第三章 热量传递的基本原理

导热理论-热传导原理

图4-3 温度梯度与傅里叶定律 第二节 热传导 热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，简而言之，非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的；金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；在流体特别是气体中，热传导则是由于分子不规则的热运动引起的。 4-2-1 傅里叶定律 一、温度场和等温面 任一瞬间物体或系统内各点温度分布的空间，称为温度场。在同一瞬间，具有相同温度的各点组成的面称为等温面。因为空间内任一点不可能同时具有一个以上的不同温度，所以温度不同的等温面不能相交。 二、温度梯度 从任一点开始，沿等温面移动，如图4-3所示，因为在等温面上无温度变化，所以无热量传递；而沿和等温面相交的任何方向移动，都有温度变化，在与等温面垂直的方向上温度变化率最大。将相邻两等温面之间的温度差△t 与两等温面之间的垂直距离△n 之比的极限称为温度梯度，其数学定义式为： n t n t gradt ??=??=lim (4-1) 温度梯度n t ??为向量，它的正方向指向温度增加的方向，如图4-3所示。 对稳定的一维温度场，温度梯度可表示为： x t g r a d t d d = （4-2） 三、傅里叶定律 导热的机理相当复杂，但其宏观规律可用傅里叶定律来描述，其数学表达式为： n t S Q ??∝d d 或 n t S Q ??-=d d λ （4-3） 式中 n t ??——温度梯度，是向量，其方向指向温度增加方向，℃/m ； Q ——导热速率，W ； S ——等温面的面积，m 2； λ——比例系数，称为导热系数，W/（m ·℃）。 式4-3中的负号表示热流方向总是和温度梯度的方 向相反，如图4-3所示。 傅里叶定律表明：在热传导时，其传热速率与温度梯 度及传热面积成正比。 必须注意，λ作为导热系数是表示材料导热性能的一 个参数，λ越大，表明该材料导热越快。和粘度μ一样，

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图4-3 温度梯度与傅里叶定律 第二节热传导 热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂， 简而言之，非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时 传递振动能实现的；金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；在流体特别是气体 中，热传导则是由于分子不规则的热运动引起的。 4-2-1 傅里叶定律 一、温度场和等温面 任一瞬间物体或系统内各点温度分布的空间，称为温度场。在同一瞬间，具有相同温度 的各点组成的面称为等温面。因为空间内任一点不可能同时具有一个以上的不同温度， 所以 温度不同的等温面不能相交。 二、温度梯度 从任一点开始，沿等温面移动，如图4-3所示，因为在等温面上无温度变化，所以无热 量传递；而沿和等温面相交的任何方向移动，都有温度变化，在与等温面垂直的方向上温度 变化率最大。将相邻两等温面之间的温度差△t 与两等温面之间的垂直距离△n 之比的极限 称为温度梯度，其数学定义式为： n t n t gradt lim (4-1) 温度梯度 n t 为向量，它的正方向指向温度增加的方向，如图 4-3所示。 对稳定的一维温度场，温度梯度可表示为： x t g r a d t d d （4-2） 三、傅里叶定律 导热的机理相当复杂，但其宏观规律可用傅里叶定律来描述，其数学表达式为： n t S Q d d 或n t S Q d d （4-3） 式中 n t ——温度梯度，是向量，其方向指向温度增加方向，℃ /m ； Q ——导热速率， W ； S ——等温面的面积， m 2 ； λ——比例系数，称为导热系数，W/（m ·℃）。式4-3中的负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反，如图 4-3所示。 傅里叶定律表明：在热传导时，其传热速率与温度梯度及传热面积成正比。 必须注意，λ作为导热系数是表示材料导热性能的一个参数，λ越大，表明该材料导热越快。和粘度 μ一样，

热传导原理

第一节 热传导 一、傅立叶定律 如图4—1所示，热能总是朝温度低的方向传导，而导热速率dQ 则和温度梯度 n t ??以及垂直热流方向的截面dA 成正比： dQ=-dA n t ??λ (4—1) 式中负号表示dQ 与 n t ??的方向相反，比例系数λ称为导热系数。根据傅立 叶定律（4—1）可以导出各种情况下的热传导计算公式。 图4—1 温度梯度与 图4—2单层平壁的 热流方向的关系 稳定热传导 二、导热系数 导热系数的定义式为：

n t dA dQ ??= λ （4—2） 导热系数在数值上等于单位导热面积、单位温度梯度下在单位时间内传导的热量，这也是导热系数的物理意义。导热系数是反映物质导热能力大小的参数，是物质的物理性质之一。 导热系数一般用实验方法进行测定。通常金属导热系数最大，非金属固体的导热系数较小，液体更小，而气体的导热系数最小。因而，工业上所用的保温材料，就是因为其空隙中有气体，所以其导热系数小，适用与保温隔热。 三、平壁的稳定热传导 （一） （一）单层平壁 如图4—2所示，平壁内的温度只沿垂直于壁面的x 方向变化，因此等温面都是垂直于x 轴的平面。根据傅立叶定律可由下式求算： 导热热阻导热推动力 =?=-= -= R t A b t t t t b A Q λλ2121)( (4—3) 利用上式可解决热传导量（或热损失）Q ；保温材料厚度b ； 外侧温度t 2；结合热量衡算式可进行材料导热系数λ的测定。 设壁厚x 处的温度为t ，则可得平壁内的温度分布关系式（4—4），表示平壁距离和等温面t 两者的关系为直线关系。 A Qx t t λ- =1 (4—4) (二) 多层平壁 在稳定导热情况下，通过各层平壁的热速率必定相等，即 Q 1= Q 2=Q Q n == 。则通过具有n 层的平壁，其热传导量的计算式为： R t A b t t Q i i n i n ∑?∑=-= ∑=+导热总热阻导热总推动力λ111

第二章建筑传热的基本原理

第二章 建筑传热地基本原理 2.1 传热方式 传热是指物体内部或者物体与物体之间热能转移地现象.凡是一个物体地各个部分或都物体与物体之间存在着温度差,就必然有热能地仁慈转移现象发生.建筑物内外热流地传递状况是随发热体(热源)地种类.受热体（房屋）部位.及其媒介（介质）围护结构地不同情况而变化地.热流地传递称为传热.根据传热机理地不同,传热地基本方式分为导热.对流和辐射3种. 1.导热 （1）导热地机理 导热是指物体内部地热量由一高温物体直接向另一低温物体转移地现象.这种传热现象是两直接接触地物体质点地热运动所引起地热能传递.一般来说,密实地重质材料,导热性能好,而保温性能差；反之,疏散地轻质材料,导热性能差,而保温性能好.材料地导热性能以热导率表示. 热导率是指在稳定传热条件下,1m 厚地材料,两侧表面地温差为l 开(K)或1摄氏度(℃),在1h 内；通过1㎡面积传递地热量,单位为瓦／(米·开)[W/（m·K ）],或[瓦／(米·℃)W ／(m·℃) ].热导率与材料地组成结构.密度.含水率.温度等因素有关.通常把热导率较低地材料称为保温材料,把热导率在0.05W ／(m·K)以下地材料称为高效保温材料. 普通混凝土地热导率为1．75W ／(m·K),粘土砖砌体为0．81W ／(m·K),玻璃棉.岩棉和聚苯乙烯地为0.04～0.05W/（m·K ）. 1）杆地导热 若一根密实固体地棒,除两端外周围用理想地绝缘材料包裹,其两 端地温度分别为1T 和2T ,如图2-1所示.如1T 大于2T ,则有热量Q 通过 截面F 以导热方式由1T 端向2T 端传递. 依据实验可知： Q = F l T T 21-λ （2-1） 式中 Q ——棒地导热量(W)； F ——-棒地截面积(㎡)； 1T ,2T ——分别为棒两端地温度(K)； l ——棒长(m)； λ——导热系数(W ／(m·K)). 由上式可知,棒在单位时间内地传热量Q 与两端温度差(21T T -).截面面积F 及棒体材料地导热系数 λ 成正比,而与传热距离即棒长 l 成反比. 2）壁地导热 图2-2 平壁地 导热 图2-1 棒地导热

导热理论-热传导原理

图4-3 温度梯度与傅里叶定律 第二节 热传导 热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，简而言之，非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的；金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；在流体特别是气体中，热传导则是由于分子不规则的热运动引起的。 4-2-1 傅里叶定律 一、温度场和等温面 任一瞬间物体或系统内各点温度分布的空间，称为温度场。在同一瞬间，具有相同温度的各点组成的面称为等温面。因为空间内任一点不可能同时具有一个以上的不同温度，所以温度不同的等温面不能相交。 二、温度梯度 从任一点开始，沿等温面移动，如图4-3所示，因为在等温面上无温度变化，所以无热量传递；而沿和等温面相交的任何方向移动，都有温度变化，在与等温面垂直的方向上温度变化率最大。将相邻两等温面之间的温度差△t 与两等温面之间的垂直距离△n 之比的极限称为温度梯度，其数学定义式为： n t n t gradt ??=??=lim (4-1) 温度梯度n t ??为向量，它的正方向指向温度增加的方向，如图4-3所示。 对稳定的一维温度场，温度梯度可表示为： x t gradt d d = （4-2） 三、傅里叶定律 导热的机理相当复杂，但其宏观规律可用傅里叶定律来描述，其数学表达式为： n t S Q ??∝d d 或 n t S Q ??-=d d λ （4-3） 式中 n t ??——温度梯度，是向量，其方向指向温度增加方向，℃/m ； Q ——导热速率，W ； S ——等温面的面积，m 2； λ——比例系数，称为导热系数，W/（m ·℃）。 式4-3中的负号表示热流方向总是和温度梯度的方 向相反，如图4-3所示。 傅里叶定律表明：在热传导时，其传热速率与温度梯 度及传热面积成正比。 必须注意，λ作为导热系数是表示材料导热性能的一 个参数，λ越大，表明该材料导热越快。和粘度μ一样，

第三节 传热学基本原理

第三节 传热学基本原理 食物制熟过程中的传热学，涉及热量传递的方法和承担传热任务的介质两个方面的知识。 一、经典的热量传递方式 只要有温度差存在的地方，就会有热量自发地从高温物体或区域传向低温物体或区域。烹调的传热方式有传导、对流和辐射三种。 ●温度差即温差----即食物有生到熟是食物吸收了一定的热量，而事物能吸收热量一定有种“推动力”，这种推动力就是温差。 ●热传递---由于温差的存在，热量才会从高到底地传递下去，这种传递过程就是热传递。 ●热阻---由于在热量传递中遇到阻力，这种阻力称热阻。I=UR ●热传递的方式--传导、对流和辐射 （一）热传导 热传导—指导热物体各部分没有相对位移，或不同物体直接接触时，因组成该物体的各物质的分子、原子和自由电子等微观粒子的额外运动而发生的热量传递现象。 从理论上讲，热传导可以在固体、液体和气体中进行，但是在地球引力场内，单纯的热传导只能在结构紧密的固体中进行。因在液体和气体中，只要有温度差存在，液体分子的移动和气体分子的扩散就不可避免，从而产生对流现象。也就是说，在液体中，热量的传递是以传导和对流两种方式同时进行。 Q=λA△t/δ （二）热对流 对流—在液体（包括液体和气体）的运动中，热量从高温区域移向低温区域的现象。 在烹调中，单纯在流体之间进行的的热交换即纯对流现象并不是主要的，通常都是温度高的固体把热量传递到与之接触的流体中去，这样就出现了对流和传导同时存在的热交换现象。 典型的现象如：电水壶烧开水，电热元件产热后，传递到水中，使一部分水分子受热温度升高而流向低温区，同时低温区的水分子又立刻补充到高温区继续受热，于是对流现象产生。 单纯的对流现象：将一壶开水到入冷水桶中，此时所产生的热传递方式是典型的对流过程。 Q=аA△t （三）热辐射 热辐射——是物质在高温状态（包括燃烧和其他激烈化学反应

传热基本原理及其影响因素

传热基本原理及其影响因素--相关 晨怡热管2007-1-7 23:42:28 相关知识： 1．热平衡方程和传热速率方程（见1） 2．传热过程的强化 在换热器的设计和生产操作中，采取的强化传热的途径，大多从以下三方面考虑。 1）提高传热系数K 从传热系数K的表达式可知，其总热阻由对流传热热阻、污垢热阻及管壁热阻组成。一般情况下管壁很薄，金属的导热系数又比较大，则管壁热阻对传热系数K的影响不大。因此，提高总传热系数K值的具体措施就是要减少管壁两侧的污垢热阻及提高对流传热系数。 a)防止结垢和及时清垢 增加流速可减弱垢层的形成；在冷却水中加入防止生垢的物以减少水垢；易结垢的流体安排在管方流动，以便于清洗；定期采用机械方法或化学方法清除换热器中的垢层。 b）提高对流传热系数 主要是提高流体的流动速度，增强流体湍动程度，减小传热边界层中滞流内层的厚度，从而减小对流传热热阻，提高对流传热系数。例如，增加列管换热器的管程数和壳程数，均可提高流速；板式换热器的板面制成凹凸不平的波纹，流体在螺旋板式换热器中受惯性离心

力的作用，均可增强流体的湍动程度；在管内装入扭曲带、螺旋线圈等插入物，亦可增强湍动，且有破坏传热边界层的作用。与此同时，应该考由于流速加大而引起流动阻力的增加。 2）增大传热面积S 增大传热面积应该从改变换热器结构入手，使单位体积内能提供较大的传热面积，即提高其紧凑性。如用螺纹管和翅片管代替光滑管；制造紧凑式换热器，如螺旋板换热器、板式换热器和板翅式换热器等都可使单位体积设备的传热面积增大。 3）提高平均温度差 a）两流体采用逆流流动 b）提高热流体温度或降低冷流体温度 在实际生产中，一般物料的温度由生产工艺条件决定，可改变温度的余地不大，因此，从加大平均温度差来强化传热效果是有局限性的。 3．保温层的厚度： 化工管路外常需要保温，以减少热量（或冷量）损失。由于金属管壁所引起的热阻与保温层的相比一般较小，可以忽略不计，因此管内、外壁温度可视为相同。在稳定传热过程中，保温层内的传热速率与保温层外空气与保温层外壁的传热速率相等。根据此条件可以计算出保温层的厚度。

传热基本原理及其影响因素

传热基本原理及其影响因素--过程 晨怡热管2007-1-7 23:45:17 解题过程 解： 1．加热水蒸气为2大气压时，查表得饱和温度为℃ ℃ ℃ ℃ K为基于管外表面积A总传热系数，

查得钢管导热系数 ∵，∴接近于K。 当油的流量增加一倍时，，式中、分别为增加后和增加前油的流速。 、分别为处理量增加后的总传热系数和膜传热系数。若油出口温度仍为80℃时：

当处理量增加一倍，而油的出口温度保持不变时，需45.95m2的换热面积，而一台换热器仅有40m2，所以换热面不够。 若换热面仍为40m2，求油的出口温度： ℃ 即用一台换热器，油出口温度达不到80℃，只能达到76.2℃。2．处理量增加一倍，仍要保持出口温度为80℃，可采取以下几种措施：1）增大传热面，即并联或串联一台换热器； 2）提高加热蒸汽压力，以提高传热推动力； 3）加添加物，增加扰动，提高管程对流传热膜系数，以降低管程热阻。 3．并联一台同样大小的换热器，流量增加一倍，传热面增加一倍，流速不变，传热系数K不变。故并联一台40m2的换热器正好够用。

若串联一台换热器，则由上述计算结果通过查换热器规格可知，串联一台6m2的换热器即可。 若串联一台同样大小的换热器，串联后传热面为，此时， 而 即： 解得：℃ 串联一台40m2换热器，油出口温度可达96.1℃，若油的出口温度只需80℃，则可降低蒸汽压力。 串联后功率的变化为：

即串联一台换热器消耗的功率为原来的16倍。 4．将水蒸气压力提高到0.3MPa，查表可知0.3MPa对应的饱和蒸汽温度为132.9℃， ℃ ℃ ，可用算术平均值， ℃ ∴当提高蒸汽压力后，使处理量增加一倍时，一台换热器是够用的。5．当处理量不变，油的粘度增加一倍时，

传热学基本原理

第三节传热学基本原理 食物制熟过程中的传热学，涉及热量传递的方法和承担传热任务的介质两个方面的知识。 一、经典的热量传递方式 只要有温度差存在的地方，就会有热量自发地从高温物体或区域传向低温物体或区域。烹调的传热方式有传导、对流和辐射三种。 ●温度差即温差----即食物有生到熟是食物吸收了一定的热量，而事物能吸收热量一定有种“推动力”，这种推动力就是温差。 ●热传递---由于温差的存在，热量才会从高到底地传递下去，这种传递过程就是热传递。 ●热阻---由于在热量传递中遇到阻力，这种阻力称热阻。I=UR ●热传递的方式--传导、对流和辐射 （一）热传导 热传导—指导热物体各部分没有相对位移，或不同物体直接接触时，因组成该物体的各物质的分子、原子和自由电子等微观粒子的额外运动而发生的热量传递现象。 从理论上讲，热传导可以在固体、液体和气体中进行，但是在地球引力场内，单纯的热传导只能在结构紧密的固体中进行。因在液体和气体中，只要有温度差存在，液体分子的移动和气体分子的扩散就不可避免，从而产生对流现象。也就是说，在液体中，热量的传递是以传导和对流两种方式同时进行。 Q=λA△t/δ

（二）热对流 对流—在液体（包括液体和气体）的运动中，热量从高温区域移向低温区域的现象。 在烹调中，单纯在流体之间进行的的热交换即纯对流现象并不是主要的，通常都是温度高的固体把热量传递到与之接触的流体中去，这样就出现了对流和传导同时存在的热交换现象。 典型的现象如：电水壶烧开水，电热元件产热后，传递到水中，使一部分水分子受热温度升高而流向低温区，同时低温区的水分子又立刻补充到高温区继续受热，于是对流现象产生。 单纯的对流现象：将一壶开水到入冷水桶中，此时所产生的热传递方式是典型的对流过程。 Q=аA△t （三）热辐射 热辐射——是物质在高温状态（包括燃烧和其他激烈化学反应和核反应）下以光子的形式（电磁波）发射能量的过程。 Q=σ?АТ?根据爱因斯坦质能关系式：E=mc2 E表示能量，m表示物质质量，c表示光速（30万km/s）。 在热传递中传导和对流所涉及到的物质，它们的运动速度远远低于光速，即使像自由电子这样的基本粒子，我们仍可以计算它的静止质量。可作为辐射方式的传能物质是静止质量等于零的一种叫做光子的物质，光子的运动速度等于光速，这便是一类叫做电磁波（俗称射线）的物质，它们一方面具有和质子、中子、电子等相似的微粒性质；

热传递的原理与基本方式

热传递的原理与基本方式 热传递的原理与基本方式 虽然我们常将热称为热能，但热从严格意义上来说并不能算是一种能量，而只是一种传递能量的方式。从微观来看，区域内分子受到外界能量冲击后，由能量高的区域分子传递至能量低的区域分子，因此在物理界普遍认为能量的传递就是热。当然热最重要的过程或者形式就是热的传递了。 学过中学物理的朋友都知道，热传递主要有三种方式： 传导 : 物质本身或当物质与物质接触时，能量的传递就被称为热传导，这是最普遍的一种热传递方式，由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量。相对而言，热传导方式局限于固体和液体，因为气体的分子构成并不是很紧密，它们之间能量的传递被称为热扩散。 热传导的基本公式为“Q=K×A×ΔT/ΔL”。其中Q代表为热量，也就是热传导所产生或传导的热量；K为材料的热传导系数，热传导系数类似比热，但是又与比热有一些差别，热传导系数与比热成反比，热传导系数越高，其比热的数值也就越低。举例说明，纯铜的热传导系数为396.4，而其比热则为0.39；公式中A代表传热的面积(或是两物体的接触面积)、ΔT代表两端的温度差；ΔL则是两端的距离。因此，从公式我们就可以发现，热量传递的大小同热传导系数、热传热面积成正比，同距离成反比。热传递系数越高、热传递面积越大，传输的距离越短，那么热传导的能量就越高，也就越容易带走热量。 对流 : 对流指的是流体(气体或液体)与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。 具体应用到实际来看，热对流又有两种不同的情况，即：自然对流和强制对

流。自然对流指的是流体运动，成因是温度差，温度高的流体密度较低，因此质量轻，相对就会向上运动。相反地，温度低的流体，密度高，因此向下运动，这种热传递是因为流体受热之后，或者说存在温度差之后，产生了热传递的动力；强制对流则是流体受外在的强制驱动（如风扇带动的空气流动）,驱动力向什么地方，流体就向什么地方运动，因此这种热对流更有效率和可指向性。 热对流的公式为“Q=H×A×ΔT”。公式中Q依旧代表热量，也就是热对流所带走的热量；H为热对流系数值，A则代表热对流的有效接触面积；ΔT代表固体表面与区域流体之间的温度差。因此热对流传递中，热量传递的数量同热对流系数、有效接触面积和温度差成正比关系；热对流系数越高、有效接触面积越大、温度差越高，所能带走的热量也就越多。 辐射 : 热辐射是一种可以在没有任何介质的情况下，不需要接触，就能够发生热交换的传递方式，也就是说，热辐射其实就是以波的形式达到热交换的目的。 既然热辐射是通过波来进行传递的，那么势必就会有波长、有频率。不通过介质传递就需要的物体的热吸收率来决定传递的效率了，这里就存在一个热辐射系数，其值介于0～1之间，是属于物体的表面特性，而刚体的热传导系数则是物体的材料特性。一般的热辐射的热传导公式为“Q =E×S×F×Δ(Ta－Tb)”。公式中Q代表热辐射所交换的能力，E是物体表面的热辐射系数。在实际中，当物质为金属且表面光洁的情况下，热辐射系数比较小，而把金属表面进行处理后（比如着色）其表面热辐射系数值就会提升。塑料或非金属类的热辐射系数值大部分都比较高。S是物体的表面积，F则是辐射热交换的角度和表面的函数关系，但这里这个函数比较难以解释。Δ(Ta－Tb)则是表面a的温度同表面b之间的温度差。因此热辐射系数、物体表面积的大小以及温度差之间都存在正比关系。 任何散热器也都会同时使用以上三种热传递方式，只是侧重有所不同。以CPU散热为例，热由CPU工作不断地散发出来，通过与其核心紧密接触的散热片底座以传导的方式传递到散热片，然后，到达散热片的热量，再通过其他方式如风扇吹动将热量送走。整个散热过程包括4个环节：第一是CPU，是热源产生者；第二是散热片，是热的传导体；第三是风扇，是增加热传导和指向热传导的媒介；第四就是空气，这是热交换的最终流向。 一般说来，依照从散热器带走热量的方式，可以将散热器分为主动式散热和被动