化工原理第四章

第四章 传 热

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要求：

1.掌握热传导的基本原理、傅里叶定律、平壁与 圆筒壁的稳定热传导计算； 2.掌握对流传热的基本原理及牛顿冷却定律； 3.掌握运用传热速率方程式、热量衡算式、平均 温度差、总传热系数进行传热计算；

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4.理解对流传热系数的影响因素、关联式及应用 条件；

5.了解间壁换热器的结构特点、应用及强化途径。

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重点：

对数平均温度差、总传热系数的计算、换热器的

计算。

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4.1 概述

传热

由于温度差引起的能量转移，又称热传递，简 称传热。 传热的推动力 温度差

传热的方向

高温向低温

化工生产中对传热过程的要求 一是强化传热过程，如各种换热设备中的传热。 二是削弱传热过程，如对设备或管道的保温，以 减少热损失。

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4.1.1 传热的基本方式

分类：（传热机理）

1.热传导

1)定义：物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原

子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递， 又称导热。 2)条件：系统两部分之间存在温度差。 3)特点：静止物体的传热方式，物体各部分不发生相对位 移。

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2.热对流

1)定义：物体各部分之间发生相对位移所引起的 热传递过程，简称对流。 2)产生原因： 流体温度中各处温度的不同而引起密度的差别， 使流体质点产生位移，称自然对流； 外力所致流体质点的强制运动，称强制对流。

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3) 说明： 同一种流体中可能同时发生自然对流和强制对

流；

化工过程中，流体流过固体表面时的传热是包

含了热传导和热对流的联合过程，称对流传热； 对流传热与流体流动状况密切相关。

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3. 热辐射

因热的原因而产生的电磁波在空间的传递， 称为热辐射。 热辐射的特点：

①不需要任何介质，可以在真空中传播；

②不仅有能量的传递，而且还有能量形式 的转移； ③任何物体只要在热力学温度零度以上， 都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高时， 热辐射才能成为主要的传热方式。

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4.1.2 传热过程中热、冷流体（接触）热交

换的方式（自学）

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二、间壁传热与速率方程

1. 间壁式换热器

化工生产中冷热流体间的传热多为间壁对流传热。 套管式换热器 列管式换热器

热 流 体

间 壁

冷 流 体

对流

传导

对流

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传热速率Q：单位时间内通过传热面的热量 W。 热通量q: 单位时间单位面积传递的热量，W/m2。

Q q S

推动力 t Q 热阻 R

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稳态传热：传热系统中无能量积累。其特点是：

传热速率在任何时刻为常数，且系统中各点的温度 仅随位置变化，不随时间而变。

非稳态传热：传热系统中各点的温度不仅随位置

变化，而且随时间而