第四章传热 节概述 、定义:由温度差引起的能量转移过程称为热量传递过程或传热过程,简称传热。 传热现象:几乎无时不有,无处不在。因为温差几乎无时不有,无处不在。 传热原理的应用:十分广泛。尤其在能源动力、化工冶金部门。 化学过程 单元操作 设备管道 废热利用 四、问题类型 提高(强化)传热速率 降低(削弱)传热速」遵循相同的传热原理 五、传热状态 稳态(定常)传热:各点温度不随时间而变 非稳态(非定常)传热:否则
第四章 传 热 第一节 概 述 一、定义：由温度差引起的能量转移过程称为热量传递过程或传热过程，简称传热。 二、传热现象：几乎无时不有，无处不在。因为温差几乎无时不有，无处不在。 三、传热原理的应用：十分广泛。尤其在能源动力、化工冶金部门。 化学过程 单元操作 设备管道 废热利用 四、问题类型 提高（强化）传热速率 降低（削弱）传热速率 五、传热状态 稳态（定常）传热： 各点温度不随时间而变 非稳态（非定常）传热：否则 遵循相同的传热原理
传热基本方式(传热机理) 热传导(导热)( conduction):由微观粒子(分子、原子、离子和电子)的微观运 动传递热量的过程。 金属,自由电子的运动。 固体 分子晶体,分子的振动。 非金属原子晶体,原子的振动。}晶格结构的振动,弹性波。 离子晶体,离子的振动 液体,分子的不规则热运动(布朗运动),介于气体与非金属之间。 气体,分子的不规则热运动(布朗运动)。 2.热对流(对流)( convection):由流体质点的宏观运动传递热量的过程。由于同 时存在分子不规则热运动,所以对流必然伴随导热 自然对流:宏观运动由流体密度差引起,而密度差由温度差引起, 强制对流:宏观运动由外力(泵、风机、位差、压差等)引起。 3.热辐射(辐射)( radiation):由电磁波传递热量的过程。 在实际问题中,传热方式很少单独存在,常常两种或三种共存
六、传热基本方式（传热机理） 1．热传导（导热）(conduction)：由微观粒子（分子、原子、离子和电子）的微观运 动传递热量的过程。 金属，自由电子的运动。 固体 分子晶体，分子的振动。 非金属 原子晶体，原子的振动。 晶格结构的振动，弹性波。 离子晶体，离子的振动。 液体，分子的不规则热运动（布朗运动），介于气体与非金属之间。 气体，分子的不规则热运动（布朗运动）。 2．热对流（对流）(convection)：由流体质点的宏观运动传递热量的过程。由于同 时存在分子不规则热运动，所以对流必然伴随导热。 自然对流：宏观运动由流体密度差引起，而密度差由温度差引起。 强制对流：宏观运动由外力（泵、风机、位差、压差等）引起。 3．热辐射（辐射）(radiation)：由电磁波传递热量的过程。 在实际问题中，传热方式很少单独存在，常常两种或三种共存
七、换热器的类型:间壁式、混合式(图4-1)、蓄热式(图42) 八典型间壁式换热器:套管式(图44)和列管(壳管)式(图45、46) 九间壁式换热器中的传热方式:对流→导热→>对流 十、载热体:提供或取走热量的流体。 1.加热剂:提供热量的载热体。热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯、熔盐、烟气(表4-1) 或电。 2.冷却剂:取走热量的载热体。冷水、空气、盐水、液氨(表4-2)。或氟里昂、液氮
七、换热器的类型：间壁式、混合式（图4-1）、蓄热式（图4-2）。 八、典型间壁式换热器：套管式（图4-4）和列管（壳管）式（图4-5、4-6）。 九、间壁式换热器中的传热方式：对流→导热→对流 十、载热体：提供或取走热量的流体。 1．加热剂：提供热量的载热体。热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯、熔盐、烟气（表4-1）。 或电。 2．冷却剂：取走热量的载热体。冷水、空气、盐水、液氨（表4-2）。或氟里昂、液氮。 T2 T Tw tw t t 1 t 2 t T1 T2
第二节热传导 傅立叶定律:在物体内任何一点,沿任一方向的导热热流密度(单位时间内垂直 通过单位面积的热流量)与该方向上的温度变化率成正比,即 d Q__2 式中负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向 q—n方向的导热热流密度,W/m2 Qn方向的导热传热速率或热流量,W,J/s 与热流方向垂直的导热面积,m2; 入——导热系数,W(mK),W/(mC)d n方向的温度变化率,K/m,°C/m 二、导热系数λ:表征物质导热能力的物性参数 1.固体λ 金属,a'<0,t个,A,元2=427WmE =10(1+at) 非金属,a'>0.t个,个,是20c=2000(m2K) 式中0固体在0°C的导热系数,W/(mK),W/(m°C);温度系数,1/° 2.液体λ (1)金属液体:t↑,A↓ (2)非金属液体(除水、甘油外):t↑,λ(略减小) (3)有机化合物水溶液的导热系数估算式为
第二节 热传导 一、傅立叶定律：在物体内任何一点，沿任一方向的导热热流密度（单位时间内垂直 通过单位面积的热流量）与该方向上的温度变化率成正比，即 式中负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向。 q——n方向的导热热流密度，W/m2； Q——n方向的导热传热速率或热流量，W，J/s； S——与热流方向垂直的导热面积，m2； ——导热系数，W/(mK)，W/(mC)； ——n方向的温度变化率，K/m，C/m； 二、导热系数：表征物质导热能力的物性参数。 1．固体 式中0固体在0 C的导热系数，W/(mK)，W/(mC)； 温度系数，1/ C 2．液体 (1) 金属液体： (2) 非金属液体（除水、甘油外）：t, （略减小） (3) 有机化合物水溶液的导热系数估算式为 n t t , a '
2n=092a2 式中a—组分的质量分率 (4)有机化合物互溶混合液的导热系数估算式为 ∑a 气体λ很小,对导热不利,但有利于保温和绝热 个,→(3kPa<p<2×10°kPa) ↑(p<3kPa,orp>2×105kPa) (3)常压下气体混合物的导热系数估算式为 Mm- Ey, Mrs 式中y—组分i的摩尔分率 M,——组分i的摩尔质量,kg/kmol 4、一般规律 (2)λ>A>g (3)x3>λ品 (4)λ>l(气体除外)
式中 ——组分i的质量分率。 (4) 有机化合物互溶混合液的导热系数估算式为 3、气体很小，对导热不利，但有利于保温和绝热 (1) (2) (3) 常压下气体混合物的导热系数估算式为 式中 ——组分i的摩尔分率。 ——组分i的摩尔质量，kg/kmol。 4、一般规律 (1) (2) (3) (4) m = 9aii 0. a m = aii t , → ( 3 , 2 10 ) (3 2 10 ) , 5 5 p kPa or p kPa kPa p kPa p 1/3 1/3 i i i i i m y M y M = i y Mi 金 非金 s l g 晶 非晶 纯 混 (气体除外)