网络及换热计算、三个灰体间的辐射换热网络、具有重辐射面的封闭腔的辐射换热网络、平均射线行程近似计算公式、火焰炉的辐射网络，例题7-11、气体与黑体包壁之间的辐射换热44g w g g 5.67100100T T q ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎣⎦εα，气体与发射率为εw 的灰体包壁之间的辐射换热44g w w g g 15.672100100T T q ⎡⎤⎛⎫+⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎣⎦εεα，2222**g H O H O CO CO C C =+-∆εεεε，2222**g H O H O CO CO C C =+-∆αααα。