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1、第二章传热HeatTransfer第一节概述一、传热即热的传递，是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递过程，由热力学第二定律知：凡是有温度差存在的地方就会有热的传递，故在能源、化工、冶金、机械等工业部门都涉及到传热的问题。二、化工中的传热（1）化学反应在一定的温度下进行，为了达到并保持一定的温度，就需向反应器输入和输出热量。（2）在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，也要输入和输出热量。（3）化工设备的保温、热能的合理利用以及废物的回收等。三、两种传热情况（1）强化传热，如各种换热设备中的传热。（2）削弱传热，对设备和管道的保温，以减少热损失。四传热的三种基本方法热的传递是由于ΔT引起的
2、，净的热流方向总是由T高→T低，根据传热的机理不同，有三种形式：传导、对流、辐射。一、热传导（又称导热）若物体上的两部分间连续存在着温度差，则热将从高温部分自动流向低温部分，直至整个物体的各部分温度相等为止，此种传热方式称为热传导，又称导热。固体中热的传递是典型的热传导。1、在金属固体中，起因于自由电子的运动。2、在不良导体的固体和部分液体中，起因于个别电子的动量传递。3、在气体中，热传导是由分子不规则运动而引起的。注意：在热传导时，物体内的分子或质点不发生宏观运动。二、对流传热对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换过程，因而对流只能发生在流体中。在化工生产中，流体流过固体
3、表面时，热能由流体传到固体壁面。或由固体壁面传到周围流体，这一过程称为对流传热。1、强制对流传热：用机械能使流体发生对流而传热。2、自然对流传热：若流体原来是静止的，因受热而有密度的局部变化，导致对流而传热的。三、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。物体（固体、液体和气体）都能将热能以电磁波形式发射出去，而不需任何介质。1、热辐射不仅产生能量的传递，而且伴随着能量的转换。高温物体辐射向低温物体2、辐射传热是物体间相互辐射和吸收能量的结果。3、任何物体只要在绝对零度以上都能发生辐射能，但是只有物体的温度差别较大时，辐射传热才成为最主要的传热方式。高温物体辐射能低温物体几
4、点说明：上述三种传热方式，常常不是单独出现的，传热过程往往是两种或三种基本传热方式的组合。例如：生产中常遇到热量从热流体通过间壁（多为管壁）向冷流体传递的过程，称为热交换过程，它包括通过间壁的热传导和间壁两侧的对流传热。传热的基本物理量1热量Q,单位J,1J=1N·m2传热速率Ф,也称热流量,指单位时间传递的热量.Ф=Q/τ,单位w,1w=1J·s-1工程中常用传热速率单位是kcal·h-1换算:1cal=4.187J,1kcal=4187J1w=1J/1s=(1/4187)/(1/3600)=0.860kcal·h-13热流密度,指单位时间单位面积传递的热量,q=Ф/A=Q/Aτ4
5、比定压热容cp是指压力恒定时单位质量物质温度升高1度所需热量,单位J·k-1·kg-1,定压摩尔热容cp,m,单位J·k-1·mol-1显热和潜热m·cp·△t在工程上称为显热,当物质释放出显热时,物质温度显著降低.单位质量物质在发生相变时伴随的热量变化称为潜热,其值取决于物质的本性,包括物质的气化热,凝结热,升华热,溶(熔)解热,结晶热,稀释热等,其单位均为J·kg-1.摩尔相变热的单位J·mol-1第二节传导传热温度场中同一时刻下相同温度各点所组成的面称为等温面。因为空间任一点不能同时有两个不同的温度，所以温度不同的等温面不会相交。等温面无热量传递,而沿与等温面相交的任何方向移动
6、，温度都发生变化，即有热量传递。这种温度随距离的变化率以沿等温面垂直的方向最大。两等温面间的温度差Δt与其间的垂直距离Δn之比在Δn趋于零时的极限，称为温度梯度，即：温度梯度是矢量，既有大小，又有方向（正法线方向，即指向温度增加的方向）三、傅立叶定律Fourier’s Law物体内热流的产生是由于存在温度梯度的结果，且热流的方向永远与温度降低的方向一致，即与温度梯度方向相反。1822年，法国数学家Fourier对导热数据和实践经验的提炼，将导热规律总结为傅立叶定律。即通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比。傅立叶定律对定态传热和非定态传热都适用.2.4导热系数由傅立叶定律可知
7、：λ在数值上等于单位温度梯度下，单位导热面积上的导热速率,单位w·m-1·k-1。它表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，λ通常用实验测定。金属的λ值最大,非金属次之,液体的λ较小，气体的λ最小，常见的λ值可从手册中查得。一、固体的导热系数固体的导热系数大多与温度有关，对于大多数均质固体，其λ值与温度大致呈线性关系:λ＝λ0(1＋αt),λ0为0℃时固体的导热系数.同种金属材料在不同温度下的导热系数可在化工手册中查到，当温度变化范围不大时，一般采用
