传热与传质最全的计算
热力学系统的传热传质与传质系数
热力学系统的传热传质与传质系数热力学系统是指由物质组成的系统，其内部存在着能量和物质的传递过程。
在这个系统中，传热和传质现象是非常重要的。
传热是指热量从高温区域传递到低温区域的过程，而传质则是指物质从浓度高的区域传递到浓度低的区域的过程。
在传热传质的过程中，我们会用到传质系数，它是描述物质在单位时间内从一处传递到另一处的能力。
一、传热1. 热传导：热传导是热量通过物体内部相互碰撞传递的过程。
热传导的速率与物体的导热性能有关，通常用热传导系数来表示。
热传导系数描述了单位横截面积上单位温度梯度的传热能力，记作λ。
例如，在均匀材料中，热传导系数的大小与材料的导热性能成正比。
2. 对流传热：对流传热是指热量通过流体内部的传递。
对流传热主要发生在流体内部，如气体或液体。
在对流传热中，除了传导的贡献外，流体的运动也会带走或带来热量。
对流传热的速率由传热系数h来表示，它与流体的性质、流动速度和流体与固体之间的接触面积相关。
3. 辐射传热：辐射传热是指热量通过电磁波的辐射传递。
辐射传热主要发生在高温物体或热辐射源的表面。
辐射传热的速率由斯特藩-玻尔兹曼定律描述，该定律表明热辐射通量与温度的四次方成正比。
二、传质1. 扩散传质：扩散传质是指物质由高浓度区域向低浓度区域的自发传递。
扩散传质过程中，物质的传递速率与物质的浓度梯度有关。
扩散系数D是描述单位横截面积上单位浓度梯度的传质能力，它与物质本身的性质以及传质过程中的温度和压强相关。
2. 对流传质：对流传质是指物质通过流体内部的传递。
与对流传热类似，对流传质也受到传质系数的影响。
传质系数描述了单位横截面积上单位浓度梯度的传质能力，它与流体的性质、流动速度和流体与固体之间的接触面积有关。
三、传质系数传质系数是描述物质传递能力的一个重要参数。
在传热过程中，传质系数常用于描述物质从一个位置传递到另一个位置的速率。
传质系数一般用K表示，它是一个复合参数，与物质自身性质、传质过程中的温度和压强等有关。
传热传质学.
流动形态
边界层理论
1904年 普兰特（德国应用数学家）
理论解
傅立叶定律实验
1804年
毕渥（法国物理学家）
1.2 传热学发展与研究方法
1.2.2 传热学的研究方法
◎ 实验测定：导热系数、温度 ◎ 理论分析：微分方程解析解
◎ 数值模拟：数值传热学
1.3 传热方式
※ 热传导 物体内部分子微观运动（分子、原子、 自由电子的热运动）的一种传热方式，物体 各部分之间不发生相对位移。 ※ 对 流 由于流体（气体、液体）的宏观运动， 流体各部分之间发生相对位移，冷流体与热 流体的相互掺混引起的热传递。 ※ 热辐射 物体通过电磁波传递热量的方式。
2.1 傅立叶定律
2.1.1 温度场
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0
0
-0.2
-0.2
-0.4
-0.4
-0.6
-0.6
-0.8 -1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
-0.8 -1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
2.1 傅立叶定律
2.1.2 导热基本定律
传 热 传 质 学
福州大学化学化工学院
叶长燊
1 绪论
传热学研究内容及应用
传热学发展与研究方法 传热方式 传热过程
1.1 传热学研究内容及应用
传热学是研究由温差引起的热量传递规 律的科学。 应用广泛：能源动力、化工制药、材料 冶金、机械制造、电气电信、建筑工程、交 通运输、航空航天、农业林业、生物工程、 环境保护、气象预报等。
第六章 搅拌聚合釜的传热与传质
t c = t R - ∆t p = 50 - 45.5 = 4.5 C
o
第四节 搅拌釜内的传质过程
固相-液相发生的传质过程：
N = K L a(CS − CL )
N u' （谢尔乌特准数N ）： （1）扩散努塞尔准数 sh
KLD N u ' = N sh = DAB
N = K G ( PA − PA1 ) = K L (C A1 − C AL )
1 PA N= 1 + H + Ha KG K L K1
无限慢反应
由于反应速度极慢，属于动力学控制，可以不考虑传 质对聚合反应的影响，只需将与气相压力P相平衡的浓度 C代入化学动力学方程式即可计算伴有相间传递过程的聚 合速率。
拟一级反应的分类
快速反应
单位面积液膜内的最大反应速率大于纯物理传质速率的 2～3倍，这时主要受扩散控制。其传质速率式为：
传质速率
N=
(K1D )C A1
反应物的界面浓度
反应速率常数 扩散系数
中速反应 慢速反应
此时反应甚慢，反应对传质系数的影响可以忽略，反应 基本上在液相本体内进行。传质的气膜与液膜阻力和液 相本体的化学反应阻力起串联阻力作用：
ρc
ρ c D AB
液液体系
1 1 1 = + KV kd m' k c
分散相传质膜系数 连续相传质膜系数
两相溶质的平衡常数
液固体系
KT r s = AN Re ⋅ N sc D AB
伴有相间传质的聚合反应
相 界 面
传递阻力＋ 传递阻力＋化学反应阻力
传质速率远小于聚合反应速 率时，实际反应速率完全取 决于传递过程速率。
传热与传质最全的计算
传热与传质最全的计算一、传热传热是能量从一个物体或系统传递到另一个物体或系统的过程。
根据传热方式的不同，传热可以分为三种形式：传导、对流和辐射。
1.传导：传热的方式通过物质的直接接触和分子的碰撞来进行。
传导传热的计算主要依靠温度差、传热面积和传热材料的热导率来计算。
传导传热的计算公式为：Q=-k*A*(ΔT/d)其中Q表示传热的热量，k表示热导率，A表示传热面积，ΔT表示温度差，d表示热传导长度。
2.对流：对流是通过流体（气体或液体）传递热量的过程。
对流传热的计算需要考虑传热系数、传热面积和温度差。
对于自然对流，传热系数可以通过科里奥利数来估算。
对于强制对流，传热系数可以通过雷诺数和普朗特数来估算。
对流传热的计算公式为：Q=h*A*ΔT其中Q表示传热的热量，h表示传热系数，A表示传热面积，ΔT表示温度差。
3.辐射：辐射是通过电磁辐射传递热量的过程。
辐射传热的计算需要考虑黑体辐射能量和辐射系数。
辐射传热的计算公式为：Q=ε*σ*A*(T1^4-T2^4)其中Q表示传热的热量，ε表示发射率，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，A表示传热面积，T1和T2表示两个物体的温度。
二、传质传质是物质在空间中通过扩散机制传递的过程。
传质过程主要包括质量传递和扩散传递。
1.质量传递：质量传递是涉及物质从一个相向另一个相传递的过程。
质量传递的计算需要考虑浓度差、传质系数和表面积。
质量传递的计算公式为：Q=k*A*(C1-C2)其中Q表示传递的质量，k表示传质系数，A表示传质面积，C1和C2表示两个相之间的浓度差。
2.扩散传递：扩散传递是涉及物质通过浓度梯度向更低浓度的方向传递的过程。
扩散传递的计算需要考虑扩散系数、浓度梯度和距离。
扩散传递的计算公式为：J = -D * (dC / dx)其中J表示扩散通量，D表示扩散系数，C表示浓度，x表示距离。
以上是传热和传质的基本概念和常见的计算方法。
当然，实际的传热和传质过程常常是复杂和多变的，需要根据具体情况进行更为详细和精确的计算和分析。
第三章传热传质问题的分析与计算
第三章传热传质问题的分析与计算第三章：传热传质问题的分析与计算在工程领域中，传热传质问题是一个非常重要的研究方向。
它涉及到热量和物质的传递，对于工业过程的高效运行和优化具有至关重要的影响。
在本章中，我们将探讨传热传质问题的分析与计算方法，以及如何应用这些方法解决实际工程问题。
首先，我们需要了解传热传质的基本概念。
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
常见的传热方式有三种：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子和原子之间的碰撞传递。
对流是指热量通过流体的运动传递。
辐射是指热量通过电磁辐射传递，例如太阳辐射。
类似地，传质是指物质通过扩散或对流传递的过程。
扩散是指物质通过浓度梯度的差异进行传递。
对流是指物质通过流体的运动进行传递，例如空气中的氧气通过呼吸进入人体。
在传热传质问题的计算中，我们需要考虑各种参数和变量，例如温度、密度、热传导系数、速度、浓度等。
这些参数可以通过实验测量或理论计算得到。
同时，我们需要根据问题的具体情况选择合适的方程和模型进行计算。
对于传热问题，我们经常使用热传导方程进行计算。
热传导方程描述了热量在固体中的传递过程。
它可以用来计算温度场的变化。
在计算中，我们需要确定边界条件和初始条件，并使用适当的数值方法求解方程。
在传质问题中，我们可以使用物质传质方程进行计算。
物质传质方程描述了物质的浓度分布随时间和空间的变化。
类似于热传导方程，我们需要确定边界条件和初始条件，并使用适当的数值方法求解方程。
除了这些基本方程，我们还可以使用其他模型和方法来解决复杂的传热传质问题。
例如，对于对流传热问题，我们可以使用雷诺平均Navier-Stokes方程来考虑流体的运动，并计算热量的传递。
对于多相流问题，我们可以使用数值方法来模拟各相的运动和相互作用。
在实际工程中，传热传质问题的分析和计算通常涉及到多个领域的知识。
除了传热传质的基本理论，我们还需要了解流体力学、材料科学、化学等相关领域的知识。
液态金属凝固中的传热、传质及液体流动
t R2 K2
K为凝固系数。
在实际的生产中，通常不需计算出铸件的凝固时间， 只需通过比较它们的相对厚度或模数就可制定生产工艺。
铸件温度场及凝固时间的精确计算——计算机数值模拟
4、焊接温度场
准稳定温度场的概念
图4－4 “厚板”表面运动点热源的温度场
图4－5 薄板焊接时的温度场分布
(图b是否有误？）
3．数值计算法 数值计算法是把所研究的物体从时间和位置上分割成许多小
单元，对于这些小单元用差分方程式近似地代替微分方程式， 给出初始条件和边界条件，逐个计算各单元温度的一种方法。 即使铸件形状很复杂，也只是计算式和程序烦杂而已，在原则 上都是可以计算的。
数值计算法比其它近似计算法准确性高，当单元选得足够小
无限长圆棒试样 测温及结果处理
2.铸件的两种凝固方式
图4－3 合金成分和温度梯度对凝固方式的影响 a)、b)为层状凝固，c)、d)为体积凝固 影响因素:(1）化学成分（液－固相线距离）
（2）温度梯度
层状凝固过程 层状凝固缩孔特点
体积凝固过程 体积凝固方式的缩松
3、铸件凝固时间计算
——与铸件厚度及温度场（凝固速度）相关
1）铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数越大，对铸 件的冷却能力就越大，铸件是的温度梯度就越大。 铸型的导热系数越大，能把铸型内表面吸收的热迅 速传至外表面，使铸型内表面保持强的吸热能力， 铸件内的温度梯度也就大。如金属型、涂料等的影 响。
2）铸型的预热温度的影响 铸型预热温度越高，对铸件的冷却作用就越小，铸件断面上的温度梯度也 就越小。 3．浇注条件的影响 过热热量加热了铸型，所以过热度越大，相当于铸型预热温度越高。铸件 内的温度场越平坦。 4．铸件结构的影响 1）铸件的壁厚 厚壁铸件比薄壁铸件含有更多的热量，当凝固层向中心推 进时，把铸型加热到更高温度，所以铸件内温度场较平坦。 2）铸件的形状 铸件的棱角和弯曲表面，与平面的散热条件不同，向外凸 出的部分，散出的热量为较大何种的铸型所吸收，铸件的冷速较大，如果铸 件内凹的表面，则相反。
教案化工原理传热与传质计算
教案化工原理传热与传质计算教案：化工原理传热与传质计算前言化工工程领域中，传热与传质计算是至关重要的一部分。
准确计算传热和传质过程可以帮助我们设计高效的化工设备和工艺流程。
本教案旨在介绍一些基本的传热与传质计算理论和方法，并通过例题进行实际应用。
一、传热计算传热是指物体之间由于温度差异而发生的热量传递过程。
在化工工程中，我们通常需要计算传热速率和传热系数等参数。
A. 热传导热传导是一种通过物质内部分子间相互碰撞传递热量的方式。
根据傅立叶热传导定律，热传导速率（q）与温度梯度（dT/dX）成正比，与传热介质的导热系数（λ）成反比。
其数学表达式为：q = -λ * (dT/dX)B. 对流传热对流传热是指通过流体介质（如气体或液体）中的对流现象进行热量传递。
常见的对流传热计算公式为：q = h * A * (T1 - T2)其中，q为传热速率，h为对流传热系数，A为传热面积，T1和T2为温度差。
C. 辐射传热辐射传热是指通过电磁波辐射传递热量的过程。
根据斯特凡-玻尔兹曼定律，辐射传热速率与传热体表面的辐射率、温度差以及传热面积之间成正比。
其计算公式为：q = ε * σ * A * (T1^4 - T2^4)其中，q为传热速率，ε为辐射率，σ为斯特凡-玻尔兹曼常数，A为传热面积，T1和T2为温度差。
二、传质计算传质是指物质之间由于浓度差异而发生的物质传递过程。
在化工工程中，我们常常需要计算传质速率和传质系数等参数。
A. 传质速率传质速率可以通过菲克定律来计算。
菲克定律表明，传质速率（N）与物质浓度梯度（dC/dX）成正比，与传质介质的传质系数（D）成反比。
其数学表达式为：N = -D * (dC/dX)B. 质量传输系数质量传输系数是衡量传质能力的重要参数。
对于液体和气体传质，我们可以使用对应的传质系数模型进行计算，如夏姆夸克方程和莫尔塔方程等。
三、例题分析现在我们通过一个例题来应用所学的传热与传质计算方法。
第三章传热传质问题的分析与计算
y , t tw 1 t tw
扩散方程
y 0, CA CA,w 0 y , CA CA,w 1
CA, CA,w
CA, CA,w
这三个性质类似的物性系数中，任意两个系数 的比值均为无量纲量,即
普朗特准则 Pr
v
2u y 2
能量方程
u
t x
t y
a
2t y 2
扩散方程
u
C A x
C A y
D
2C A y 2
边界条件为：
动量方程 y 0, u 0
或
u
能量方程
y , u 1 或 u
y 0, t tw 0 t tw
u uw 0 u uw
h
dy
定义，阿克曼修正系数
C0
= (N AM Ac P,A+N B M h
BcP,B )
C0与假定传质方向（壁面向流体）一致为正
δ0
d 2t dy2
- C0
dt dy
=0
边界条件
y =0
y =δ0
t =t1
t =t2
得到流体在薄膜层内的温度分别为
exp(C0 y ) -1
t( y) =t1 +(t2 - t1)
dy
• 动量传递公式表明：动量通量密度正比 于动量浓度的变化率。
• 能量传递公式表明：能量通量密度正比 于能量浓度的变化率。
• 质量传递公式表明：组分A的质量通量密 度正比于组分A的质量浓度的变化率。
3.1.2 三传方程
连续性方程 u 0
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Φ
r2
r1
r3
T1
r4
T2
T4 T3
5、保温层的临界半径
t1----保温层内表面温度；tf----环境温度 r1、r2----分别为保温层内外壁半径； λ---为保温材料的导热系数 α----为对流传热系数；L---为管长
t1tf
t1tf
R1 R2
1 lnr2 1
2L r1 2L2r
d dr2
LOGO
传热传质方法及计算公式
什么是传热?
传热跟我们的生活密切相关 传热在生活中的应用： 1、做饭时，蒸、煮、炒等都是传热过程，饭菜凉了
我们也要“热一热”再吃； 2、冬天开暖气供暖，屋子里暖和、舒服； 3、穿衣服要看天气，根据温度变化选择衣服，冬天
穿棉袄，夏天穿单薄的衣服。
传热推动力
传热即热量传递，凡是有温度差存在的地方，必然有热的传 递，传热是极为普遍的一种能量传递过程，化工生产与传热 的关系尤为密切。
▪1、提高传热速率
▪ 强化传热，减小设备尺寸，节省费用
▪2、降低传热速率
▪ 削弱传热，减少热量损失
传热的基本方式 热的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同而 引起的。当无外功输入时，根据热力学第二定律， 热总是自动地从温度较高的部分传给温度较低的部 分， 或是温度较高的物体传给温度较低的物体。 根 据传热机理的不同，传热的基本方式有热传导、对 流和辐射三种。
2、导热系数
A dT
dx（1）、固ຫໍສະໝຸດ 的导热系数大多数固体的导热系数与温度大致呈线性关系。 λ=λ0（1+αλt）
αλ--------温度系数
（2）液体的导热系数
液态金属：液态金属导热系数比一般液体高 液态金属导热系数随温度升高而降低。
其他液体：水的导热系数最大，除水和甘油等几种液体外，大多数 液体λ随温度升高略有减少，纯液体λ比混合液体一般要大一些。
2、对流
流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为对流 传热（即对流） 。
对流的形式可分为： （1）、自然对流：由于流体中各处的温度不同而引起密度
的差别。轻者上浮，重者下沉，流体之间产生相对位移。 （2）、强制对流：由于泵、风机或搅拌等外力的作用使得
流体质点强制运动。 在化工传热过程中,通常是流体流经固体壁面时发生的对流和
T1
T2
φ
n层平壁的热传导速率方程:
T3 T4
T1 Tn 1 n i
i1 i A
δ1 δ2 δ3
x
各层平壁的温差降与该层的热阻成正比。
n
n
T 1 : T 2 : T 3 : T 1 1 A :2 2 A :3 3 A :i 1ii A 1 1 :2 2 :3 3 :i 1i i
r1
对数平均半径为:
rm
r2 r1 ln（ r2 ）
r1
当r2/r1≤2时,
rm
r1 r2 2
4、多层圆筒壁的热传导
三层圆筒壁的热传导速率方程
2L（T1T4）
1lnr2 1lnr3 1lnr4
1 r1 2 r2 3 r3
n层圆筒壁的热传导速率方程
2LT
n 1 ln ri1
i1 i
ri
ΔT=T1 –Tn+1
3、单层圆筒壁的热传导
单层圆筒壁的热传导速率方程
dr
T2
r1
T1
r2
2L（T1 T2）
ln（r2 ） 热阻为:
r1
R
ln（ r2 r1 ） 2L
L
上式也可以写成与平壁热传导速率方程类似形式:
A m (T 1T2)A m ((T r1 2 T r1 2))
其中对数平均面积为:
Am2Ll（ （ nrr22） r1）2rmL
传热的分类
▪ 传热的分类
间歇传热
按连续性
分类：
连续传热 非稳态传热：传热速率常数，
按与时间 的关系
稳态传热：传热速率=常数，
LOGO
一、热量传递的三种基本方式
根据传热的机理不同，热量传递的基本方式分为三种：
导热 对流 热辐射
1、热传导（又称导热）
当物体内部或两个直接接触的物体存在着温差时， 由于分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而 引起热量的传递。热量由高温度部分传到低温部分， 或从高温物体传到与之相接触的低温物体，直到各 部分温度相等为止，这种热量传递过程称为导热。
高温
低温
传热过程的推动力：温度差
传热在生产中的应用
▪ 传热在生产中的应用：
▪ 1、物料的加热、冷却或者冷凝、蒸发过程。
▪ 加热：熔盐炉、混合气预热、再沸器
▪
聚合釜夹套升温、汽提、干燥等
▪ 冷却：采用循环水、7℃水、-35℃盐水等冷却水
▪
转化器、合成炉用热水冷却
▪ 冷凝：氯气液化、混合脱水、氯乙烯单体冷凝
热传导联合作用的传热过程.
3、热辐射
因物体本身温度的原因激发产生的电磁波在空间的传 递，称为热辐射。 辐射传热的特点是： （1）、能量传递过程中有能量形式的转变 （2）、任何物体只要在热力学温度零度以上都能发射辐 射能
第二节 热传导
一、热传导方程
1、傅立叶定律
T
AdT
dx
q dT
dx
T1 T T+dT
φ
dx
T2
δ
x
dT
温度梯度，表示热流方向温度变化的强度，温度梯
dx
度越大，说明热流方向单位长度上的温差越大。
负号 表示热流方向与温度梯度方向相反,热量是沿温度 降低的方向传递.
傅立叶定律解决的问题 ▪ 傅里叶定理是研究传热过程的重要方程， ▪ 在工程上 主要解决三个问题： ①计算传热量或热量损失； ②确定面上的温度； ③确定保温层的壁厚。
（3）气体的导热系数
气体的导热系数随温度升高而增大，随压强增大而增加。
二、传导传热的计算 1、单层平面热传导
T1 T2
T R
A
R A
称为导热热阻
T
T1
φ
T2
δ
x
TT1T2 称为导热的推动力
2、多层平壁的热传导
三层平壁的热传导速率方程:
T
11 T A1 2T 2A 2 T 33A 3 11 AT1 22A T433A
2l(t1 tf ) ln(r2 r1)
(1
r2
1r22
2
1
r2
)
0
φ
r2
称为临界半径rc
t1 r1 r2
t2 tf
B
rc
r2
第三节 对流传热
对流传热过程是从流体到固体壁 或从固体壁到流体的传热过程, 是一个层流内层为主的导热和层 流内层以外对流传热的综合过程.
▪ 蒸发：碱液蒸发、PVC干燥
传热在生产中的应用
▪ 2、化工设备和管道的保温（保冷），以减少热量 （冷量）损失。
▪ 保温：如蒸汽管道、热水管道。 ▪ 保冷：-35℃盐水、7℃水管道 ▪ 3、生产中热能的合理利用，废热回收。 ▪ 废热利用：氯化氢合成热用于溴化锂及采暖、转
化反应热用于溴化锂机组
▪ 研究传热的目的