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1、第四章：传热第一讲第四章第四章 传传 热热（）冬天，坐到公园的水泥凳子上、或坐在（）冬天，坐到公园的水泥凳子上、或坐在木头凳子上，或坐在随身带的棉坐垫上，三种木头凳子上，或坐在随身带的棉坐垫上，三种坐法，有三种不同的感觉，坐法，有三种不同的感觉，Why?难道混凝土、难道混凝土、木头、棉坐垫的温度和气温不同吗？木头、棉坐垫的温度和气温不同吗？思思思思 考考考考()热水瓶（保温瓶）在设计和使用过程中热水瓶（保温瓶）在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？采取了哪些防止热损失的措施？（）（）ROSE&JACK一个是死里逃生、幸免于难一个是难以幸免、为爱献身why?思思思思 考考考考一、一、传热

2、过程在工业生产中的应用传热过程在工业生产中的应用 1 1、传热定义、传热定义:传热是传热是指由温度差引起的能量传递指由温度差引起的能量传递。传热即热量传递，热力学第二定律，当无外加功传热即热量传递，热力学第二定律，当无外加功时，热总是从高温向低温自动传递。时，热总是从高温向低温自动传递。2 2、传热的目的和用途：、传热的目的和用途：几乎所有的化工生产过程几乎所有的化工生产过程均伴有传热操作均伴有传热操作加热或冷却：加热或冷却：为满足生产工艺要求，如保证化学反应、为满足生产工艺要求，如保证化学反应、单元操作的正常进行，对物料进行加热或冷却、汽化单元操作的正常进行，对物料进行加热或冷却、汽化或冷凝

3、，使物料达到指定的温度和相态。或冷凝，使物料达到指定的温度和相态。换热：换热：回收和利用废热，节省能源。回收和利用废热，节省能源。保温：保温：为减少热损失，对高温或低温的设备及管道为减少热损失，对高温或低温的设备及管道进行保温隔热。如工业上分离空气的精馏塔，塔内温进行保温隔热。如工业上分离空气的精馏塔，塔内温度在度在-180，必须保温绝热；蒸汽管道的保温。，必须保温绝热；蒸汽管道的保温。第一节第一节 概述概述3、化工生产对传热的要求：、化工生产对传热的要求：强强化化传传热热 ：强强化化传传热热可可降降低低设设备备费费用用。-加加快快传热速率。传热速率。削削弱弱传传热热 ：保保温温或或保保冷冷，

4、减减少少热热量量或或冷冷量量的的损损失失损失。损失。-降低传热速率。降低传热速率。4、化工生产过程中需要解决的传热问题：、化工生产过程中需要解决的传热问题：传热过程计算传热过程计算，包括设计型计算和操作型计算；，包括设计型计算和操作型计算；传热过程的改进与强化传热过程的改进与强化5、几个基本概念、几个基本概念参与传热的两流体均称为参与传热的两流体均称为载热体载热体，其中温度较高的，其中温度较高的流体称为流体称为热载热体热载热体，温度较低的流体称为，温度较低的流体称为冷载热体冷载热体。若传热过程的目的是将冷载热体加热，则所采用的若传热过程的目的是将冷载热体加热，则所采用的热载热体称为热载热体称为

5、加热剂加热剂，若目的是将热载热体冷却，若目的是将热载热体冷却，则所采用的冷载热体称为则所采用的冷载热体称为冷却剂冷却剂。二、传热的三种基本方式二、传热的三种基本方式根据传热机理不同，热的传递有三种方式：传根据传热机理不同，热的传递有三种方式：传导、对流和辐射。导、对流和辐射。1、热传导：、热传导：是指热量从物体的高温部分向同一物体的低是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。触的低温物体传热的过程。导热是静止物体的一种传热方式，不依靠物导热是静止物体的一种传热方式，不依靠物质的宏观位移，传热

6、速率相对较慢。质的宏观位移，传热速率相对较慢。热传导机理：热传导机理：金属：自由电子的扩散运动。金属：自由电子的扩散运动。非金属和大部分液体（除水银等）：晶格振动非金属和大部分液体（除水银等）：晶格振动和分子碰撞。和分子碰撞。气体：分子不规则热运动。气体：分子不规则热运动。2、热对流、热对流 热对流发生在流体中。在有温度差的条件下，热对流发生在流体中。在有温度差的条件下，由于流体各部分之间发生宏观的相对运动，流体由于流体各部分之间发生宏观的相对运动，流体将热从一处带到另一处的现象称为热对流将热从一处带到另一处的现象称为热对流 引起引起 流体作相对运动的两个原因：一是自然流体作相对运动的两个原因

7、：一是自然对流，二是强制对流。对同一种流体，强制对流对流，二是强制对流。对同一种流体，强制对流的传热量远远大于自然对流的传热量。的传热量远远大于自然对流的传热量。流体与固体壁面之间的热量传递现象称为给热。流体与固体壁面之间的热量传递现象称为给热。给热过程中包括流体的热对流和热传导，它是具给热过程中包括流体的热对流和热传导，它是具有实际意义的工业传热问题。有实际意义的工业传热问题。3、热辐射、热辐射 因物体自身温度产生分子、电子热运动，由此激发产因物体自身温度产生分子、电子热运动，由此激发产生电磁生电磁波来传递能量的过程，称为热辐射。波来传递能量的过程，称为热辐射。任何物体只要温度在绝对零度以上

8、，都具有发射辐射任何物体只要温度在绝对零度以上，都具有发射辐射能的能力，所以两个物体之间的辐射是一种相互辐射、能的能力，所以两个物体之间的辐射是一种相互辐射、双向传递的过程。热辐射过程不需任何介质，在真空中双向传递的过程。热辐射过程不需任何介质，在真空中也可进行。在热辐射过程中，不仅有辐射能的传递，同也可进行。在热辐射过程中，不仅有辐射能的传递，同时还伴有热与辐射能之间的能量转换时还伴有热与辐射能之间的能量转换。物体将热能变为辐物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，又被全部或部分地吸收而变为热能。在高温情况下，辐又被

9、全部或部分地吸收而变为热能。在高温情况下，辐射传热成为主要传热方式。射传热成为主要传热方式。三、工业设备中流体的换热方式三、工业设备中流体的换热方式换热器尽管换热器尽管换热器尽管换热器尽管种类很多，但都可归结为以下三种类型：种类很多，但都可归结为以下三种类型：种类很多，但都可归结为以下三种类型：种类很多，但都可归结为以下三种类型：间壁式换热间壁式换热间壁式换热间壁式换热混合式换热（直接接触式）混合式换热（直接接触式）混合式换热（直接接触式）混合式换热（直接接触式）蓄热式换热蓄热式换热蓄热式换热蓄热式换热1、间壁式换热、间壁式换热 这是工业生产中普遍采用的传热方式。这是工业生产中普遍采用的传热方

10、式。其特点是：冷、热两热载体被一固体壁面隔其特点是：冷、热两热载体被一固体壁面隔开，在传热过程中两热载体互相不接触，热开，在传热过程中两热载体互相不接触，热流体的热量通过间壁将热量传递给冷流体。流体的热量通过间壁将热量传递给冷流体。所用的设备称为间壁式换热器，常见的是列所用的设备称为间壁式换热器，常见的是列管换热器，见管换热器，见列管换热器原理列管换热器原理。夹套式换热器夹套式换热器2、混合式换热、混合式换热冷热流体在换热设备中直接混合，达到换热的目的。冷热流体在换热设备中直接混合，达到换热的目的。特点：传热面积大，设备简单。特点：传热面积大，设备简单。工厂的澡堂，除了有喷头淋浴，重要的是在工

11、厂的澡堂，除了有喷头淋浴，重要的是在水池中泡澡。电影水池中泡澡。电影洗澡洗澡中的那种澡堂子，往中的那种澡堂子，往里通水蒸气，水蒸汽放出冷凝潜热，将冷水加热，里通水蒸气，水蒸汽放出冷凝潜热，将冷水加热，人们就可以在热水中泡澡洗澡了。人们就可以在热水中泡澡洗澡了。3、蓄热式、蓄热式蓄热式换热的特点为：通过对蓄热体周期性的加热和冷却来蓄热式换热的特点为：通过对蓄热体周期性的加热和冷却来实现冷、热两热载体之间的热交换。实现冷、热两热载体之间的热交换。四、定态传热和非定态传热四、定态传热和非定态传热 在传热过程中，传热系统中各点的温度仅随位在传热过程中，传热系统中各点的温度仅随位置变化而与时间无关，该过

12、程为定态传热。定态传置变化而与时间无关，该过程为定态传热。定态传热的特点是单位时间内所传递的热量为常数，不随热的特点是单位时间内所传递的热量为常数，不随时间变化。连续操作的换热设备多为定态传热。时间变化。连续操作的换热设备多为定态传热。在传热过程中，传热系统中各点的温度既随位在传热过程中，传热系统中各点的温度既随位置又随时间变化，该过程为非定态传热。特点为单置又随时间变化，该过程为非定态传热。特点为单位时间所传递的热量随时间变化。位时间所传递的热量随时间变化。间歇操作或连续间歇操作或连续操作的开、停车阶段的换热设备为非定态传热。操作的开、停车阶段的换热设备为非定态传热。本本章主要讨论定态传热。

13、章主要讨论定态传热。式中式中 S传热面积，传热面积，m2。五、五、传热速率与热通量传热速率与热通量 单位时间内通过传热面所传递的热量称为传热速率，单位时间内通过传热面所传递的热量称为传热速率，用用Q表示，单位为表示，单位为W。(反映了热量传递的快慢，表征了反映了热量传递的快慢，表征了换热器传热能力的大小换热器传热能力的大小）单位时间内通过单位面积所传递的热量称为热通量单位时间内通过单位面积所传递的热量称为热通量或热流强度，用或热流强度，用q 表示，单位为表示，单位为W/m2。（反映传热强反映传热强度度）热通量与传热速率之间的关系为）热通量与传热速率之间的关系为第二节第二节 热传导热传导 一、傅

14、立叶定律和导热系数一、傅立叶定律和导热系数 （一）傅立叶定律（一）傅立叶定律 傅立叶定律指出：当物体内进行的是纯导热时，单位傅立叶定律指出：当物体内进行的是纯导热时，单位时间内以导热方式传递的热量时间内以导热方式传递的热量Q与温度梯度与温度梯度dt/dx及垂直于及垂直于导热方向的导热面积导热方向的导热面积 S 成正比，若过程为一维导热，则有成正比，若过程为一维导热，则有式中式中 导热系数，导热系数，W/（m K）。（二）导热系数（二）导热系数 1、导热系数的物理意义及数值范围、导热系数的物理意义及数值范围 导热系数的物理意义为单位温度梯度下的热通量，其导热系数的物理意义为单位温度梯度下的热通量

15、，其数值表示了物质的导热能力大小，是物质的物理性质之一。数值表示了物质的导热能力大小，是物质的物理性质之一。各种物质导热系数的数值范围很大，一般来说，各种物质导热系数的数值范围很大，一般来说，金属金属固体的导热系数最大，液态金属的次之，非金属液体的较固体的导热系数最大，液态金属的次之，非金属液体的较小，气体的最小。小，气体的最小。2、影响导热系数的因素、影响导热系数的因素 （1）固体的导热系数固体的导热系数 纯金属的导热系数一般随温纯金属的导热系数一般随温度升高而减小，随其纯度增加而增大。非金属固体（建筑度升高而减小，随其纯度增加而增大。非金属固体（建筑材料或绝热材料）的导热系数随温度升高而增

16、大，与其结材料或绝热材料）的导热系数随温度升高而增大，与其结构紧密程度有关。结构越紧密，导热系数越大。构紧密程度有关。结构越紧密，导热系数越大。（2）液体的导热系数液体的导热系数 多数多数液态金属的导热系数随液态金属的导热系数随温度升高而降低；温度升高而降低；常见的非金属液体中，除水和甘油以外，常见的非金属液体中，除水和甘油以外，一般液体导热系数随温度升高略有减小。一般液体导热系数随温度升高略有减小。（3）气体的导热系数）气体的导热系数 气体的导热系数随温度升高而增大，气体的导热系数随温度升高而增大，在过高或过低的在过高或过低的压强下，气体的导热系数随压强升高而增大。压强下，气体的导热系数随压强升高而增大。二、二、平壁的定态导热平壁的定态导热（一）单层平壁定态导热（一）单层平壁定态导热 平壁的面积为平壁的面积为S，厚度为厚度为，材，材料均匀，导热系数料均匀，导热系数 不随温度而变不随温度而变化（或取平均导热系数），两壁化（或取平均导热系数），两壁面温度分别为面温度分别为tw1和和tw2。若在平壁若在平壁内取一微元厚度内取一微元厚度dx，根据傅立叶根据傅立叶定律可得定律可得或或式中式中