传热原理及应用
固体和液体之间的传热方式
固体和液体之间的传热方式固体和液体都是我们生活中常见的物质，它们之间的传热方式有许多种，本文将从传热原理、传热方式、应用等方面进行探讨。
一、传热原理传热原理是传热学的基础，主要包括传热方式、传热速率和传热机理等内容。
在固体和液体之间传热时，主要是通过热传导的方式进行的。
热传导是指热量从高温区流向低温区的过程，通过物质内部的热运动，使热量从一个分子向另一个分子传递，最终从高温区到达低温区。
二、传热方式传热方式是指热量从一个物体传递到另一个物体的方式，包括传热的形式、方式和途径等。
在固体和液体之间传热时，主要有以下几种方式：1. 热传导。
在固体和液体之间传热时，主要通过热传导的方式进行。
固体传热时，主要依靠固体分子之间的碰撞传递热量，速度比较慢；液体传热时，除了靠分子碰撞外，还会受到液体流动的影响，速度比较快。
2. 对流传热。
对流传热是指通过流体的流动实现的传热方式，通常涉及液体的对流、自然对流等形式。
固体和液体之间传热时，液体中的流动会形成液体对流，在传热中起到重要作用。
3. 辐射传热。
辐射传热是指热量通过电磁波的方式进行传递，通常涉及热辐射、光辐射等形式。
在固体和液体之间传热时，辐射传热的作用比较小，但在特殊条件下也会起到重要作用。
三、应用固体和液体之间传热的应用非常广泛，以下举几个例子：1. 生产加工。
在物理、化学、机械等领域的生产加工中，常常需要进行固体和液体之间的传热。
例如，在钢铁生产中，需要通过高温加热使钢坯逐渐变形，这就需要进行固体和液体之间的传热。
2. 能源利用。
在能源的开采、利用和储存过程中，也需要进行固体和液体之间的传热。
例如，太阳能电池利用太阳光进行能量的转换，就需要通过固体和液体之间的传热来实现。
3. 医疗保健。
在医疗保健领域，固体和液体之间的传热也有广泛应用。
例如，在体温计中，通过测量人体温度来实现对人体状况的监测，这就需要通过固体和液体之间的传热来实现。
总之，固体和液体之间的传热方式很多，可以通过热传导、对流传热和辐射传热等方式进行。
传热器的工作原理及应用
传热器的工作原理及应用一、传热器的基本原理传热器是一种用于加热或冷却流体的设备，在工业和日常生活中广泛应用。
传热器的基本原理是利用热传导和对流，将热量从一个物体传递到另一个物体。
传热器通常由两个主要部分组成：管道或表面，以及对流流体。
热量从一个物体传递到另一个物体的方式有三种：传导、对流和辐射。
传热器主要利用传导和对流这两种方式。
1. 传导传导是指热量通过物体内部的分子间相互碰撞传递的过程。
当流体通过传热器的管道或表面时，热量会从高温区域传导到低温区域，通过分子间的碰撞将热量逐渐传递出去。
2. 对流对流是指通过流体运动传递热量的过程。
当流体在传热器内部流动时，热量会从流体中的高温区域通过对流传递到低温区域。
对流可以分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指流体由于密度差异形成的自然流动，如热空气向上升起。
强制对流则是通过外部设备，如风扇或泵，强制流体流动，加速热量的传递。
二、传热器的应用领域传热器在各个领域有广泛的应用，下面列举了几个常见的应用领域：1. 工业加热和冷却传热器在工业领域中被广泛用于加热和冷却流体。
例如，在化工工厂中，传热器被用来加热和冷却化学物质，以控制反应的温度。
在电站中，传热器用于冷却锅炉中的蒸汽，使其凝结为液体。
2. 汽车制造传热器在汽车制造中也起着重要的作用。
汽车发动机冷却器就是一种传热器，它将发动机冷却液与外界空气进行热交换，以保持发动机的正常工作温度。
3. 制造业在制造业中，传热器被广泛应用于热处理过程。
通过在传热器中加热或冷却工件，可以改变工件的物理和化学性质，从而实现对材料性能的改善。
4. 空调和制冷传热器在空调和制冷系统中起着重要的作用。
空调和制冷系统通过传热器将热量从室内空气或物体中移走，并将其排放到室外环境中，以实现冷却效果。
5. 太阳能领域在太阳能领域中，传热器被用来转移太阳能的热量。
太阳能热水器就是一种利用传热器来收集和储存太阳能热量的设备。
三、传热器的优点和注意事项1. 优点•传热器能够高效地传递热量，实现节能效果。
化工原理-第四章-传热
d12
d1
4 d2 d1
入口效应修正 在管进口段，流动尚未充分发展，传热边界层较
薄，给热系数较大，对于l d1 60 的换热管，应考虑进口段对给 热系数的增加效应。故将所得α乘以修正系数：
l
1 d l
0.7
弯管修正 流体流过弯曲管道或螺旋管时，会引起二次环流而强
化传热，给热系数应乘以一个大于1的修正系数：
水和甘油：T ↗ ↗ 一般液体： T ↗ ↘ 纯液体＞溶液
气体的导热系数：
T ↗ ↗ P ↗ 变化小 极高P ↗ ↗
气体导热系数小，保温材料之所以保温一般是材料中空 隙充有气体。
18
三、平壁的稳态热传导
1.单层平壁的热传导
t1 t2
b
t Q t1
t2
0 bx
b：平均壁厚，m； t：温度差，oC；
4
❖ 一、传热过程的应用
物料的加热与冷却 热量与冷量的回收利用 设备与管路的保温
❖ 二、热传递的三种基本方式
热传导 热对流 热辐射
5
1. 热传导（又称导热）
热量从高温物体传向低温物体或从物体内部高温部 分向低温部分传递。
特点：物体各部分不发生相对位移，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。
8
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。
9
二、间壁传热与速率方程
41
化工原理第三章传热
Q S
Kt m
t m
1/ K
(1-3)
传 热 速 率
传热温度差（推动力） 热阻（阻力）
式中：△tm──传热过程的推动力， ℃ 1/K ──传热总阻力（热阻），m2 ·℃/W
两点说明：
➢ 单位传热面积的传热速率(热通量)正比于推动力，反比于 热阻。因此，提高换热器的传热速率的途径是提高传热推
动力和降低热阻。
三、 换热器类型
换热器：实现冷、热介质热量交换的设备
用于输送热量的介质—载热体。 加热介质（加热剂）：起加热作用的载热体。水蒸气、热水等。 冷却介质（冷却剂）：起冷却作用的载热体。冷水、空气制冷剂。
① 直接混合式 —— 将热流体与冷流体直接混合的一种传热方式。 ② 蓄热式 —— 热量 存储在热载体上 传递给冷流体。如
式中：d1为套管的内管直径，d2为套管的内管直径。
应用范围：
Re 1200 ~ 220000, d2 1.65 ~ 17 d1
特征尺寸： 流动当量直径de。
定性温度： 流体进、出口温度的算术平均值。
滴状冷凝：若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝 液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此中冷凝 称为。在实际生产过程中，多为膜状冷凝过程。
➢ 一般金属（固体）的导热系数>非金属（固体）>液体>气体
➢ 多数固体λ与温度的关系
λ=k0+k×t
单位：W/(m •K)
k0 --0℃下的导热系数
k为经验常数。
对大多数金属材料，其k值为负值；对非金属材料则为正值。
➢ 对于金属 t ↑ λ↓(通过自由电子的运动) 对于非金属 t ↑ λ↑ (通过靠晶格结构的振动) 对于液体 t ↑ λ↓ (通过靠晶格结构的振动) 对于气体 t ↑ λ↑ (通过分子不规则热运动)
传热原理在生活中的应用
传热原理在生活中的应用简介传热原理是物理学中的一门重要分支，研究能量从高温物体传递到低温物体的过程。
这些原理在我们的日常生活中有着广泛的应用，从加热食物到空调调节室温，都离不开传热原理的应用。
热传导的应用热传导是能量通过物质内部传递的过程。
在生活中，我们可以利用热传导来实现许多实用的应用。
•保温材料–保温材料可以将热量阻挡在物体内部，保持室内温暖的同时避免热能的损失。
–常见的保温材料包括保温棉、泡沫塑料等，它们的特点是具有较低的导热系数，能够有效地阻挡热量的传递。
•厨房用具–锅具是厨房中常见的传热应用范例。
金属锅具能够迅速将热量传递给食物，使其快速升温，实现烹饪效果。
–利用不同材质的锅具，还可以实现对热量的控制，例如不锈钢锅具具有较好的热传导性能。
•热散热器–许多电子设备需要散热，例如电脑、手机等，为了避免过热对设备的损坏，我们通常会使用热散热器来加快热量的传递和散发。
–热散热器通常采用铝或铜等材料制成，这些材料具有较好的导热性能，能够快速将热量从设备中传递到周围的空气中。
热对流的应用热对流是液体或气体中形成的对流传热的过程。
在生活中，我们经常可以见到许多利用热对流实现的应用。
•自然对流–被暖气加热的空气会上升，而冷空气则下沉，形成自然对流，这种现象常常用于调节室温。
–利用自然对流，我们可以通过调整房间内物体的摆放位置和房间的通风设计来最大限度地利用热对流，实现舒适的室内温度。
•水循环系统–水循环系统利用热对流实现不同区域之间热能的传递。
例如，在太阳能热水器中，太阳能加热水箱中的水，热水因为密度的变化上升，而冷水则下沉，形成水循环。
–这种水循环可以将热量从太阳能板传递到水箱，从而实现水加热的功能。
热辐射的应用热辐射是能量通过电磁波的形式传递的过程。
在生活中，我们可以利用热辐射实现很多实用的应用。
•太阳能利用–太阳能是一种重要的可再生能源，利用太阳能发电可以实现绿色和可持续的能源供应。
–太阳能电池板可以将太阳辐射的能量转化为电能，用于供电。
化工原理的传热应用
化工原理的传热应用1. 传热的基本原理•传热是指热量通过物质之间的能量传递方式。
在化工过程中，传热是一个非常重要的环节，它直接影响到化工产品的质量和效率。
•传热可以分为三种方式：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质直接的分子或原子间的碰撞实现的；对流是指热量通过物质的流动实现的；辐射是指热量通过电磁波的传递实现的。
•理解传热的基本原理对于化工工程师来说至关重要。
只有掌握了传热的基本规律，才能合理设计传热设备，提高化工过程的效率和产量。
2. 传热在化工工程中的应用•传热在化工工程中有广泛的应用，下面将介绍一些常见的传热设备和应用场景。
2.1 蒸发器•蒸发器是一种利用传热原理将液体转化为气体的设备。
在化工过程中，蒸发器常常用于从溶液中分离出溶剂或浓缩溶液。
•蒸发器通过将液体加热，使其蒸发而得到气体。
在蒸发过程中，热量从加热源传递给液体，将液体中的热量转化为潜热，使液体蒸发。
2.2 冷凝器•冷凝器是一种利用传热原理将气体转化为液体的设备。
在化工过程中，冷凝器常常用于从气体中分离出可回收的液体。
•冷凝器通过将气体冷却，使其转化为液体。
在冷凝过程中，热量从气体传递给冷却介质，使气体中的热量转化为冷凝热，从而使气体转化为液体。
2.3 换热器•换热器是一种利用传热原理将热量从一个物质传递给另一个物质的设备。
在化工过程中，换热器常常用于控制和调节化工过程中的温度。
•换热器可以将热量从燃料或热源传递给冷却介质，实现热能的高效利用。
换热器的设计需要考虑物质的传热特性、传热面积和传热速度等因素。
2.4 管道传热•在化工过程中，管道是热量传递的重要通道。
通过设计合理的管道系统，可以将热量从一个地方传递到另一个地方。
•管道传热可以通过传导和对流来实现。
在化工工程中，常常通过在管道中加热或冷却流体来实现传热。
3. 传热应用的优化和改进•传热应用在化工工程中有着重要的地位，但是传热过程中常常存在一些问题，如传热效率低、传热介质的使用成本高等。
热导率物体如何传导热量
热导率物体如何传导热量热导率是描述物体导热性能的重要物理量，它决定了物体如何传导热量。
在我们日常生活和工程实践中，了解热导率的性质以及其在物体传热过程中的作用十分重要。
本文将探讨热导率物体如何传导热量的原理和机制，并讨论一些相关的应用和实例。
一、热导率的定义和概念热导率是一个材料的物理性质，用以描述该材料传导热量的能力。
它表示单位时间内单位面积上通过的热量，与温度梯度成正比。
热导率通常用符号λ表示，单位是瓦特/米·开尔文（W/m·K）。
二、热导率物体的传热原理热传导是指热量在物体内部通过分子或电子的碰撞传递的过程。
热导率物体传导热量的机制主要有以下几种：1. 分子传导：在晶格结构中，高温区域的分子会向低温区域的分子传递能量，以平衡温度差。
这种传导方式是固体中最常见的传热方式，分子之间的相互作用力决定了物体的热导率。
2. 电子传导：金属等导电材料中，传热不仅可以通过分子传导，还可以通过电子的自由传输实现。
这是由于导电材料中存在自由电子，它们可以在高温区域接收热能，并迅速传递到低温区域。
3. 辐射传导：辐射传导是通过电磁波传递热能的方式，不需要物质之间的接触。
这种传导机制在真空和气体中很常见，而在固体中的传导相对较小。
三、热导率物体传导热量的影响因素热导率的数值大小取决于多种因素，下面列举了几个重要的影响因素：1. 物质性质：不同的材料具有不同的热导率，例如金属通常具有较高的热导率，而绝缘体的热导率较低。
这是由于金属中的自由电子以及晶格结构的差异所引起的。
2. 温度：热导率通常随温度的升高而增加，这是因为随着温度的升高，分子和电子的热振动增强，导致更多的能量传递。
3. 结构特性：材料的微观结构和晶格缺陷也会对热导率产生影响。
晶态材料通常具有更好的热导率，而非晶态材料的热导率较低。
四、热导率物体传导热量的应用1. 热绝缘材料：高热导率的材料可用于作为散热材料，例如用于散热片或电脑散热器。
热传导热量如何在物体中传播
热传导热量如何在物体中传播热量的传播是一个普遍存在的现象，而热传导则是热量在物体内部传播的一种方式。
本文将详细探讨热传导的原理和过程。
一、热传导的基本原理在物体中，分子或原子不断地进行热运动，它们之间通过碰撞与相互作用。
这些热运动的能量会在物体内部传递，即热量的传播。
热传导是通过分子间的能量传递来实现的，这种传递方式主要有三种：热传导、对流和辐射。
二、热传导的方式1. 热传导：这是热量在固体和液体中传播的主要方式。
当物体的一部分受热时，分子激动，振动频率增加，将热量传递给相邻的分子。
这种传导方式通常发生在固体内部，比如铜、铁、水等物质。
2. 对流：这是热量在气体和液体中传播的方式。
当物体表面受热时，会产生热对流现象。
热空气或热液体上升，冷空气或冷液体下降，形成对流循环。
这种传导方式通常发生在水、空气等流体中。
3. 辐射：这是热量通过电磁波辐射传播的方式。
所有物体都会辐射热能，无论是在固体、液体还是气体状态下。
辐射传导相对于热传导和对流来说，不受物质的存在与否限制，也就是说，它可以在真空中传播。
三、热传导的影响因素热量的传导速度会受到几个因素的影响：1. 温度差：温度差越大，热传导速度越快。
因为温度差引起的分子运动剧烈，能量传递速度也相应增加。
2. 物体材质：物体的导热性能也会影响热传导速度。
热传导系数越大，物体的导热性能越好，热传导速度就越快。
金属是一种导热性能较好的材料。
3. 物体厚度：物体的厚度越大，热传导速度越慢。
因为热量需要经过更长的距离才能传递。
四、热传导的应用热传导的原理在日常生活中有许多应用，下面列举几个典型例子：1. 传热器：传热器是将热量从一个物体传递到另一个物体的装置。
例如，汽车发动机散热器通过传热器使发动机散热。
2. 热绝缘材料：热绝缘材料可以减少热传导，用于保护物体免受热量损失或保持温度稳定。
比如建筑中使用的保温材料，可以减少室内外温度的传导。
3. 热传导检测：通过测量物体不同部位的温度变化，可以判断热量的传导路径。
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在化工生产中遇到的多是冷热流体不允许直接混合的场合，间壁 式换热器应用广泛。
二、间壁式换热器
间壁式换热器的特点是冷，热两流体被一层固体壁面（管或板）
隔开，不相混合，通过间壁进行热交换。如套管换热器，径向的温差
是传热的推动力，热量首先由热流体主体以对流的方式传递到间壁内
侧，然后以导热的方式穿过间壁，最后由间壁外侧以对流的方式传递
三、间壁式换热器的设计
换热器的工艺计算有以下两类：
(1)设计计算：根据换热条件和要求，设计一台新换热器，需 要确定换热器的类型、结构及换热面积。
(2)校核计算：核算已有换热器能否满足换热要求，需要计算 流体的出口温度、换热量及流动阻力等。
三、间壁式换热器的设计
1、设计计算：
(a) 根据给定的换热条件，如流体性质、流量、温度和压力范围 等，选择换热器类型，计算换热面两侧的对流传热系数α1、α2 及总传热系数K；
WcCPc(t2 t1)
(b) 根据流体的进、出口温度求平均温差；
三、间壁式换热器的校核
Q KStm
三、间壁式换热器的设计
例题1：
在一钢制套管换热器中，用冷水将1kg/s的苯由65℃冷却至 15℃，冷却水ɸ25mm×2.5mm的内管中逆流流动，其出口温度 为10℃和45℃。已知苯和水的对流传传热系数分别为 0.82×103W/（m2·K）和1.88×103W/（m2·K）。钢材热导率 为45W/（m·K），两侧的污垢热阻可忽略不计。试求： （1）冷却水消耗量； （2）所需的总管长。
二、间壁式换热器
3、翅片式换热器
板翅片式换热器
优点:总传热系数高， 轻巧牢固，适应性强 缺点：结构复杂，清 洗检修困难
二、间壁式换热器
4、热管换热器
是一种新型高效换热装置通过 在全封闭真空管壳内工质的蒸发与 凝结来传递热量。 优点：优良的导热性、等温性，温 度可控，可远距离传热；
缺点: 抗氧化、耐高温性能差。
三、间壁式换热器的设计
三、间壁式换热器的设计
以管外面积为计算基准，忽略污垢热阻，则总传热系数
三、间壁式换热器的设计
由传热速率方程可得传热面积
故所需总管长
三、间壁式换热器的设计
Q A t
n
（1）固体的热导率
纯金属：t↑, λ↓ ;
非金属： ρ↑或 t↑, λ↑。 λ=λ0（1+αt）
式中λ、 λ0——固体分别在温度t、273K时的热导率，W/(m• K);
α——温度系数，对大多金属材料为负值，大多非金属材料为正值， 1/K。
（2）液体的热导率 液态金属的热导率比一般的液体高。
一、换热器
换热器是过程工业及许多工业部门的通用设备，在生 产中占有重要的地位，换热器的类型多种多样，若按传 热特征可分为以下三种：
1、直接接触式（混合式）
冷、热流体在换 热器内直接混合进 行换热。蒸汽喷射泵。
一、换热器
2、蓄热式换热器
换热器内装有填充物，冷 流体和热流体交替流过填充 物，以填充物交替吸热和放 热的方式进行热交换。
一、概述
几乎所有的化工生产过程均伴有传热操作，传热设备在化工 厂设备投资中占较大比例，有些可达40%。
传热设备 其它设备 40% 60%
传热的目的： (1)加热或冷却，使物料达到指定的温度； (2)换热，回收利用热量或冷量； (3)保温或保冷，减少热量或冷量的损失。
二、传热的基本方式
指直接接触的系统之间或系统内各部分之间没
传热速率为传热推动力与传热阻力的比值。 2、热通量
单位时间、单位传热面积上传递的热量 q （W/m2）；
四、热传导
1、温度场与等温面 在某一瞬间，温度在空间各点的分布称为温度场。 温度相同的点所组成的面称为等温面。
稳态传热与非稳态传热过程
t =f（x，y，z，θ）温度不仅与空间位置还与时间有关，为非 稳态传热；
t =f（x，y，z）温度只与空间位置有关与时间无关，为稳态传 热。
四、热传导
2、温度梯度
两等温面的温度差Δt与其间的垂直距 离Δn之比在Δn趋于零时的极限，即
lim t t n0 n n
3、傅立叶定律 物体各点间存在温度差时，因热传导而产生的热流大小的定律。
q t
n
q
t n
传热速率不仅与温度梯度成正比，还与传热面积成正比，即
目录
第一节 传热基本原理 第二节 间壁式换热器设计原理 第三节 间壁式换热器设计举例 第四节 新型换热设备简介
本节主要内容
一、概述 二、传热的基本方式 三、传热速率与热通量 四、热传导
一、概述
传热（热传递）是因存在温差而发生的热能转移过程，是 一个物理现象。 热传递现象无时无处不在，影响几乎遍及现代所有的工业 部门，应用广泛。
(b)
计算热负荷
Q
WhCph(T 1 T 2)
WcCPc(t2
t1)
求出未知的进、出口温度，并求出换热量Q；
三、间壁式换热器的设计
Q KStm
三、间壁式换热器的校核
2、校核计算步骤：
(a) 先假设满足要求，用一个流体的出口温度基于热平衡方程求
出所需要的换热量Q和另一个流体的出口温度；
Q WhCPh(T 1 T 2)
至冷流体主体。
th
热Φ
流 体
th,w
Φ
冷
流
tc,w
体
tc
流体通过间壁的热交换
二、间壁式换热器
1、管式换热器 套管式换热器
优点：结构简单、耐高压，传热面积易改变，严格逆流 缺点：接头多，易泄漏，单位管长传热面积小。
二、间壁式换热器
2、板式换热器 夹套式换热器
优点：结构简单、造价 低，可衬耐腐蚀材料 缺点：传热面受容器壁 面限制，传热系数小
（3）气体的热导率
气体的λ很小，对导热不利，对保温有利。
常见物质热导率的范围
物质种类
气体
液体
非导固体
金属
绝热材料
λ/[W/m·℃] 0.006～0.6 0.07～0.7 0.2～3.0 15～420 ＜0.25
第二节 间壁式换热器设计原理
本节主要内容
一、换热器的类型 二、间壁式换热器的种类 三、间壁式换热器的工艺计算
热传导
有宏观的相对运动，仅仅依靠分子、原子及自
由电子等微观粒子的热运动而实现热量传递的
传
现象。
热 方
热对流
流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传 递过程，只能发生在流体中。
式
热辐射
物体因热的原因而产生电磁波在空间传递的现 象。
三、传热速率与热通量
1、传热速率 单位时间内通过传热面传递的热量 Q（W）；