传热的三种基本方式

1、传递过程原理传热的三种基本方式赵世强 08 化工一班0803021039合肥学院化学与材料工程系合肥 230022摘要：传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递过程。 由于物体内或系统内的两部分之间的温度差而引起，净的热流方向总是由高温处向低温处流动。关键词： 传热，温度差，热传导，对流传热，辐射传热引言化学工业与传热的关系尤为密切，化工生产中的很多过程与单元操作都需要进行加热获冷却， 而这些传热过程往往都是通过一定的换热设备来实现的。 如何设计价格低廉、 运行经济的换热设备以完成所要求的换热任务， 是化学工程师经常遇到的问题。 这就要求通晓热量传递的基本原理， 又要求具有能够定量计算传递

2、速率的能力。1 热传导热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分或者传递到与之相接触的、温度较低的另一物体的过程称为热传导，简称导热。特点：物质间没有宏观位移，只发生在静止物质内的一种传热方式。1.1 傅立叶定律描述导热现象的物理定律为傅里叶定律，其数学表达式为qdQktdSn式中Q 传热速率单位时间传递的热量，J / s ；q 热通量单位传热面积的传热速率， J /(m2 s) ，矢量，方向为传热面的法线方向 q dQ ；dSS 与导热方向垂直的传热面积；负号表示 q与温度梯度方向相反；k 导热系数 ,单位为 W /(m K ) 。物性之一：与物质种类、热力学状态（T、 P）有关1传递

3、过程原理物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小，故物质的k 越大，导热性能越好。1.2 热导率（导热系数）定义式： kdQ dS单位温度梯度的热通量 , W /( m K)dt dnk 表征物质导热能力的大小，是物质的物性之一。k 金属非金属固体液气由实验测定，一般k金属k非金属固体k液体k气体1.2.1气体的导热系数a随温度的升高而增大；b气体 k 很小，对导热不利，但有利于保温、绝热；nki yi M i1 3ci 1混合物 kmnyi M i1 3i11.2.2液体的导热系数k随 升高而减小。液态金属的 k比一般液体的要高大多数液态金属的T在非金属液体中，水的最大。除水和甘油外，绝大多

4、数液体的k 随 T升高而略有减少 , k纯液体溶液k溶液 。溶液的 k： km0.9ai ki或kmai ki固体的导热系数纯金属： k 随 T 升高而减小，随纯度升高而增大非金属： k 随升高而增大，随 T 升高而增大对大多数匀质的固体，k 值与温度大致成线性关系，即kk0 (1t)2 热对流（又称对流）对流传热是指由于流体的宏观运动， 流体各部分之间发生相对位移、 冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 流体中质点发生相对位移而引起热交换。 对流传热仅发生在流体中， 因此它与流体的流动状态密切相关。 在对流传热时， 必然伴随着流体质点间的热传导。2传递过程原理流体中产生对流的原因：自然对流

5、（ natural convection）由于流体各部分温度的不均匀分布，形成密度的差异，在浮升力的作用下，流体发生对流而传热强制对流（ forced convection） 用机械能（泵、风机、搅拌等）使流体发生对流而传热。流动的原因不同， 对流传热的规律也有所不同。 在同一种流体中， 有可能同时发生自然对流和强制对流。牛顿冷却定律 对流传热基本方程式dQdSh t式中h 对流传热系数 ，单位 W /( m2 K ) ；t 固体壁面与流体主体之间的温度差。物理意义：表示当流体截面平均温度与壁面温度的值为 1时，单位时间通过单位传热面积的热量。3. 热辐射（又称辐射）由于温度差而产生的电磁波在空间的传递过程称为辐射传热，简称热辐射。斯蒂芬（ Stefan）玻尔兹曼（ Boltzmann ）定律 描述热辐射的基本定律：dQ0T 4dS式 中0 黑体的辐射系数，称为斯蒂芬玻尔兹曼常数，其值为5.6710 8 W /(m2 K 4 ) ；T 黑体表面的绝对温度；S 黑体的表面积。该式只适用于