-概述、平壁热传导

4.1概述4.1.1传热的基本方式4.1.2传热过程中冷、热流体的（接触）热交换的方式4.1.3典型的间壁式换热器4.1.4传热速率和热通量4.1.5稳态传热和非稳态传热4.1.6热载体及其选择返回加热或冷却回收热量保温

强化传热过程削弱传热过程

4.1.1传热的三种基本方式

一、热传导

热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导。

特点：没有物质的宏观位移气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果固体导电体：自由电子在晶格间的运动非导电体：通过晶格结构的振动实现液体机理复杂

二、对流流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。

三、热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。

自然对流：由于流体内温度不同造成的浮升力引起的流动。

强制对流：流体受外力作用而引起的流动。对流传热：流体与固体壁面之间的传热过程。能量转移、能量形式的转化不需要任何物质作媒介

4.1.2传热过程中冷、热流体的（接触）热交换方式一、直接接触式板式塔填料塔凉水塔

二、蓄热式优点：结构较简单耐高温缺点：设备体积大有一定程度的混合低温流体高温流体三、间壁式

传热面为内管的表面积

（1）套管换热器冷流体t1t2热流体T1T2（2）列管换热器传热面为壳内所有管束的表面积

热流体T1T2冷流体t1t24.1.3典型的间壁式换热器（1）套管换热器（2）列管换热器列管式换热器列管数n，流体流量Vsa、单管程:b.双管程:c.四管程:传热面积———内管管壁面积流通面积（3）、冷、热流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体定态传热：式中

tm──两流体的平均温差，℃或K；

S──总传热面积，m2；

K──总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)。总传热速率方程：热负荷Q’：工艺要求，同种流体需升温或降温时吸收或放出的热量，单位

J/s或W。传热速率Q（热流量）：单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位J/s或W。热流密度q（热通量）

：单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位J/(s·m2)或W/m2。4.1.4传热速率和热通量式中 S──总传热面积潜热:由于相变而产生的热量,如冷凝,沸腾。显热:由于温度改变而产生的热量4.1.5定态与非定态传热

非定态传热

定态传热

4.1.6热载体及其选择

加热剂：热水、饱和水蒸气矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等

用电加热冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等加热温度

180C饱和水蒸气冷却温度

30C水4.2热传导4.2.1热传导的基本概念和傅立叶定律4.2.2导热系数4.2.3通过平壁的定态热传导4.2.4通过圆筒壁的定态热传导返回4.2.1热传导的基本概念和傅立叶定律式中 t──某点的温度，℃；

x,y,z──某点的坐标；

──时间。温度场：在某时刻，物体（空间）各点的温度分布。

一、温度场、等温面、温度梯度非定态温度场

定态温度场

等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。

不同温度的等温面不相交t1t2t1>t2等温面Qt+

tt-

ttnQdA温度梯度是一个点的概念。温度梯度是一个向量。方向垂直于该点所在等温面，以温度增加的方向为正一维定态热传导温度梯度

二、傅立叶定律

式中

dS

──导热面积，m2；

t/

n──温度梯度，℃/m或K/m；

──导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。热传导速率：负号表示传热方向与温度梯度方向相反

表征材料导热性能的物性参数

越大，导热性能越好用热通量来表示对一维稳态热传导

（2）

是分子微观运动的宏观表现4.2.2导热系数

（1）

在数值上等于单位温度梯度下的热通量

=f(结构,组成,密度,温度,压力）（3）各种物质的导热系数

金属固体

>

非金属固体

>

液体

>

气体

金属固体：101～102W/(m.K)

建筑材料：10-1～100W/(m.K)

绝热材料：10-2～

10-1W/(m.K)

液体：10-1～

100W/(m.K)

气体：10-2～

10-1W/(m.K)

的大概范围：在一定温度范围内：式中

0,

──0℃、t℃时的导热系数，W/(m·K)；

a──温度系数。1.固体的导热系数

金属：

纯金属>

合金非金属：同样t下，

对大多数金属材料：a<0，t

对大多数非金属材料：a>0

，

t

2、液体的导热系数

金属液体

较高；非金属液体

低，水的

最大

t

（除水和甘油）3、气体的导热系数一般来说，纯液体的

大于溶液t

气体不利导热，但可用来保温或隔热

4.2.3通过平壁的定态热传导

一、通过单层平壁的定态热传导假设：(1)A大，b小；(2)材料均匀；(3)温度仅沿x变化，且不随时间变化。t1t2bxtdxQxQx+dx取dx的薄层，作热量衡算：

对于稳定温度场

傅立叶定律：

边界条件为：

得：

不随t而变时式中 A──平壁的面积，m2；

b──平壁的厚度，m；

──平壁的导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)；

t1,t2──平壁两侧的温度，℃。讨论：

（2）分析平壁内的温度分布（1）可表示为推动力：热阻：上限由为

不随t变化，

t～x呈线形关系（3）当

随t变化时若

随t变化关系为：则t～x呈抛物线关系

如：

1～t1，

2～t2；

可取平均值

二、通过多层平壁的定态热传导假设：各层接