课程名称：环境工程原理摘要第一节热量传递的方式一、热传导二、对流传热三、辐射传热第二节热传导一、傅立叶定律二、导热系数三、通过平壁的稳定热传导四、通过圆管壁的稳定热传导第三节对流传热一、影响对流传热的因素第四章热量传递二、对流传热的机理三、对流传热速率四、对流传热系数的经验式五、保温层的临界直径六、间壁传热过程计算第四节、常用换热器及强化传热的措施第五节辐射传热一、辐射传热的基本概念二、物体的辐射能力三、物体间的辐射传热四、气体的热辐射本讲的要求及重点难点：【目的要求】了解管内强制对流传热系数、大空间自然对流传热、蒸气冷凝传热系数的计算方法，了解气体辐射能力和对流辐射联合传热过程的原理。理解傅立叶定律、牛顿冷却定律、导热系数和对流传热系数的概念，理解对流传热的机理和影响因素，理解辐射传热的基本概念和物理辐射能力的概念，理解和掌握强化换热器传热过程的途径掌握单层平壁和多层平壁的稳定热传导，掌握圆管壁的稳定热传导；掌握间壁传热传热速率、传热系数、传热推动力及传热单元数等的相关计算；掌握保温层及临界直径的计算方法，掌握物体间辐射传热量的计算方法，掌握管式换热器和板式换热器的结构和工作原理。【重点】傅立叶定律，牛顿冷却定律，导热系数及工程中常用材料的导热性能，单层平壁和多层平壁的稳定热传导，圆管壁的稳定热传导，对流传热的机理和影响因素，对流传热速率的计算，保温层临界直径和临界厚度的相关计算，间壁传热的传热速率、总传热系数、总热阻等相关计算，辐射传热的基本概念，物体间辐射传热量的计算方法，管式换热器和板式换热器的结构和工作原理，强化换热器传热过程的途径。【难点】单层平壁和多层平壁的稳定热传导，圆管壁的稳定热传导，单层平壁和多层平壁的稳定热传导，圆管壁的稳定热传导，对流传热速率的计算，保温层临界直径和临界厚度的相关计算，间壁传热的传热速率、总传热系数、总热阻等相关计算，辐射传热的基本概念，物体间辐射传热量的计算方法。1
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内容【本讲课程的引入】传热是极普遍的过程：凡是有温差存在的地方，就必然有热量传递。在环境工程中，很多过程涉及到加热和冷却：*对水或污泥进行加热：心对管道及反应器进行保温以减少系统的热量散失：在冷却操作中移出热量。环境工程中涉及到的传热过程主要有两种情况：*强化传热过程，如各种热交换设备中的传热：心削弱传热过程，如对设备和管道的保温，以减少热量损失。本章将学习三种传热方式，以及环境工程中常用的换热设备。【本讲课程的内容】84-1热量传递的方式热量传递主要有三种方式：热传导、对流传热和辐射传热。传热可以以其中一种方式进行，也可以同时以两种或三种方式进行。根据传热机理的不同，热的传递主要有三种方式：热传导：物体各部分之间无宏观运动，通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程。对流传热：流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程，仅发生在液体和气体中。通常认为是流体与固体壁面之间的热传递过程。辐射传热：物体由于热的原因而发出辐射能的过程。4-2热传导条件：物体各部分之间无宏观运动。机理：通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程。在气态、液态和固态物质中都可以发生，但传递的方式和机理是不同的。气体的热量传递是气体分子作不规则热运动时相互碰撞的结果固体以两种方式传递热量：晶格振动和自由电子的迁移：液体的结构介于气体和固体之间，分子可作幅度不大的位移，热量的传递既由于分子的振动，又依靠分子间的相互碰撞。傅立叶定律F静止导热介质静止导热介质福CIXEXIDCXDt=0ToTTToT2
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需要一个恒定的热量流量Q通过，才能维持温度差不变AT0Pr.4Yy方向上的温一静止导热介质度梯度：KmXTy方向上的热量流量导热系数垂直于热流方也称为传热速率，置W(mK)向的面积，㎡ToT.T2=-ag=傅立叶定律热量通量与温度梯度成正比dyAy方向上热量通量，即单位时间热量传递的推动力内通过单位面积传递的热量，又称为热流密度，W/m负号表示热量通量方向与温度梯度的方向相反，即热量是沿着温度降低的方向传递的。a二、导热系数入=-dTdy导热物质在单位面积、单位温度梯度下的导热速率，表明物质导热性强弱即导热能力的大小，是物质的物理性质，与物质的种类、温度和压力有关，不同物质的导热系数差异较大（一）入的影响因素：（1）气体的导热系数随温度升高而增高，近似与绝对温度的平方根成正比。一般情况下，压力对其影响不大，但在高压（高于200MPa）或低压（低于2.7kPa）下，气体的导热系数随压力的升高而增大。（2）液体的导热系数随温度升高而减小（水、甘油例外）26经验公式：入=a+bT2459水压力对其影响不大。2255 420-无水甘油：2-—数酸；3——甲醇；4——乙醇；5———薰麻油；W/M—苯胺；7——乙酸：8——丙酮：9——丁醇；10——硝基苯；18811——异丙苯：12——苯：13-—甲苯：14-——二甲苯；16X年15——凡土林油：16—水（用右边的坐标）.54914910412（3）固体的导热系数影响因素较多150纯金属的导热系数随温度升高而减小020601201404080100数随温度的升高而减小，非晶体则相反。T/℃C（二）工程中常用材料的导热系数3
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金属50~415W/(mK)），合金12~120W/mK)换热壁面材料液体0.17～0.7W/mK）水是工程上最常用的导热介质隔热材料0.03~0.17W/mK)气体0.007~0.17W/mK)多孔材料作为保温材料非金属中，石墨的导热系数最高，可达100～200[W／（mK）]，高于一般金属；同时，由于其具有耐腐蚀性能，因此石墨是制作耐腐蚀换热器的理想材料。三、通过平壁的稳定热传导（一）单层平壁的稳态热传导47平壁厚度为b，壁面两侧温度分别为Ti、T2，Ti>T2，认为是T.9维稳态热传导（即热量传递的方向是垂直于壁面方向，且单位时间通过单位面积的热量是相等的）。dTQ=-1A-dxx=0:T-T2A(T -T)0bX=b:T=TQT-TATQ(-T)_AT把上式变化形式：bAbRr1MA传热推动力传热速率=华传热热阻其中温差为传热的推动力。由傅立叶定律看出，传导距离越大，传热壁面和导热系数越小，则导热热阻越大。【例题4.2.1】某平壁厚度b为400mm，内表面温度T=950℃，外表面温度T300℃，导热系数入=1.0+0.001T，式中入的单位为W/(m·K)，T的单位为℃。若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算，试求导热热通量和平壁内的温度分布。AT解：（1）导热系数按平壁的平均温度，入取为常数T.97, 7+7_ 950+300625℃Wm22元m=1.0+0.001×625=1.625T-T2950-300=1.625x26411Vm-K）q=入m0.4bd以x表示沿壁厚方向上的距离，在x处等温面上的温度为bx2641qx=950T=T--=950-1625x1.625Am4
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即温度分布为直线关系，（2）导热系数取为变量=-(1.0+0.001)g=-dxdx1分离变量并积分(1.0+0.001T)dT=qd对于平壁上的稳态一维热传导，热量通量不变。因此0.001(T-T)-20.00TbL21 [([950300)(950 30020.4 L=2641W/m在x处0.001(T -T)+T2)= qp20.001(950T2)=2641x(950-T)+2整理，得此时温度分布为曲线。0.001T? +T -1401+ 2641x = 02（二）多层平壁的热传导假设层与层之间接触良好(T-T)_ AT0=元AT,=QR,bRAT,=QR=(-)_AT, =ORR,b2 (,-T)_AT=A热阻越大，通过该层的R,bs温度差也越大T-TAT+AT, +ATOb+b,+b,R, + R, + R3MAZAA5
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