第五章 传热过程基础
1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m 2，厚度为0.02 m ，实验测得电流表读数为0.5 A ，伏特表读数为100 V ，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。
解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即
L
t t S
Q 2
1-=λ 式中 W 50W 1005.0=?==IV Q
m 02.0C 50C 200m 02.0212=?=?==L t t S ，，， 将上述数据代入，可得
()()
()()C m W 333.0C m W 5020002.002
.05021??=??-??=-=
t t S QL λ
2．某平壁燃烧炉由一层400 mm 厚的耐火砖和一层200 mm 厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t λ=+，绝缘砖的导热系数为
20.30.0003t λ=+，W /(m C)??。两式中的t 可分别取为各层材料的平均温度。
解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q Q Q ==21 （5-32） 或 2
32212
11b t t S b t t S
Q -=-=λλ （5-32a ） 式中 115000.80.00060.80.0006 1.250.00032t t t λ+=+=+?=+
21000.30.00030.30.00030.3150.000152t t t λ+=+=+?=+
代入λ1、λ2得
2.0100)00015.0315.0(4.01500)000
3.025.1(-+=-+t t t t
解之得
C 9772?==t t
()()()C m W 543.1C m W 9770003.025.10003.025.11??=???+=+=t λ
则 ()
221
11
m W 2017m W 4
.0977
1500543.1=-?
=-=b t t S Q λ
3．外径为159 mm 的钢管，其外依次包扎A 、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 mm ，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B 层保温材料的厚度为100 mm ，导热系数为1.0 W /(m·℃)，设A 的内层温度和B 的外层温度分别为170 ℃和40 ℃，试求每米管长的热损失；若将两层材
料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？
解：
()()m
W 150m W 100
159100502159ln 0.11159502159ln 1.014017014.32ln 21
ln 212
3
21212
1=++?++?+-??=
+-=
r r r r t t L Q πλπλ
A 、
B 两层互换位置后，热损失为
()()m
W 5.131m W 100
159100502159ln 1.01
159502159ln 0.114017014.32ln 21
ln 212
3
21212
1=++?++?+-??=
+-=
r r r r t t L Q πλπλ
4．直径为57mm 3.5φ?mm 的钢管用40 mm 厚的软木包扎，其外又包扎100 mm 厚的保温灰作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为120-℃，绝热层外表面温度为10 ℃。软木和保温灰的导热系数分别为0.043?W/(m ℃)和0.07?W/(m ℃)，试求每米管长的冷损失量。 解：此为两层圆筒壁的热传导问题，则 ()()m
W 53.24m
W 04.00285.01.004.00285.0ln 07.010285.004.00285.0ln 043
.011012014.32ln
1ln 1
π223212121-=+++++--??=+-=r r r r t t L Q λλ 5．在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为Φ25 mm×2.5 mm 的钢管，其导热系
数为45 W/(m·℃)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2 600 W/(m 2·℃)，热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m 2·℃)。试求基于管外表面积的总传热系数K ，以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。 解：由o o
o o m i i
1
1K d d b d d αλα=
++ 查得钢的导热系数 ()C m W 452??=λ
2.5b =mm o 25d =mm ()mm 20mm 5.2225i =?-=d mm 5.22mm 2
20
25m =+=
d ))C m W 6.50C m W 02
.02600025.00225.045025.00025.0521122o ??=???+??+=K
壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为
o o o o
1
50.6100%100%100%97.3%152K K αα?=?=?=
管程对流传热热阻占总热阻的百分数为
o
o o i i
i i o
50.60.025
100%100%100% 2.4%1
26000.02
d K d d d K αα??=
?=?=? 管壁热阻占总热阻的百分数为
o
o o m m o
0.00250.02550.6100%100%100%0.3%1450.0225bd bd K d d K λλ???=?=?=?
6．在一传热面积为40 m 2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30 000kg/h ，其温度由22 ℃升高到36 ℃。溶液温度由115 ℃降至55 ℃。若换热器清洗后，在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40 ℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，i o αα、分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。
解：求清洗前总传热系数K
()()C 7.52C 22
5536115ln
225536115m ?=?-----=?t
())()C m W 231C m W 7.52403600223610174.430000223m ??=????-???=?=t S Q K 求清洗后传热系数K '
由热量衡算
h p,h 12c p,c 21()()W C T T W C t t -=-
h p,h 12c p,c 2
1()()W C T T W C t t ''-=- c p,c 212
1h p,h
()W C T T t t W C ''=-- ()()C 9.37C 22402236551151151212211?=???
?
???----=-'---
=t t t t T T T ()()C 1.38C 22
9.3740115ln
229.3740115m ?=?-----=
'?t ()())C m W 8.410C m W 1
.38403600224010174.430000223??=????-???=K
清洗前两侧的总传热热阻
W C m 109.1W C m 8.41012311112
32S ???=????
? ??-='-=-∑K K R
7．在一传热面积为25 m 2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h ，其温度由25 ℃升至38 ℃，平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。有机溶液的温度由110 ℃降至65 ℃，平均比热容为1.72 kJ/(kg·℃)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。 解：p,c 4.17C = kJ/(kg·℃)
c p,c 21()Q W C t t =- ()W 1022.4W 25381017.43600
28000
53?=-???=
求m t ?
有机物 110 → 65
———————————————— t ? 72 40 C 4.54C 4072ln 4072m ?=?-=?t
()()C m W 3.310C m W 4
.54251022.4225
??=????=K
()()h kg 10963.1s kg 452.5kg 651101072.11022.443
5
21h h ?==-???=-=K T T c Q W p 8．在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h ，其
初始温度为30 ℃，平均比热容为4.174 kJ/（kg·℃）。有机溶剂的流量为14 000 kg/h ，温度由180 ℃降至120 ℃，平均比热容为1.72 kJ/（kg·℃）。设换热器的总传热系数为500 W/(m 2·℃)，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。
解： ()()kW 3.401h kJ 104448.1h kJ 12018072.114000621h =?=-??=-=T T Wc Q p
冷却水的出口温度为
C 61.64C 30174.410000104448.161c c 2?=????
? ??+??=+=t c W Q
t p 逆流时
()()C 102.2C 90
39.115ln
39
.25C 30
12061.64180ln
3012061.64180m ?=?=
?-----=
?t 223m
m 854.7m 2
.102500103.401=??=?=t K Q
S 逆 并流时
()()C 97.94C 150
39.55ln
61
.94C 30
18061.64120ln
3018061.64120m ?=?=
?-----=
?t 22
3m m 452.8m 97
.94500103.401=??=?=t K Q S 逆
9．在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为1 600 m 3/h ，常压下苯的沸点为80.1 ℃，气化热为394 kJ/kg 。冷却水的入口温度为20 ℃，流量为35 000 kg/h ，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。总传热系数为450 W/(m 2·℃)。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。 解：苯蒸气的密度为
()
33m kg 692.2m kg 1.8027308206.078
1=+??==RT PM ρ
h kg 2.4307h kg 692.21600h =?=W
W 1071.4h kJ 10697.1h kJ 3942.430756h ?=?=?==γW Q
c p,c 21()Q W C t t =-
23535000
4.1710(20) 4.71103600
t =
??-=? 解出 231.6t =℃
求m t ?
苯 80.1 → 80.1 水 31.6 20
————————————————
C 1.54C 5.481.60ln
5.481.60m ?=?-=?t
22
5m m 3.19m 1
.544501071.4=??=?=t K Q S
10．在一单壳程、双管程的管壳式换热器中，水在壳程内流动，进口温度为30 ℃，出口温度为65 ℃。油在管程流动，进口温度为120 ℃。出口温度为75 ℃，试求其传热平均温度差。 解：先求逆流时平均温度差
油 120 → 75 水 65 30 t ? 55 45
C 8.49C 4555
ln 4555ln 1
2
12m
?=?-=???-?='?t t t t t
计算P 及R
21116530
0.38912030t t P T t --===-- 122112075
1.2866530
T T R t t --===--
查图5-11（a ）得
Δt 0.875?=
C 6.43C 8.49875.0m
Δt m ?=??='?=?t t ? 11．某生产过程中需用冷却水将油从105 ℃冷却至70 ℃。已知油的流量为6 000 kg/h ，水
的初温为22 ℃，流量为2 000 kg/h 。现有一传热面积为10 m 2的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求： （1） 两流体呈逆流流动； （2） 两流体呈并流流动。
设换热器的总传热系数在两种情况下相同，为300 W/(m 2·℃)；油的平均比热容为1.9 kJ/(kg·℃)，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。热损失可忽略。 解：本题采用NTU -ε法计算 （1）逆流时
C W 7.3166C W 109.236006000
3h h ?=???=
p c W C W 7.2316C W 1017.436002000
3c c ?=??=p c W
min R max 2316.7
0.7323166.7
C C C ===
min min 30010
() 1.2952316.7
KS NTU C ?===
查图得 0.622ε=
min 11()Q C T t ε=-
()W 10196.1W 221057.2316622.05?=-??=
C 70C 2.67C 7.316610196.11055h h 12?
????-=-=p c W Q T T 能满足要求 （2）并流时
R 0.732C = min () 1.295NTU =
查图得 0.526ε=
()W 10011.1W 221057.2316526.05?=-??=Q
C 70C 1.73C 7.316610011.110552?
?
????-=T 不能满足要求 12．在一单程管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。已知换热器的传热面积为5 m 2，总传热系数为1 400 W/(m 2·℃)；热水的初温为100 ℃，流量为5 000 kg/h ；冷水的初温为20 ℃，流量为10 000 kg/h 。试计算热水和冷水的出口温度及传热量。设水的平均比热容为4.18 kJ/(kg·℃)，热损失可忽略不计。
解： C W 5806C W 1018.43600
5000
3h h ?=???=p c W
C W 11611C W 1018.4360010000
3c c ?=???=p c W 5.011611
6
.5805max min R ===C C C
min min 14005
() 1.215805.6KA NTU C ?===
查图得 0.575ε=
传热量 min 11()Q C T t ε=-
()W 1067.2W 201006.5805575.05?=-??= 122
111000.57510020
T T T T t ε--=
==-- 解出 254T =℃ 212R 1220
0.510054
t t t C T T --=
==--
解出 243t =℃
13．水以1.5 m/s 的流速在长为3 m 、直径为mm 5.2mm 25?φ的管内由20 ℃加热至40 ℃，试求水与管壁之间的对流传热系数。 解：水的定性温度为
C 30C 2
40
202b2b1f ?=?+=+=
t t t 由附录六查得30°C 时水的物性为
ρ＝995.7 kg/m 3，μ=80.07×10－5
Pa·s ，λ=0.6176W /(m C)??，Pr =5.42
则 4i b 5
0.02 1.5995.7
e 3.731080.0710
d u R ρ
μ
-??=
=
=??（湍流） i 3150600.02L d ==>
Re 、Pr 及
i
d L
值均在式5-59a 的应用范围内，故可采用式5-76a 近似计算α。 水被加热，取n =0.4，于是得
()()()C m W 6345C m W 42.51073.302
.06176.0023.0Pr Re 023
.0224.08
.044.08.0i
??=??????
==d λ
α 14．温度为90 ℃的甲苯以1500 kg/h 的流量流过直径为57mm 3.5φ?mm ，弯曲半径为0.6 m 的蛇管换热器而被冷却至30 ℃，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。 解：甲苯的定性温度为 C 60C 2
30
902b2b1f ?=?+=+=
t t t 由附录查得60C ?时甲苯的物性为
ρ＝830 kg/m 3，C p ＝1840 J/(kg·℃)，μ=0.4×10
－3
Pa·s ，λ=0.1205W /(m C)??，
r P =
3p 18400.410 6.110.1205
c μ
λ-??== 则 m 256.0m 05.04
π
83036001500
4π2
2i b =???==
d w u ρ 26539104.0830
256.005.03
b i =???=
=
-μρ
u d Re （湍流）
流体在弯管内流动时，由于受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使对流传热系数较直管内的大，此时可用下式计算对流传热系数，即
i (1 1.77)d
R
αα'=+
式中 α'—弯管中的对流传热系数，2W (m C)??； α—直管中的对流传热系数，2W C)??； d i —管内径，m ；
R —管子的弯曲半径，m 。
()()C m W 5.395C m W 11.63.2653905.01205
.0023.0Pr Re 023
.0224.08.04
.08.0i
??=?????
==d λ
α
())C m W 6.35C m W 6.005.077.115.39577.112
2i ??=????? ???+?=??? ?
?+='R d αα
15．压力为101.3 kPa ，温度为20 ℃的空气以60 m 3/h 的流量流过直径为57mm 3.5mm φ?，长度为3 m 的套管换热器管内而被加热至80 ℃，试求管壁对空气的对流传热系数。
解：空气的定性温度为
C 50C 2
80
202b2b1f ?=?+=+=
t t t 由附录五查得50 ?C 时空气的物性为
ρ＝1.093 kg/m 3，C p ＝1005 J/(kg·℃)，μ=1.96×10－5
Pa·s ，λ=0.0283W /(m C)??，Pr =0.698
则 s m 50.8m 05.04
3.14360060
4π2
2i b =??==
d w u ρ
i b 5
0.058.5 1.093
e 23679.51.9610d u R ρ
μ
-??=
=
=?（湍流）
()())C m W 6.35C m W 698.03.2367905
.00283.0023.0Pr Re 023
.0224.08
.04
.08.0i
??=?????
==d λ
α
16．常压空气在装有圆缺形挡板的列管换热器壳程流过。已知管子尺寸为
38mm 3φ?mm ，正方形排列，中心距为51 mm ，挡板距离为1.45 m ，换热器外壳内径为8.2
m ，空气流量为43410m /h ?，平均温度为140 ℃，试求空气的对流传热系数。 解：由附录五查得140?C 时空气的物性为 ρ＝0.854 kg/m 3，C p ＝1013 J/(kg·℃)，μ=2.37×10－5
Pa·s ，λ=0.0349W /(m C)??，Pr =0.694
采用凯恩（Kern ）法，即
0.5513w 0.36e r Nu R P ?= （5-63） 或 0.55130.14
e e w
0.36
()r ()d u P d ρλμαμμ= （5-63a ） 传热当量直径e d '可根据管子排列情况进行计算。 管子为正方形排列，则 22o e o
4()
4πt d d d π
-
=
式中 t —相邻两管的中心距，m ； D o —管外径，m 。 代入t 和d o 得
m 049.0m 038
.0π038.04π0.0514π4π422o 2o 2e =??
?? ???-=??? ??-=d d t d 式5-63及式5-63a 中的流速u 可根据流体流过管间最大截面积A 计算，即
o
(1)d A zD t
=-
式中 z —两挡板间的距离，m ； D —换热器的外壳内径，m 。 代入z 、D 、t 和d o 得
2
2o m 03.1m 051.0038.018.245.11=??? ??-??=??? ?
?-=t d zD A
s m 74.10s m 03
.136001044
=??==A V u
上述式中的w ?对气体可取为1.0。 0.55130.14
e e w
0.36
()Pr ()d u d ρλμαμμ= ()()C m W 8.50C m W 684.01037.2854.074.10049.0049.00349.036.0223155
.05??=????
?
?
???????=-
17．将长和宽均为0.4 m 的垂直平板置于常压的饱和水蒸气中，板面温度为98 ℃，试计
算平板与蒸汽之间的传热速率及蒸汽冷凝速率。 解：水的定性温度为
C 99C 2
100
982sat w f ?=?+=+=t t t
由附录六查得99 ?C 时水的物性为
ρ＝958.5 kg/m 3，C p ＝4220 J/(kg·℃)，μ=28.41×10－
5 Pa·s ，λ=0.683W /(m ?o C)，Pr =1.762 由附录八查得100 ?C 时饱和蒸气的物性为 2258r =kJ/kg ，v 0.597ρ=kg/m
对于此类问题，由于流型未知，故需迭代求解。首先假定冷凝液膜为层流，由式5-135得
()()4
1w sat 3m 13.1??
????--=t t L gr v μλρρρα
()())
()
C m W 10468.1C m W 981004.01041.28683.010225881.9597.05.9585.95813.12424
15
33???=????
?
???-???????-?=-v
核算冷凝液流型，由对流传热速率方程计算传热速率，即
()()W 93952W 9810024.04.010468.14w sat =-?????=-=t t S Q α 冷凝液的质量流率为
s kg 1016.4s kg 10
22589395223-?=?==
r Q w 单位长度润湿周边上的凝液质量流率为
)s m kg 102.5s kg 4
.021016.422
??=??==Γ--P w
则 18003.693103.0102.544Re 3
2
f <=???=Γ
=--μ 故假定冷凝液膜为层流是正确的。
18．常压水蒸气在一25mm 2.5φ?mm ，长为3 m ，水平放置的钢管外冷凝。钢管外壁的温度为96 ℃，试计算水蒸气冷凝时的对流传热系数。若此钢管改为垂直放置，其对流传热系数又为多少？由此说明工业上的冷凝器应如何放置？
解：由附录查得，常压水蒸气的温度为100 ℃。
定性温度C 98C 2
96
1002s w f ?=?+=+=
t t t 由附录查得在98 ℃下，水的物性为：
()s Pa 1003.29;kg kJ 08.2261C m W 6822.0m kg 78.960523??==??==-μλρr ；；
水平放置
()()
C m W 17530C m W 4025.01003.296822.081.978.9601008.2261725.0725.022
5
3234
132??=????
???????????=?
?
?
????=-t L g r μλρα 垂直放置
)()
C m W 7427C m W 431003.296822.081.978.9601008.226113.113.122
5
3234
132??=????
???????????=?
?
?
????=-t L g r μλρα 通过上述计算可知，工业上的冷凝器应水平放置。
19．两平行的大平板，在空气中相距10 mm ，一平板的黑度为0.1，温度为400 K ；另一平板的黑度为0.05，温度为300 K 。若将第一板加涂层，使其黑度为0.025，试计算由此引起的传热通量改变的百分数。假设两板间对流传热可以忽略。 解：第一板加涂层前
因是两平行的大平板，则1?=；
()()42422
1
021K m W 196.0K m W 1201067
.51
11?=?-+=-+=
-εεC C ；
于是
2
2444241212
1m
W 22.34m W 1003001004001196.0100100=??????????? ??-??? ????=???
???????? ??-??? ??=--T T C S Q ?
第一板加涂层后
()()
42422
1021K m W 096.0K m W 1204067
.51
11?=?-+=-+=
'-εεC C
()
224442412121m
W 82.16m W 1003001004001096.0100100=??????????? ??-??? ????=???
???????? ??-??? ??''='
--T T C S Q ?
空气导热的热通量C 77C 2
127
27221m ?=?+=+=
t t t ，查得C 77?时，空气的导热系数()C m W 03.0??=λ
()()()222121m W 300m W
30040001
.003.0=-=-="-t t b S Q λ
加涂层前后传热通量减少的百分率为
()()
%2.5%10030022.3482
.1622.3421212121=?+-="+'
-----S Q S Q S Q S Q
20．用压力为300 kPa （绝对压力）的饱和水蒸气将20 ℃的水预热至80 ℃，水在25mm 2.5φ?mm 水平放置的钢管内以0.6 m/s 的速度流过。设水蒸气冷凝的对流传热系数为5 000 W/(m 2·℃)，水侧的污垢热阻为6×10-4 m 2·℃/W ，蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计，试求（1）换热器的总传热系数；（2）设操作半年后，由于水垢积累，换热能力下降，出口水温只能升至70 ℃，试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻。 解：查附录得，300 kPa 的饱和水蒸气温度为133.3 ℃ 水的定性温度为
（1）12m 8020
50C 22
t t t ++=
==? 在50 ℃下，水的物理性质如下：
())2364.7810W m 988.1kg m Pa s 4.174kJ kg C p C C λρμ-=???=??=??-5；；=54.9410；
4
i 2
0.020.6988.1
e 21582104.1741000 3.54
64.7810p d u R c Pr ρ
μμλ-??=
==>????===?-5
-5
54.941054.9410
应用公式5-58a 进行计算
)()C m W 3627C m W 53.32158202
.06478
.0023.0Pr Re 023
.0224.08.04
.08.0i
??=?????
==d λ
α
())C m W 4.772C m W 20
25
10636272025500011
1
1224i
o
Si i i o o
??=????+?+=
++
=
-d d
R d d K αα
（2）m c c 21()p Q KS t W C t t =?=- （a ）
m c c 21()p Q K S t W C t t ''''=?=- （b ）
（b ）式÷（a ）式，得
m
21m 21
K t t t K t t t '''?-=?-
()()
C m W 2.596C m W 4.772803.133203.133ln 703.133203.133ln ln
ln ln
ln 22212
1
2112
21121212m m 1212??=???----=--'--='---'-----'='??--'=K t T t T t T t T K t T t T t t t T t T t t t t t t K t t t t t t K ()C m W 2.59620
25
36272025500011
11
2si i
o Si
i i o o
??=?+?+=
'++
=
R d d
R d d K αα
21．在一套管换热器中，用冷却水将4500 kg/h 的苯由80 ℃冷却至35 ℃，；冷却水在5.2mm 25?φmm 的内管中流动，其进、出口温度分别为17 ℃和47 ℃。已知水和苯的对流
传热系数分别为850 W/(m 2·℃)和1 700 W/(m 2·℃)，试求所需的管长和冷却水的消耗量。
解：苯的定性温度
C 5.57C 2
35
80221m1?=?+=+=
t t t 57.5C ?时苯的定压热容为1.824 kJ/（kg·
℃） 水的定性温度
C 27C 2
3717221m2?=?+='+'=t t t
27C ?时水的定压热容为4.176 kJ/（kg·
℃） 冷却水的消耗量
h h 12c c 21()()p p Q W C T T W C t t =-=- ()()
()()
h kg 2948h kg 1747176.43580824.1450012c 21h h c =-?-??=
--=
t t c T T c W W p p 换热器面积
()21h h m T T c W t KS Q p -=?=
()()C m W 7.485C m W 850
2025
170011
1
122i
i o o
??=???+
=
+
=
ααd d K
()()C 75.24C 17
354780ln 17354780m ?=?-----=
?t
()()223m
21h h m 535.8m 75
.247.4853600358010824.14500=??-???=?-=
t K T T c W S p
32si
1.210m C W R -'=???
传热的三种基本方式 赵世强 08化工一班 0803021039 合肥学院 化学与材料工程系 合肥 230022 摘要：传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递过程。由于物体内或系统内的两部分之间的温度差而引起，净的热流方向总是由高温处向低温处流动。 关键词：传热，温度差，热传导，对流传热，辐射传热 引言 化学工业与传热的关系尤为密切，化工生产中的很多过程与单元操作都需要进行加热获冷却，而这些传热过程往往都是通过一定的换热设备来实现的。如何设计价格低廉、运行经济的换热设备以完成所要求的换热任务，是化学工程师经常遇到的问题。这就要求通晓热量传递的基本原理，又要求具有能够定量计算传递速率的能力。 1 热传导 热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分或者传递到与之相接触的、温度较低的另一物体的过程称为热传导，简称导热。 特点：物质间没有宏观位移，只发生在静止物质内的一种传热方式。 1.1 傅立叶定律 描述导热现象的物理定律为傅里叶定律，其数学表达式为 dQ t q k n dS ?==-? 式中 Q ——传热速率单位时间传递的热量，/J s ； q ——热通量单位传热面积的传热速率，2/()J m s ?，矢量，方向为传热面的法线方向dQ q dS = ； S ——与导热方向垂直的传热面积； 负号表示q 与温度梯度方向相反； k ——导热系数, 单位为/()W m K ?。 物性之一：与物质种类、热力学状态（T 、P ）有关
物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小，故物质的k 越大，导热性能越好。 1.2 热导率（导热系数） 定义式：dQ dS k dt dn =- 单位温度梯度的热通量, /(K)W m ? k 表征物质导热能力的大小，是物质的物性之一。 k 金属非金属固体液气由实验测定，一般k k k k >>>金属非金属固体液体气体 1.2.1 气体的导热系数 a 随温度的升高而增大； b 气体k 很小，对导热不利，但有利于保温、绝热； c 混合物11131n i i i i m n i i i k y M k y M ===∑∑ 1.2.2 液体的导热系数 液态金属的k 比一般液体的要高大多数液态金属的k 随T 升高而减小。 在非金属液体中，水的最大。除水和甘油外，绝大多数液体的k 随T 升高而略有减少,k k >纯液体溶液溶液。 溶液的k ：0.9m i i k a k =∑ 或 m i i k a k =∑ 1.2.3 固体的导热系数 纯金属：k 随T 升高而减小，随纯度升高而增大 非金属：k 随ρ升高而增大，随T 升高而增大 对大多数匀质的固体，k 值与温度大致成线性关系，即 0(1)k k t β=+ 2 热对流（又称对流） 对流传热是指由于流体的宏观运动，流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。流体中质点发生相对位移而引起热交换。对流传热仅发生在流体中，因此它与流体的流动状态密切相关。在对流传热时，必然伴随着流体质点间的热传导。
传热学基本概念知识点 1傅里叶定律：单位时间内通过单位截面积所传递的热量，正比例于当地垂直于截面方向上的温度变化率 2集总参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法 3临界热通量：又称为临界热流密度，是大容器饱和沸腾中的热流密度的峰值 5效能：表示换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比 6对流换热是怎样的过程，热量如何传递的？对流：指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。对流仅能发生在流体中，而且必然伴随有导热现象。对流两大类：自然对流与强制对流。 影响换热系数因素：流体的物性，换热表面的形状与布置，流速 7何谓膜状凝结过程，不凝结气体是如何影响凝结换热过程的？ 蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，如果凝结液体能很好的润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式称为膜状凝结。 不凝结气体对凝结换热过程的影响：在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大。蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层。因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。 8试以导热系数为定值，原来处于室温的无限大平壁因其一表面温度突然升高为某一定值而发生非稳态导热过程为例，说明过程中平壁内
部温度变化的情况，着重指出几个典型阶段。 首先是平壁中紧挨高温表面部分的温度很快上升，而其余部分则仍保持原来的温度，随着时间的推移，温度上升所波及的范围不断扩大，经历了一段时间后，平壁的其他部分的温度也缓慢上升。 主要分为两个阶段：非正规状况阶段和正规状况阶段 9灰体有什么主要特征？灰体的吸收率与哪些因素有关？ 灰体的主要特征是光谱吸收比与波长无关。灰体的吸收率恒等于同温度下的发射率，影响因素有：物体种类、表面温度和表面状况。 10气体与一般固体比较其辐射特性有什么主要差别？ 气体辐射的主要特点是：（1）气体辐射对波长有选择性（2）气体辐射和吸收是在整个容积中进行的 11说明平均传热温压得意义，在纯逆流或顺流时计算方法上有什么差别？ 平均传热温压就是在利用传热传热方程式来计算整个传热面上的热流量时，需要用到的整个传热面积上的平均温差。 纯顺流和纯逆流时都可按对数平均温差计算式计算，只是取值有所不同。 12边界层，边界层理论 边界层理论：（1）流场可划分为主流区和边界层区。只有在边界层区考虑粘性对流动的影响，在主流区可视作理想流体流动。（2）边界层厚度远小于壁面尺寸（3）边界层内流动状态分为层流与湍流，湍流边界层内紧靠壁面处仍有层流底层。
传热学基础试题 一、选择题1．对于燃气加热炉：高温烟气→内炉壁→外炉壁→空气的传热过 程次序为A.复合换热、导热、对流换热 B.对流换热、复合换热、导热 C. 导热、对流换热、复合换热 D.复合换热、对流换热、导热2．温度对辐射 换热的影响（）对对流换热的影响。大于 D.可能大于、小于 C. 小于 A.等于 B.2℃的壁面，2777）、温度为3．对流换热系数为1000W/（m℃ 的水流经·K）其对流换热的热流密度为（ 24 42×1010W/mW/m ×2424 W/m W/m ××1010),r
传热学考研知识点总结 对流换热是怎样的过程,热量如何传递的?如下是小编整理的传 热学考研知识点总结，希望对你有所帮助。 传热学考研知识点总结§1-1 “三个W” §1-2 热量传递的三种基本方式§1-3 传热过程和传热系数 要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析。作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。本 章重点： 1.传热学研究的基本问题物体内部温度分布的计算方法热量 的传递速率增强或削弱热传递速率的方法 2.热量传递的三种基本方 式 (1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。傅立叶导热公式： (2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。牛顿冷却公式： (3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。黑体热辐射公式：实际物体热辐射：
传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。最简单的传热过程由三个环节串联组成。 传热学研究的基础 傅立叶定律 能量守恒定律+ 牛顿冷却公式 + 质量动量守恒定律四次方定律本章难点 1.对三种传热形式关系的理解各种方式热量传递的机理不同，但却可以同时存在于一个传热现象中。 2.热阻概念的理解严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。 思考题： 1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。为什么？ 2.试分析室内暖气片的散热过程。 3.冬天住在新建的居民楼比住旧楼房感觉更冷。试用传热学观点解释原因。 4.从教材表1-1给出的几种h数值，你可以得到什么结论？ 5.夏天，有两个完全相同的液氮贮存容器放在一起，一个表面已结霜，另一个则没有。请问哪个容器的隔热性能更好，为什么? §2-1 导热的基本概念和定律§2-2 导热微分方程§2-3 一维稳态导热 §2-4伸展体的一维稳态导热
传热学基础知识 本文由淹死的鱼张冰贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 传热学基本知识 摘要：本节主要介绍导热，对流换热，辐射换热及稳定传热的基本概念，基本计算方法等内容。 2.1稳定传热的基本概念 2.1.1温度场 温度场：是某一时刻空间中各点温度分布的总称。一般来说，温度场是空间坐标和时间的函数，即 t = f (x, y, z,η ) 式 t ?温；中度 x, y, z ?空坐；间标 η?时。间上式表示物体内部在x，y，z三个方向和在时间上均发生变化的三维非稳态温度场。如果温度场不随时间变化，则上式变为：t = f (x, y, z) 该式所表达的内容是温度场内各点的温度不随时间变化，这样的温度场就是稳态温度场，它只是空间坐标函数。 此外，如果温度场内温度的变化仅与两个或一个坐标有关，则称为二维或一维稳态温度场。随时间变化为非稳态温度场，不随时间变化为稳态温度场。 2.1.2等温面于等温线 等温面：同一时刻在温度场中所有温度相同的点连接构成的面。等温
线：不同的等温面与同一平面相交所得到一簇曲线。同一时刻两个不同等温线不会彼此相交。在任意时刻，标绘出物体中所有等温面（线），即描绘了物体内部温度场。 2.1.3温度梯度 事实证明两个等温线之间的变化以垂直于法线方向上温度的变化率最大，这一温度最大变化率称为温度梯度。用grad t来表示。即： ?t ?t =n ?n→0 ?n ?x 式 n ?法方上单向；中线向的位量?t 示发方温的向数?表沿现向度方倒。?n gradt = n lim gradt = i ?t ?t ?t + j +k ?x ?y ?z 温度梯度在直角坐标系中可表示为： 式 i, j和分是 , y和轴向单向。中 k 别 x z 方的位量温度梯度的负值，称为温度降度。 2.1.4导热定律 单位时间内通过单位给定界面的导热量，称为热流量，记作q，单位W/m2. 傅立叶定律（导热基本定律）： q = ?λgradt 上式表明，热流量是一个向量（热流向量），它与温度梯度位于等温面同一法线上，但是指向温度降低的方向，上式中的负号就表示热流量和温度梯度的方向相反，永远顺着温度降低的方向。适用于连续均匀和各向同性材料的稳态和非稳态导热过程。 2.1.5导热系数 导热系数的定义式：导热系数在数值上等于温度降低 1 / m 时单位时间每单位导热面积的导热量。℃ 2 单位是。导热系数是材料固有的
第五章 传热过程基础 1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m 2，厚度为0.02 m ，实验测得电流表读数为0.5 A ，伏特表读数为100 V ，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。 解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即 L t t S Q 21-=λ 式中 W 50W 1005.0=?==IV Q m 02.0C 50C 200m 02.0212=?=?==L t t S ，，， 将上述数据代入，可得 ()()()()C m W 333.0C m W 5020002.002.05021??=??-??=-=t t S QL λ 2．某平壁燃烧炉由一层400 mm 厚的耐火砖和一层200 mm 厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t λ=+，绝缘砖的导热系数为 20.30.0003t λ=+，W /(m C)??。两式中的t 可分别取为各层材料的平均温度。 解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q Q Q ==21 （5-32） 或 2 3221211b t t S b t t S Q -=-=λλ （5-32a ） 式中 115000.80.00060.80.0006 1.250.00032 t t t λ+=+=+?=+ 21000.30.00030.30.00030.3150.000152 t t t λ+=+=+?=+ 代入λ1、λ2得 2 .0100)00015.0315.0(4.01500)0003.025.1(-+=-+t t t t 解之得 C 9772?==t t ())()C m W 543.1C m W 9770003.025.10003.025.11??=???+=+=t λ 则 ()22111m W 2017m W 4 .0977*******.1=-?=-=b t t S Q λ 3．外径为159 mm 的钢管，其外依次包扎A 、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 mm ，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B 层保温材料的厚度为100 mm ，导热系数为1.0 W /(m·℃)，
第一章 §1-1 “三个W” §1-2 热量传递的三种基本方式 §1-3 传热过程和传热系数 要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析（有哪些热量传递方式和环节）。作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。 本章重点： 1.传热学研究的基本问题 物体内部温度分布的计算方法 热量的传递速率 增强或削弱热传递速率的方法 2.热量传递的三种基本方式 (1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。 傅立叶导热公式： (2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。 牛顿冷却公式： (3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。 黑体热辐射公式： 实际物体热辐射： 3.传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。 最简单的传热过程由三个环节串联组成。 4.传热学研究的基础 傅立叶定律 能量守恒定律+ 牛顿冷却公式+ 质量动量守恒定律 四次方定律 本章难点 1.对三种传热形式关系的理解 各种方式热量传递的机理不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。2.热阻概念的理解 严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。 思考题： 1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。为什么？
常用的相似准则数：①努谢尔特：Nu=aL/λ分子是实际壁面处的温度变化率，分母是原为l的流体层导热机理引起的温度变化率反应实际传热量与导热分子扩散热量传递的比较。Nu大小表明对流换热强度。②雷诺准则Re=WL/V Re大小反映了流体惯性力和粘性力相对大小。Re是判断流态的。③格拉小夫准则Gr=gβ△tL3/V2 Gr的大小表明浮升力和粘性力的的相对大小，Gr表明自然流动状态兑换热的影响。 ④普朗特准则： Pr=V/a Pr表明动量扩散率与热量扩散率的相对大小。 辐射换热时的角系数：①相对性②完整性③可加性 热交换器通常分为三类：间壁式、混合式和回热式，按传热表面的结构形式分为管式和板式间壁式热交换器按两种流体相互间的流动方向热交换器分为分为顺流，逆流，交叉流。 导温系数α也称为热扩散系数或热扩散率，它象征着物体在被加热或冷却是其内部各点温度趋于均匀一致的能力。Α大的物体被加热时，各处温度能较快的趋于一致。传热学考研总结 1傅里叶定律：单位时间内通过单位截面积所传递的热量，正比例于当地垂直于截面方向上的温度变化率 2集总参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法 3临界热通量：又称为临界热流密度，是大容器饱和沸腾中的热流密度的峰值 4效能：表示换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比 5对流换热是怎样的过程，热量如何传递的？ 对流换热：指流体各部分之间发生宏观运动产生的热量传递与流体内部分子导热引起的热量传递联合作用的结果。对流仅能发生在流体中，而且必然伴随有导热现象。 对流两大类：自然对流（不依靠泵或风机等外力作用，由于流体内部密度差引起的流动）与强制对流（依靠泵或风机等外力作用引起的流体宏观流动）。 影响换热系数因素：流体的物性，换热表面的形状与布置，流速，流动起因（自然、强制），流动状态（层流、湍流），有无相变。 6何谓凝结换热和沸腾换热，影响凝结换热和沸腾换热的因素？ 蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热传递给壁面的过程称为凝结过程。 如果凝结液体能很好的润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式称为膜状凝结。 如果凝结液体不能很好地润湿壁面，在壁面上形成一个个小液珠，这种凝结方式称为珠状凝结。 液体在固液界面上形成气泡引起热量由固体传递给液体的过程称为沸腾换热。 按沸腾液体是否做整体流动可分为大容器沸腾（池沸腾）和管内沸腾；按液体主体温度是否达到饱和温度可分为饱和沸腾和过冷沸腾。 不凝结气体对凝结换热过程的影响：在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大；蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层，因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。 影响凝结换热的因素：不凝结气体、蒸汽流速、管内冷凝、蒸汽过热度、液膜过冷度及温度分布非线性。 影响沸腾换热的因素：不凝结气体（使沸腾换热强化）、过冷度、重力加速度、液位高度、管内沸腾。 7强化凝结换热和沸腾换热的原则？ 强化凝结换热的原则：减薄或消除液膜，及时排除冷凝液体。 强化沸腾换热的原则：增加汽化核心，提高壁面过热度。 8试以导热系数为定值，原来处于室温的无限大平壁因其一表面温度突然升高为某一定值而发生非稳态导热过程为例，说明过程中平壁内部温度变化的情况，着重指出几个典型阶段。 首先是平壁中紧挨高温表面部分的温度很快上升，而其余部分则仍保持原来的温度，随着时间的推移，温度上升所波及的范围不断扩大，经历了一段时间后，平壁的其他部分的温度也缓慢上升。 主要分为两个阶段：非正规状况阶段和正规状况阶段 9灰体有什么主要特征？灰体的吸收率与哪些因素有关？
绪论 §1-1 “三个W” §1-2 热量传递的三种基本方式 §1-3 传热过程和传热系数 要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析（有哪些热量传递方式和环节）。作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。 本章重点： 1.传热学研究的基本问题 物体内部温度分布的计算方法 热量的传递速率 增强或削弱热传递速率的方法 2.热量传递的三种基本方式 (1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。 傅立叶导热公式： (2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。 牛顿冷却公式： (3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。 黑体热辐射公式： 实际物体热辐射： 3.传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。 最简单的传热过程由三个环节串联组成。 4.传热学研究的基础 傅立叶定律 能量守恒定律+ 牛顿冷却公式 + 质量动量守恒定律 四次方定律 本章难点 1.对三种传热形式关系的理解 各种方式热量传递的机理不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。 2.热阻概念的理解 严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。思考题： 1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。为什么？ 2.试分析室内暖气片的散热过程。 3.冬天住在新建的居民楼比住旧楼房感觉更冷。试用传热学观点解释原因。 4.从教材表1-1给出的几种h数值，你可以得到什么结论？
05第五章传热过程基 础
第五章 传热过程基础 1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m 2，厚度为0.02 m ，实验测得电流表读数为0.5 A ，伏特表读数为100 V ，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。 解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即 L t t S Q 21-=λ 式中 W 50W 1005.0=?==IV Q m 02.0C 50C 200m 02.0212=?=?==L t t S ，，， 将上述数据代入，可得 ()()()()C m W 333.0C m W 5020002.002.05021??=??-??=-=t t S QL λ 2．某平壁燃烧炉由一层400 mm 厚的耐火砖和一层200 mm 厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t λ=+，绝缘砖的导热系数为20.30.0003t λ=+，W /(m C)??。两式中的t 可分别取为各层材料的平均温度。 解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q Q Q ==21 （5-32） 或 2 3221211b t t S b t t S Q -=-=λλ （5-32a ）
式中 115000.80.00060.80.0006 1.250.00032 t t t λ+=+=+?=+ 21000.30.00030.30.00030.3150.000152 t t t λ+=+=+?=+ 代入λ1、λ2得 2 .0100)00015.0315.0(4.01500)0003.025.1(-+=-+t t t t 解之得 C 9772?==t t ())()C m W 543.1C m W 9770003.025.10003.025.11??=???+=+=t λ 则 ()22111m W 2017m W 4 .0977*******.1=-?=-=b t t S Q λ 3．外径为159 mm 的钢管，其外依次包扎A 、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 mm ，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B 层保温材料的厚度为100 mm ，导热系数为1.0 W /(m·℃)，设A 的内层温度和B 的外层温度分别为170 ℃和 40 ℃，试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？ 解： ()()m W 150m W 100159100502159ln 0.11159502159ln 1.014017014.32ln 21ln 212 3 21212 1=++?++?+-??=+-=r r r r t t L Q πλπλ A 、 B 两层互换位置后，热损失为 ()()m W 5.131m W 100159100502159ln 1.01159502159ln 0.114017014.32ln 21ln 212 3 21212 1=++?++?+-??=+-=r r r r t t L Q πλπλ
传热学主要知识点 1. 热量传递的三种基本方式。 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。 2．导热的特点。 a 必须有温差； b 物体直接接触； c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量； d 在引力场下单纯的导热一般只发生在密实的固体中。 3.对流（热对流）(Convection)的概念。 流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。 4对流换热的特点。 当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点： a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层 5.牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。 6. 热辐射的特点。 [] W )(∞-=t t hA Φw [] 2m W )( f w t t h A Φq -==
a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射； b 可以在真空中传播； c 伴随能量形式的转变； d 具有强烈的方向性； e 辐射能与温度和波长均有关； f 发射辐射取决于温度的4次方。7.导热系数, 表面传热系数和传热系数之间的区别。导热系数：表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。 表面传热系数：当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等。传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。 常温下部分物质导热系数：银：427；纯铜：398；纯铝：236；普通钢：30-50；水：0.599；空气：0.0259；保温材料：<0.14；水垢：1-3；烟垢：0.1-0.3。 8.实际热量传递过程：常常表现为三种基本方式的相互串联/并联作用。
传热学基础知识 余热发电专业理论知识培训教材 传热学基础知识介绍 由于温度的不同而引起的两物体间或一个物体各部分 之间热量传递的过程，称为热交换。热量传递的基本方式由 三种:导热、对流、热辐射。 一、导热 导热是指直接接触的物体各部分之间的热交换过程。影响导热的因素: 1) 接触壁面面积; 2) 热流密度:单位时间内通过单位面积的热量。 热流密度与导热系数、壁厚、壁间温差有关。其中 导热系数起决定性作用，它是由材料的种类和工作 温度决定的。 一般金属的导热系数随温度的升高而降低。而耐火 材料和保温材料的导热系数则随温度的升高而升 高。 当锅炉的受热面上敷上一层灰或内壁附上一层水 垢后，它的导热系数会马上下降。因为积灰和水垢 的导热系数分别为钢的1/400和1/80。这一方面降 低了热流密度，另一方面也可能造成局部过热，缩 短管子寿命，引起管子破裂。 二、对流换热 流体流过壁面同壁面间产生的热量交换称为对流换
热。 影响对流换热的因素有: 1) 换热面面积; 2) 对流换热系数; 3) 壁面温度与流体温度之差。 其中，流速对对流换热系数影响最大，流速越高，对 流换热系数越大。但流速也不能过高，因为流体阻力 与流速的平方成正比。 三、热辐射 以电磁波的方式进行的物体之间的热交换称为辐射换 热。 影响辐射换热的因素有: 1) 辐射温度; 2) 辐射常数; 3) 辐射表面积。 以上分别讨论了导热、对流、热辐射三种基本的换热方式。在实际过程中，这些换热方式往往不是单独出现的。比如，省煤器和凝汽器的换热过程如下: 对流、辐射导热对流省煤器:废气——?管外壁——?管内壁——?水; 对流导热对流凝器器:乏汽——?管外壁——?管内壁——?水。 上述传热过程都是在理想状态下进行的，在锅炉的实际运行中，由于受热面外壁会出现积灰，内壁会出现结垢，氧化，这些都影响了换热效果。所以，日常运行中，一定要进行水的软化处理来防止上述情况的发生，从而保证锅炉安全、经济的运行。
传热学基础试题 一、选择题 1．对于燃气加热炉：高温烟气→内炉壁→外炉壁→空气的传热过程次序为 A.复合换热、导热、对流换热 B.对流换热、复合换热、导热 C.导热、对流换热、复合换热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（ ）对对流换热的影响。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m 2·K ）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（ ） A.8×104W/m 2 B.6×104 W/m 2 C.7×104 W/m 2 D.5×104 W/m 2 4．在无内热源、物性为常数且温度只沿径向变化的一维圆筒壁(t 1 >t 2,r 1
A. 换热系数较大一侧 B. 热流体一侧 C. 换热系数较小一侧 D. 冷流体一侧 9. 某热力管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，为了达到较好的保温效果，应将( )材料放在内层。 A. 导热系数较大的材料 B. 导热系数较小的材料 C. 任选一种均可 D. 不能确定 10．下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) A.增加流体流速 B.管内加插入物增加流体扰动 C. 设置肋片 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 11.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( ) A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 12.准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( )的变化规律。 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 13.判断管内紊流强制对流是否需要进行入口效应修正的依据是( ) A.l/d≥70 B.Re≥104 C.l/d<50 D.l/d<104 14.下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) A.增加流体流度 B.设置肋片 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 15.冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小 16.将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( ) A.减少导热 B.减小对流换热 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 17.下列参数中属于物性参数的是( ) A.传热系数 B.导热系数 C.换热系数 D.角系数 18.已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进 出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( ) A.100°C B.124°C C.150°C D.225°C 19.有一个由四个平面组成的四边形长通道，其内表面分别以1、2、3、4表示，已知 角系数X1，2=0.4,X1，4=0.25，则X1，3为( ) A.0.5 B.0.65 C.0.15 D.0.35 20.一金属块的表面黑度为0.4，温度为227°C，它的辐射力是( )；若表面氧化
第三节传热基本方程及传热计算 可知，要强化传热过程主要应着眼于增加推动力和减少热阻， 也就是设法增大 t m 或者 增大传热面积A 和传热系数K 。 在生产上，无论是选用或设计一个新的换热器还是对已有的换热器进行查定，都是建 立在上述基本方程的基础上的， 传热计算则主要解决基本方程中的 Q ，A,K, tm 及有关量的 计算。传热基本方程是传热章中最主要的方程式。 、传热速率Q 的计算 冷、热流体进行热交换时，当热损失忽略，则根据能量守恒原理，热流体放出热 量Qh ，必等于冷流体所吸收的热量 Qc ，即Qn Qc ，称之热量衡算式。 i.i. 无相变化时热负荷的计算 (1) ( 1)比热法 Q m h c ph T 1 T 2 m c C pc t 2 11 式中 Q ――热负荷或传热速率， J .S 1或W ； mh ， mc ――热、冷流体的质量流量， kg.s -1; Cpc,Cph ――冷、热流体的定压比热，取进出口流体温度的算术平均值下的比热， k J . (kg.k ) -1; T 1 ，T 2——热流体进、出口温度，K(° C ); t 1 ，t 2 —冷流体的进出口温度，K(° C )。 (2) 热焓法 Q m(l 1 I 2) (4 — 13) 式中 丨 1 ――物料始态的焓，k J .kg -1； I 2 ――物料终态的焓，k J .kg -1。 2 ?有相变化时热负荷计算 Q Gr (4—14) 式中 G ――发生相变化流体的质量流量， kg.s -1; r ---- 液体汽化(或蒸汽冷凝)潜热， k J .kg -1。 注意：在热负荷计算时，必须分清有相变化还是无相变化， 然后根据不同算式进行计算。 对蒸汽的冷凝、冷却过程的热负荷，要予以分别计算而后相加。 当要考虑热损失时，则有： 从传热基本方程 或 Q kA t m t Q m 1 kA 传热推动力 传热热阻 (4-11) (4-lla) (4-12)
Φ-=B A c t t R 1211k R h h δλ=++传热学与工程热力学的关系： a 工程热力学研究平衡态下热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律， 传热学研究过程和非平衡态热量传递规律。 b 热力不考虑热量传递过程的时间，而传热学时间是重要参数。 c 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础。 传热学研究内容 传热学是研究温差引起的热量传递规律的学科，研究热量传递的机理、规律、计算和测试方法。 热传导 a 必须有温差 b 直接接触 c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量，不发生宏观的相对位移 d 没有能量形式的转化 热对流 a 必须有流体的宏观运动，必须有温差； b 对流换热既有对流，也有导热； c 流体与壁面必须直接接触； d 没有热量形式之间的转化。 热辐射： a 不需要物体直接接触，且在真空中辐射能的传递最有效。 b 在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。 c ．只要温度大于零就有．．．．．．．．．能量．．辐射。．．． d ．物体的．．．辐射能力与其温度性质．．．．．．．．．．有关。．．． 传热热阻与欧姆定律 在一个串联的热量传递的过程中，如果通过各个环节的热流量相同，则各串联环节的的总热阻等于各串联环节热阻之和（I 总=I1+I2，则R 总=R1+R2） 第二章 温度场：描述了各个时刻．．．．物体内所有各点．．．．的温度分布。 稳态温度场：：稳态工作条件下的温度场，此时物体中个点的温度不随时间而变 非稳态温度场：工作条件变动的温度场，温度分布随时间而变。 等温面：温度场中同一瞬间相同各点连成的面 等温线：在任何一个二维的截面上等温面表现为 肋效率：肋片的实际散热量ф与假设整个肋表面．．．处于肋基温度．．．．时的理想散热量ф0 之比 接触热阻 Rc :壁与壁之间真正完全接触，增加了附加的传递阻力 三类边界条件 第一类：规定了边界上的温度值 第二类：规定了边界上的热流密度值 第三类：规定了边界上物体与周围流体间的表面．．传热系数．．．．h 及周围．．流体的温度．．．．． 。 导热微分方程所依据的基本定理 傅里叶定律和能量守恒定律 傅里叶定律及导热微分方程的适用范围 适用于：热流密度不是很高，过程作用时间足够长，过程发生的空间尺度范围足够大 不适用的：a 当导热物体温度接近0k 时b 当过程作用时间极短时c 当过成发生的空间尺度极小，与微观粒子的平均自由程相接近时
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α2 B．接近α2，提高α1 C．接近α1，提高α1 D．接近α2，提高α2 【答案】C 2．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α ②水的流速为1.5m/s时的α ③蒸汽滴状冷凝时的α ④水沸腾时的α A．③＞④＞①＞② B．④＞③＞②＞① C．③＞④＞②＞① D．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】D 4．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】B 5．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Nu B．普朗特准数Pr C．雷诺准数Re D．格拉斯霍夫准数Gr
【答案】C 6．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】D 7．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。和可见光一样，当来自外界的辐射能投射到固体表面上时，会发生吸收、反射和穿透现象。 8．蒸汽-空气间壁换热过程为强化传热，下列方案中的（）在工程上是可行的。 A．提高空气流速 B．蒸汽侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液
第一章绪论 §1-1 “三个W” §1-2 热量传递的三种基本方式 §1-3 传热过程和传热系数 要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析（有哪些热量传递方式和环节）。作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。 本章重点： 1.传热学研究的基本问题 物体内部温度分布的计算方法 热量的传递速率 增强或削弱热传递速率的方法 2.热量传递的三种基本方式 (1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。 傅立叶导热公式： (2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。 牛顿冷却公式： (3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。 黑体热辐射公式： 实际物体热辐射： 3.传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。 最简单的传热过程由三个环节串联组成。 4.传热学研究的基础 傅立叶定律 能量守恒定律+ 牛顿冷却公式 + 质量动量守恒定律 四次方定律 本章难点 1.对三种传热形式关系的理解 各种方式热量传递的机理不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。 2.热阻概念的理解 严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。 思考题： 1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。为什么？ 2.试分析室内暖气片的散热过程。 3.冬天住在新建的居民楼比住旧楼房感觉更冷。试用传热学观点解释原因。 4.从教材表1-1给出的几种h数值，你可以得到什么结论？ 5.夏天，有两个完全相同的液氮贮存容器放在一起，一个表面已结霜，另一个则没有。请问哪个容器的隔热性能更好，为什么? 第二章导热基本定律及稳态导热 §2-1 导热的基本概念和定律 §2-2 导热微分方程 §2-3 一维稳态导热 §2-4伸展体的一维稳态导热 要求：本章应着重掌握Fourier定律及其应用，影响导热系数的因素及导热问题的数学描写——导热微分方程及定解条件。在此基础上，能对几种典型几何形状物体的一维稳态导热问题用分析方法确定物体内的温度分布和通过物体的导热量。 本章重点： 1.基本概念 温度场t=f(x,y,z,τ)，稳态与非稳态，一维与二维 导热系数λ ２.导热基本定律： 可以认为是由傅立叶导热公式引深而得到，并具有更广泛的适应性。