傳熱的三種基本方式

1、傳遞過程原理傳熱的三種基本方式趙世強 08 化工一班0803021039合肥學院化學與材料工程系合肥 230022摘要：傳熱是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞過程。 由于物體內(nèi)或系統(tǒng)內(nèi)的兩部分之間的溫度差而引起，凈的熱流方向總是由高溫處向低溫處流動。關(guān)鍵詞： 傳熱，溫度差，熱傳導，對流傳熱，輻射傳熱引言化學工業(yè)與傳熱的關(guān)系尤為密切，化工生產(chǎn)中的很多過程與單元操作都需要進行加熱獲冷卻， 而這些傳熱過程往往都是通過一定的換熱設備來實現(xiàn)的。 如何設計價格低廉、 運行經(jīng)濟的換熱設備以完成所要求的換熱任務， 是化學工程師經(jīng)常遇到的問題。 這就要求通曉熱量傳遞的基本原理， 又要求具有能夠定量計算傳遞

2、速率的能力。1 熱傳導熱量從物體內(nèi)部溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分或者傳遞到與之相接觸的、溫度較低的另一物體的過程稱為熱傳導，簡稱導熱。特點：物質(zhì)間沒有宏觀位移，只發(fā)生在靜止物質(zhì)內(nèi)的一種傳熱方式。1.1 傅立葉定律描述導熱現(xiàn)象的物理定律為傅里葉定律，其數(shù)學表達式為qdQktdSn式中Q 傳熱速率單位時間傳遞的熱量，J / s ；q 熱通量單位傳熱面積的傳熱速率， J /(m2 s) ，矢量，方向為傳熱面的法線方向 q dQ ；dSS 與導熱方向垂直的傳熱面積；負號表示 q與溫度梯度方向相反；k 導熱系數(shù) ,單位為 W /(m K ) 。物性之一：與物質(zhì)種類、熱力學狀態(tài)（T、 P）有關(guān)1傳遞

3、過程原理物理含義：代表單位溫度梯度下的熱通量大小，故物質(zhì)的k 越大，導熱性能越好。1.2 熱導率（導熱系數(shù)）定義式： kdQ dS單位溫度梯度的熱通量 , W /( m K)dt dnk 表征物質(zhì)導熱能力的大小，是物質(zhì)的物性之一。k 金屬非金屬固體液氣由實驗測定，一般k金屬k非金屬固體k液體k氣體1.2.1氣體的導熱系數(shù)a隨溫度的升高而增大；b氣體 k 很小，對導熱不利，但有利于保溫、絕熱；nki yi M i1 3ci 1混合物 kmnyi M i1 3i11.2.2液體的導熱系數(shù)k隨 升高而減小。液態(tài)金屬的 k比一般液體的要高大多數(shù)液態(tài)金屬的T在非金屬液體中，水的最大。除水和甘油外，絕大多

4、數(shù)液體的k 隨 T升高而略有減少 , k純液體溶液k溶液 。溶液的 k： km0.9ai ki或kmai ki固體的導熱系數(shù)純金屬： k 隨 T 升高而減小，隨純度升高而增大非金屬： k 隨升高而增大，隨 T 升高而增大對大多數(shù)勻質(zhì)的固體，k 值與溫度大致成線性關(guān)系，即kk0 (1t)2 熱對流（又稱對流）對流傳熱是指由于流體的宏觀運動， 流體各部分之間發(fā)生相對位移、 冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程。 流體中質(zhì)點發(fā)生相對位移而引起熱交換。 對流傳熱僅發(fā)生在流體中， 因此它與流體的流動狀態(tài)密切相關(guān)。 在對流傳熱時， 必然伴隨著流體質(zhì)點間的熱傳導。2傳遞過程原理流體中產(chǎn)生對流的原因：自然對流

5、（ natural convection）由于流體各部分溫度的不均勻分布，形成密度的差異，在浮升力的作用下，流體發(fā)生對流而傳熱強制對流（ forced convection） 用機械能（泵、風機、攪拌等）使流體發(fā)生對流而傳熱。流動的原因不同， 對流傳熱的規(guī)律也有所不同。 在同一種流體中， 有可能同時發(fā)生自然對流和強制對流。牛頓冷卻定律 對流傳熱基本方程式dQdSh t式中h 對流傳熱系數(shù) ，單位 W /( m2 K ) ；t 固體壁面與流體主體之間的溫度差。物理意義：表示當流體截面平均溫度與壁面溫度的值為 1時，單位時間通過單位傳熱面積的熱量。3. 熱輻射（又稱輻射）由于溫度差而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞過程稱為輻射傳熱，簡稱熱輻射。斯蒂芬（ Stefan）玻爾茲曼（ Boltzmann ）定律 描述熱輻射的基本定律：dQ0T 4dS式 中0 黑體的輻射系數(shù)，稱為斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)，其值為5.6710 8 W /(m2 K 4 ) ；T 黑體表面的絕對溫度；S 黑體的表面積。該式只適用于