流体流动与传热_ 传热_热传导_
热传递热量通过流体的对流传递
热传递热量通过流体的对流传递热量传递是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。
传热的方式有三种：传导、对流和辐射。
在介绍流体的对流传热之前，先了解一下传热的基本知识。
一、热传递的基本原理热传递是能量的传递方式，能量从高温物体到低温物体传递，使两者达到热平衡。
热传递的方式有传导、对流和辐射三种。
（一）传导传导是指通过物质内部的分子热振动传递热量的过程。
热量沿温度梯度从高温区域传递到低温区域。
传导率取决于物质的导热性质和温度梯度。
常见的固体和液体都能够传导热量。
（二）对流对流是指通过物体表面上的流体（比如液体或气体）的运动传递热量的过程。
对流分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指在温差的驱动下，流体由于密度的差异而形成的运动。
比如，加热后的空气密度减小，上升形成对流。
强制对流是指通过外部力（如风或泵）使流体运动，从而传递热量。
强制对流可以通过风扇或泵等设备来搅动流体，加速热量传递。
（三）辐射辐射是指通过电磁波将热量从发光物体传递到其他物体的过程。
辐射可以在真空中传递，无需介质传递。
常见的辐射形式有电磁波、红外线和可见光等。
二、流体的对流传热流体的对流传热是指通过流动的流体传递热量的过程。
流体的对流传热包括自然对流和强制对流。
（一）自然对流传热自然对流传热是指在温差作用下，流体通过密度的差异而产生的运动，从而传递热量。
自然对流传热的机理是流体受热后密度下降，体积膨胀，从而使流体向上运动。
同时，冷却后的流体密度增加，使流体向下运动。
形成这种循环运动的力称为浮力。
自然对流传热最常见的例子就是热气球。
在热气球中，空气被加热后变得轻，从而使热气球得以上升。
（二）强制对流传热强制对流传热是通过外部力（如风或泵）使流体运动，从而传递热量。
强制对流传热的机理是外部力搅动流体，使流体中的高温部分与低温部分混合，加速热量的传递。
在实际工程中，强制对流传热是非常常见的应用。
比如，利用风扇将空气吹向加热元件，加速热量传递。
流体流动中的相变现象和传热问题
流体流动中的相变现象和传热问题在流体力学中，相变现象和传热问题是非常重要的研究课题。
相变是指物质在一定条件下从一个相态转变为另一个相态的现象，而传热则是指热能在物体之间传播的过程。
本文将探讨流体流动中的相变现象和传热问题，并分析其在工程应用中的重要性。
一、相变现象1. 物质相变的基本概念相变是物质从一个相态转变为另一个相态的过程。
常见的相变有凝固、熔化、沸腾和凝结等。
在相变过程中，物质的温度和压力保持不变，只有物质的热量发生变化。
2. 相变的分类相变可以分为一级相变和二级相变。
一级相变是指相变过程中物质的热容变化，例如凝固和熔化。
二级相变是指相变过程中物质的熵变化，例如沸腾和凝结。
3. 相变的影响因素相变的发生与温度、压力和物质的性质密切相关。
当温度和压力达到一定条件时，相变才会发生。
不同的物质具有不同的相变温度和相变压力，这取决于物质的性质。
4. 相变的应用相变在许多工程领域中具有广泛的应用。
例如，利用相变储能技术可以在低温蓄热，并在需要时释放热能。
相变材料也用于制造高效的热交换器和冷却设备，提高能源利用效率。
二、传热问题1. 传热的基本概念传热是指热量在物体之间传递的过程。
根据传热方式的不同，可以分为导热、对流和辐射传热。
导热是指热量通过物质的传递，对流是指热量通过流体的流动传递，辐射是指热量通过电磁辐射传递。
2. 传热的计算方法传热过程的计算是工程应用中的重要问题。
对于导热和对流传热，可以利用传热方程来计算热传导和热对流的热量传递。
而辐射传热的计算则需要考虑辐射传热系数和物体之间的相互作用。
3. 传热问题的应用传热问题在许多工程领域中都有广泛的应用。
例如，在能源工程中，传热问题是热能转化和利用的关键。
在化工工程中，传热问题是反应器设计和热交换器设计的基础。
在航空航天工程中，传热问题是飞行器的热保护和热管理的关键。
三、流体流动中的相变和传热问题1. 流体流动中的相变问题在流体流动中，相变问题通常涉及到气液两相的相互转化。
流体的传热和传热学
流体的传热和传热学传热是指能量从高温区域传递到低温区域的过程。
广义上讲，传热是指热量、动能或质量等能量形式在物质之间的传递过程。
而流体的传热则是研究在流体介质中的传热现象和规律。
一、传热机制传热的机制主要有三种：传导、对流和辐射。
1. 传导传导是指固体或液体内部因分子间的热量传递而导致整体温度升高的过程。
这类传热方式在固体中较为常见，因为固体的分子排列比较紧密，相互之间的接触面积大，分子之间的热量可以通过碰撞和振动传递。
而在流体传热中，传导热量的主要途径是通过介质内部颗粒的热运动来实现的。
2. 对流对流是指传热介质在流动过程中，通过物质的扩散和传导以及流体的对流来实现热量的传递。
对流传热一般分为自然对流和强制对流两种形式。
在自然对流中，流体的上升气流或下降气流给固体带来热量传递；而强制对流则通过外部引导势力的作用使流体迅速流动起来，从而带走或带来热量。
3. 辐射辐射热量是指能量以电磁波的形式通过真空或介质，如气体和液体进行传递。
辐射可以在真空中进行，也可以在空气或其他物质中进行，辐射热量的传递主要是通过辐射能量转化为热量。
二、传热学传热学是研究传热机制、传热规律以及传热技术的一门学科。
传热学的核心是热传导、对流和辐射传热三大基本原理，它们被应用于各个领域，如工程、机械、化工、建筑等。
在传热学的研究中，我们需要了解传热的基本参数和相关性质。
其中主要包括温度、热流密度、传热系数、传热表观速度等。
这些参数与传热介质的性质、流体流动和传热方式都有关系。
此外，传热学还涉及到传热装置和传热器件的设计和优化。
传热换热器是用于实现传热的设备，根据传热方式的不同，可以分为传热器、冷凝器和蒸发器等。
传热器件的设计和优化是传热学的重要研究内容，可以通过改变传热器的结构和增加传热面积来提高传热效率。
总结起来，流体的传热和传热学是涉及流体介质中传热现象和规律的学科。
研究流体传热的机制和规律，对于工程设计和能源利用有着重要的意义。
热流体的流动与传热特性研究
热流体的流动与传热特性研究热流体的流动与传热特性是热力学和工程领域的重要问题。
热流体的流动可以通过数值模拟、实验以及理论推导等方法来展开研究。
而研究热流体的流动与传热特性不仅能够深入理解热力学规律，还能为工程界提供有益的建议和指导。
一、热流体的流动热流体的流动是指流体在温度差的作用下发生流动的过程。
热源会给流体加热，而冷却器会从流体中吸收热量，从而形成热流。
热流的存在会改变流体的物理性质，如密度、粘度和热传导系数等。
在热流体的流动中，热传递和物质传递是密不可分的。
热流体的流动可以通过数值模拟来研究。
数值模拟是利用计算机程序模拟热流体的流动和热传递过程。
数值模拟的优点在于可以快速、准确地获得流体的物理参数，也可以简化实验流程和成本。
但是，数值模拟的准确性还需要被实验结果验证。
实验是研究热流体流动和传热特性的重要手段。
实验可以通过传统的测试方法，如流量测量和温度测量，来获得流体的物理参数。
实验结果可以用于校验数值模拟的准确性。
但是实验需要占用时间和成本，而且有时候会受到实验条件的限制。
二、热流体的传热特性热流体的传热特性是指热流体中传热的规律。
传热可以通过导热、对流和辐射等方式来实现。
在热流体的传热过程中，传热系数、传热率等物理参数的研究是极为重要的。
导热是指传热物质的热量在物体内部以分子间的方式传递。
而对流传热是指流体在流动的过程中将热量从一个地方传给另一个地方。
辐射传热则是指物体通过电磁波的方式传热。
工程领域能够通过研究和调整这些传热方式和参数来提高传热效率。
为了研究热流体的传热特性，工程师们开发了许多传热器件。
传热器件可以增加热交换效率，从而提高传热能力。
常见的传热器件包括换热器、散热器、加热器等。
传热器件的设计和研究需要考虑到设备的使用环境、传热能力、能源消耗等多方面因素，这就需要设计人员有深厚的理论知识和实践经验。
结论热流体的流动和传热特性是热力学领域的重要研究对象。
数值模拟和实验是研究热流体流动和传热特性的主要方法，这些方法需要相互补充和验证。
热量传递的三种基本方式导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。
一. 大空间自然对流换热的实验关联式 工程中广泛使用的是下面的关联式：
l / d 60
层流
湍流
二. 横掠管束换热实验关联式
• 外掠管束在换热器 中最为常见。 • 通常管子有叉排和 顺排两种排列方式。 顺叉排换热的比较： 叉排换热强、阻力 损失大并难于清洗。 影响管束换热的因 Pr 素除 Re 、 数外，还 有：叉排或顺排； 管间距；管束排数 等。
后排管受前排管尾流的扰动作用对平均表面传热系数的影 响直到10排以上的管子才能消失。 这种情况下，先给出不考虑排数影响的关联式，再采用管 束排数的因素作为修正系数。 气体横掠10排以上管束的实验关联式为
(5) 流体的热物理性质：
3 密度 [kg m ] 热导率 [ W (m C) ] 2 比热容 c [J (kg C) ] 动力粘度 [ N s m ] 运动粘度 [m 2 s] 体胀系数 [1 K ]
1 v 1 v T p T p
Nu c Re n Nu c Re n Pr m Nu c(Gr Pr)n
式中，c、n、m 等需由实验数据确定，通常由图解法和 最小二乘法确定
④常见准则数的定义、物理意义和表达式，及其各量的 物理意义
⑤模化试验应遵循的准则数方程 强制对流:
Nu f (Re, Pr)； Nu x f ( x ' , Re, Pr)
导热热阻：平壁，圆筒壁
q
t w1 t w 2 t w1 t w 2
t r t R
t
t w1
dt
dx
Φ
A
Q
0
tw2
R A
r
热力学热传导和传热方式
热力学热传导和传热方式热力学是研究热的性质及其变化规律的学科，而热传导是热从高温物体到低温物体的传递过程。
在热力学中，热传导是一个重要的概念，也是研究传热方式的基础。
本文将探讨热力学热传导的基本原理以及传热方式的分类。
一、热力学热传导的基本原理热力学热传导是热从高温物体到低温物体以分子自由平均速度的方式传递的过程。
热传导的基本原理可以通过热传导方程来描述，即傅里叶热传导定律。
该定律表明，热传导的速率正比于传热面积，温度差和传热介质的热传导性能，与传热距离成反比。
这一定律为我们理解和应用热传导提供了基础。
二、传热方式的分类根据热能传递的方式不同，我们将传热方式分为三类：传导、对流和辐射。
1. 传导传导是指热从一个物体的高温部分沿着物体的内部或表面传递到低温部分的过程。
传导可以分为三种类型：热传导、电传导和扩散传导。
- 热传导：热传导是由传热介质内分子的碰撞和振动引起的热传递。
在固体和液体中，热传导是主要的传热方式，而在气体中，对流和辐射传热相对较重要。
- 电传导：电传导是指热量通过带电粒子的传递进行的。
在导体中，电子是可以自由移动的，因此热从高温部分通过电子的传递到低温部分。
- 扩散传导：扩散是指由浓度差引起的物质的自发传递。
此类传导在固体和液体中比较常见，如化学反应中的物质传递。
2. 对流对流是通过流体运动而进行的传热方式。
在自然对流中，流体由于密度的差异而产生的浮力使得流体发生对流运动，从而实现传热。
在强制对流中，通过外部力的作用使流体发生对流，达到传热的目的。
对流传热又可分为强制对流和自然对流两种类型。
- 强制对流：强制对流是指通过外部力的作用使流体发生对流传热。
例如，在工业生产中，通过排烟系统将热空气排出，并通过外部风扇的作用加速空气流动，实现传热过程。
- 自然对流：自然对流是指由于密度差异引起的流体自主运动，进行传热。
例如，当一个加热器在空气中加热时，由于加热使得空气温度升高，形成热对流。
化工原理(上册)—化工流体流动与传热第三版柴诚敬习题答案
化工原理(上册) - 化工流体流动与传热第三版柴诚敬习题答案第一章：引言习题1.1答案：该题为综合性问题，回答如下：根据流体力学原理，液体在容器中的自由表面是一个等势面，即在平衡时，液体表面上各点处的压力均相等。
所以整个液体处于静止状态。
习题1.2答案：该题为计算题。
首先，根据流速的定义：流体通过某个截面的单位时间内通过的体积与截面积之比，可得流速的公式为：v = Q / A，其中v表示流速，Q表示流体通过该截面的体积，A表示截面积。
已知流速v为10m/s，截面积A为0.5m²，代入公式计算得：Q = v × A = 10m/s × 0.5m² = 5m³/s。
所以，该管道内的流体通过的体积为5立方米每秒。
习题1.3答案：该题为基础性知识题。
流体静压头表示流体的静压差所能提供的相当于重力势能的高度。
根据流体的静压力与流体的高度关系可知，流体静压力可以通过将流体的重力势能转化为压力单位得到。
由于重力势能的单位可以表示为m·g·h，其中m为流体的质量，g为重力加速度，h为高度。
而流体的静压头就是将流体静压力除以流体的质量得到的，即流体静压力除以流体的质量。
所以，流体静压头是等于流体的高度。
第二章：流体动力学方程习题2.1答案：该题是一个计算题。
根据题意，已知流体的密度ρ为1.2 kg/m³，截面积A为0.4 m²，流速v为2 m/s，求流体的质量流量。
根据质量流量公式：Q = ρ × A × v，代入已知数值计算得：Q = 1.2 kg/m³ × 0.4 m² × 2 m/s = 0.96 kg/s。
所以，流体的质量流量为0.96 kg/s。
习题2.2答案：该题为综合性问题，回答如下：流体动量方程是描述流体运动的一个重要方程，其中包含了流体的质量流量、速度和压力等参数。
柴诚敬《化工流体流动与传热》(第2版)配套题库【章节题库】 第5章 传热过程基础【圣才出品】
第5章传热过程基础一、选择题1．冷热流体进行对流传热，冷流体一侧的对流传热系数α1为100W/（m2·K），热流体一侧的对流传热系数α2等于1000W/（m2·K），总传热系数K接近哪一侧的对流传热系数α值，要提高K，应提高哪一侧的α值（）。
A．接近α1，提高α2B．接近α2，提高α1C．接近α1，提高α1D．接近α2，提高α2【答案】C2．下列各种情况下对流给热系数由大到小的正确顺序是（）。
①空气流速为30m/s时的α②水的流速为1.5m/s时的α③蒸汽滴状冷凝时的α④水沸腾时的αA．③＞④＞①＞②B．④＞③＞②＞①C．③＞④＞②＞①D．③＞②＞④＞①【答案】C【解析】因为有相变时的给热系数比无相变时要大，而气相的给热系数又大于液相，所以蒸汽滴状冷凝时的α＞水沸腾时的α＞水的α＞空气的α。
3．强制对流（无相变）流体的对流传热系数关联式来自（）。
A．理论方法B．量纲分析法C．数学模型法D．量纲分析和实验相结合的方法【答案】D4．在间壁式传热中，热量从热流体传到冷流体的过程，热阻主要集中在（）。
A．金属壁B．冷、热流体的层流底层内C．冷、热流体的主体D．平均分配在各层【答案】B5．在对流传热系数关联式中，反映流体流动状况对对流传热影响的准数是（）。
A．努塞尔特准数NuB．普朗特准数PrC．雷诺准数ReD．格拉斯霍夫准数Gr【答案】C6．热量传递的基本方式是（）。
A．恒温传热和定态变温传热B．导热给热和热交换C．汽化、冷凝与冷却D．传导传热、对流传热和辐射传热【答案】D7．关于辐射传热，下列几种说法中错误的是（）。
A．除真空和大多数固体外，热射线可完全透过B．热射线和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围C．热射线和可见光一样，都服从折射定律D．物体的温度不变，其发射的辐射能也不变【答案】A【解析】任何物体只要其绝对温度不为零度，都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量，且热辐射线可以在真空中传播，无需任何介质。
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0.08W/（m·K），已知饱和蒸汽温度为180℃，并测得保温层中央即厚度为50mm处的温度为90℃，
试求（1）由于热损失每米管长的蒸汽冷凝量为多少？ （2）保温层的外侧温度为多少？
解:（1）对定态传热过程，单位管长的热损失Q/L 沿半径方向不变，故可根据靠近管壁
−
令 =
Τ
−
−
于是 =
=
当
< 时，可用算术平均代替
− 推动力
对照平壁： ==
=
热阻
−
=
Τ
1.单层圆筒壁导热
例2 为减少热损失，在外径150mm的饱和蒸汽管外覆盖厚度为100mm的保温层，保温材料的热导率为
.
− − .
保温砖 =
=
= W/m2
.
1＝10.83cm
t3=201.6 ℃
2＝11.64cm
1.单层圆筒壁导热
无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热源）
分析：①取控制体
②作热量衡算定态：Q进=Q出
③结合特征方程求解析解
一维稳定grad =
1.傅立叶定律
◼ 傅里叶定律（Flourier’s law ）表达式
热流密度与温度梯度成正比
=
= −
q：热通量，单位传热面积的传热速率，W/m2
“-”表示热通量q与温度梯度方向相反
法国著名数学家、物理学家
λ：导热系数(热导率)，表征物质导热能力的大小，物性，单位 W/m·℃=W/m·K
t=f(x,y,z, τ)
不稳定的温度场
t=f(x,y,z) /τ=0 稳定的温度场
t=f(x, τ)
一维温度场
t=f(x)
/τ=0 一维稳定的温度场
等温面：同一时刻，温度场中具有相同温度的各点组成的面
温度梯度：沿等温面法线方向的温度变化率
grad =
lim
→0
=
Ԧ
t ， 气体
气体λ很小，不利于导热，有利于保温、绝热
保温材料， 例如玻璃棉等， 就是因为空隙中有
气体， 所以低， 适用于保温隔热
思考(1)平顶房上铺上一层空心砖，可起到隔热作用,为什么？
(2)房间内木地板和地砖处于相同温度,为什么地砖感觉更冷一些？
1.傅立叶定律
T，水 和甘油，其它液体的
（化工原理上册）
◼ 了解热传导的原理，掌握傅里叶定律及平壁和圆筒壁的计算
1.傅立叶定律
◼ 温度场和温度梯度
物体内部若存在温度差异，则热就从高温点向低温点传导，即产生热流
由传导方式产生的热流大小，决定于物体内的温度分布
温度场：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和
t=f(x,y,z,τ)
温度场数学表达式
纯液体的导热系数比其溶液的要大
思考：包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当
石棉泥受潮后，其保温效果将如何变化？
2.热导率
热导率W/m.K
金属
15~420
非导电固体
0.2 ~3
液体
0.07~0.7
绝热材料
<0.25
气体
0.006~0.06
固体的导热系数
= +
α——温度系数，1/K或1/℃
200
铜
铝
锌（固体）
钢（液体）
锌（液体）
钾（液体）
铝（液体）
镁砖
硅砖
粘土耐火砖
水
硅藻土
空气
苯（气态）
600
1000
温度 K
1400
1800
1.单层平壁导热
解决：①温度分布
②热流量
条件：①定态 ②一维 ③ λ不随温度变化或取平均 ④忽略热损失
分析：①取控制体
②作热量衡算： 进=出+累积
定态：累积=0， Q1=Q
对大多金属材料为负值，大多非金属材料为正值
——0℃热导率
纯金属λ 随 t 的升高而降低
金属 λ 随纯度的增加而增大
热导率 λ /Wm-1K-1
物质种类
600
400
200
100
60 低碳钢
40 合金钢
20
高合金钢
10
6
4 冰
2
1
0.6
0.4
0.2
0.1
0.06
0.04
甲烷
0.02
0.01 二氧化碳
λ：单位温度梯度下q大小, 与物质种类、组成、 结构、 密度、热力学状态（T、p）有关
λ数量级：金属10~102W/m·℃
绝热材料10-2~10-1W/m·℃
液体10-1W/m·℃
气体10-2W/m·℃
λ金属>λ液体>λ气体
温度升高，λ液 下降(水例外)，λ气 上升，
λ金属下降，大多λ非金属上升
2.热导率
条件①λ不随温度变化或取平均 ②一维稳态（无内热源）③忽略热损失④没有接触热阻。
一维稳态导热（无内热源）
显然，通过每层的Q=常数或 q=常数
=
−
=
−
推广到n层平壁
=
−
=
−
σ ൗ
=
总推动力
总阻力
=
− + σ=
③结合特征方程解析解
= = −
λ=常数时积分
න = − න
温度分布 = −
- =
− 推动力
=
=
Τ
阻力
常数 =
−
δ 越大，A和 λ 越小，传导热阻越大
x=0，t=t1
x=δ，t=t2
2.多层平壁导热
= = −
=
= 常数
− න = න
但 ≠ 常数
若λ=常数时，则
−
=
Τ
1.单层圆筒壁导热
−
−
=
=
Τ
−
− Τ Τ
过炉壁的热损失为1200W/m2, 绝热材料的耐热温度为900 ℃ ，求耐火砖的最小厚度及此时绝
热层的厚度及其外壁温度。
− −
解： 耐火砖 =
=
= W/m2
.
普通砖 = − = − = W/m2
.
=
=
σ=
=
在多层壁导热过程中，哪层热阻大，哪层温差就大；
反之，哪层温差大，哪层热阻一定大。
2.多层平壁导热
例1 某工业锅炉炉壁由耐火砖（1=1.3W/m.K）、保温砖（2=0.20W/m.K） 、普通砖（3=
0.95W/m.K）组成，炉膛内壁温度为1000 ℃ ，普通砖层厚12 cm，其外表面温度为50℃，通