保温杯内胆与瓶身中间处于真空，
无气体分子，不导热。
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4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
1.固体的导热系数
导热性能与导电性能密切相关，一般而言，良好的导电体必然是良好的导热体，
反之亦然。在所有固体中，金属的导热性能最好。 大多数金属的导热系数与金属温度和纯度有关，即
t ， λ
t 0
t 0
非稳态(非定常)传热：间歇生产过程，开、停车阶段。
Q , q, t f x , y , z
本章只讨论稳定传热
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4.1.3 传热过程 热载体及其选择
选择原则
①载热体的温度易调节控制；
②载热体的饱和蒸气压较低，加热时不易分解； ③载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备；
《化工原理》
第4章 传热
4.1 传热概述及热传导
新课导入
热传递3种方式
热 传 导
热 对 流
热 辐 射
热量传递可以依靠其中的一种方式或几种方式同时进行，净的热流方向总是 从高温处向低温处流动。
2
4.1.1 传热的三种基本方式
热传导
若物体各部分之间借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动 传递热量的过程为热传导(又称导热)。
物质种类
气体
液体
非导固体
金属
绝热材料
W/(m﹒oC) 0.006～0.6 0.07～0.7
0.2～3.0
15～420
﹤0.25
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4.2.1傅立叶定律（Fourier's Law）
从导热系数的角度分析一下，泡沫箱和保温杯的保温原理。
泡沫箱中存在大量微孔，填充
了大量空气，同时其自身为绝
缘的聚苯乙烯材质，二者导热 系数小，具有保温作用。
吸水--- λ增大，保温性能变差，所以，要防水。
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4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
大多数均质的材料，其导热系数与温度近似成直线关系，可用下式 表示 λ=λ0(1+at) λ—物质在温度为t℃时的导热系数，W/m· ℃； λ0—物质在0℃时的导热系数，W/m· ℃； a—温度系数，对大多数金属材料为负值， 而对大多数非金属为正值，1/℃。
蓄热体
壁面，用热流体将固体填充物加热，然后
停止热流体，使冷流体流过固体表面，用 固体填充物所积蓄的热量加热冷流体。
高温流体
适用范围：一般气体介质之间，使用不多。
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4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
间壁式换热
特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开，
在换热过程中，两种流体互不接触，热量
由热流体通过间壁传给冷流体。 优点：传热速度较快，适用范围广，热量 的综合利用和回收便利。 缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。 设备：套管式换热器、列管式换热器
Q (t1 t2 ) b A
因素及有关计算 2. 对流传热+辐射 例如：温度很高的他、反应釜的外壁 传导
对流 对流
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4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
直接接触式换热
接触方式
蓄热式换热 间壁式换热
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4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
直接接触式
特点：是依靠热流体和冷流体直接 接触和混合过程实现的。 优点：传热面积大，传热效率高， 设备简单

t+t
t
t-t Q
温度梯度是一个向量。
方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正
稳态一维温度梯度：
dt gradt dx
n
dA
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4.2 热传导
热力管道包裹的“外衣”的原则和机 理是什么？
保温箱和保温杯为什么能够保温呢？
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4.2 热传导
如何衡量传热速度的快慢呢？
传（导）热速率：是指在单位时间内通过传热面的热量，用Q 表示， 单位为W。 影响导热速率的因素有哪些呢？ 怎样才能提高导热速率呢？
d. 一般来说， λ溶液< λ纯液体。
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4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
3.气体的导热系数

与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对导热不利，有利于保温和绝热。工 业上所使用的保温材料（如玻璃棉等）就是因为其空隙中有大量静止的空气。 a. 通常，T↑，λ气↓ b.在通常的压力范围内,其导热系数随压力变化很小. 在压力大于200MPa时
热负荷Q
根据工艺要求，同种流体需要温升或温降时，吸收或放出的热量。
传热速率Q（热流量）
单位时间内通过传热面的热量， 表征换热器的生产能力，W。
热流密度（热通量）
单位时间单位面积传递的热量，W/m2，热通量是反映传热强度的指标，
又称为热流强度。
q
dQ dS
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4.1.3 传热过程
传递过程速率与过程的推动力成正比，与过程的阻力成反比。传热过程
条件：系统两部分之间存在温度差。 特点：静止物体的传热方式，没有物质的宏观位移。
物质的三态（固液气）均可以充当热传导的介质，但热传导的机理
因物质种类不同而异。
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4.1.1 传热的三种基本方式
金属固体：热传导起因于自由电子的扩散运动； 金属棒 T1 T2
T1＞T2
不良导体的固体和大部分液体 热传导是通过晶格结构的振动，即原子、分子在平衡位置附近的振动来实现的； 气体：热传导则是由于分子不规则热运动而引起的。
典型设备：如凉水塔、喷洒式冷却塔、
混合式冷凝器 适用范围：无价值的蒸气冷凝，或其冷 凝液不要求是纯粹的物料等，允许冷热
两流体直接接触混合的场合。
混合式冷凝器
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4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
蓄热式换热
特点：冷热两流体间的热量是通过壁面
低温流体
周期性的加热和冷却来实现的。
传热方式：首先热流体流过蓄热器中固体
不能在真空中进行
能在真空中进行
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4.1.1 传热的三种基本方式
联合传热
实际上，三种传热方式，很少单独存在，而是两种或两种以上的传热联合作用。 1. 热传导+热对流 → 对流传热
例如：化工生产中冷、热流体通过间壁式换热器的热交换 冷热流体的对流传热 通过固体壁面的热传导
热 壁面 冷
本章重点：对流传热的基本原理，应向对流传热的
热 流 体
间 壁
冷 流 体
对流
传导
对流
适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
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4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
套管换热器(最简单的一种)
热流体 T1
传热面A：内管壁的表面积
冷流体t1
t2 T2
列管换热器
热流体T1 t2 T2
传热面A: 为壳内所
冷流体t1
有管束壁的表面积
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4.1.3 传热过程 传热速率和热通量
4.2.2 平壁热传导
根据傅立叶定律
Q A
dt dx
分离变量后积分（设不随t而变）
得
Q b t1 dt A 0 dx A Q (t1 t 2 ) b
t2
式中 Q ─热流量或传热速率，W或J/s；
A ─平壁的面积，m2；
b ─平壁的厚度，m；
q
或
Q (t1 t 2 ) A b
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4.1.1 传热的三种基本方式
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辐射传热是物体间相互辐射和吸收能量的结果。
高温物体
辐射能
低温物体
④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。
固 ; 固
金属纯度， λ

非金属固体的导热系数与其组成、结构的紧密程度及温度有关。
t ， λ ρ ，λ
固 固；
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4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
2.液体的导热系数
液体

金属液体－导热系数λ较高 非金属液体－导热系数λ较低
液态金属的导热系数比一般液体的高，其中熔融的纯钠具有较高的导热系 数。液体的导热系数基本上与压强无关。 a. 在非金属液体中，水的导热系数最大。 b. 金属液体: T↑，λ液↓ c. 绝大多数液体（除水和甘油）： T↑，λ液↓；T↑，λ水↑，λ甘油↑
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4.2.2 平壁热传导
单层平壁热传导
b
t 假设： (1) A大，b小； (2) 材料均匀—λ为常数； (3)温度仅沿x变化，且不随时间变化。 若平壁侧面的温度t1及t2恒定， 则：当x=0时，t= t1

t1 Qx
t2
Qx+dx x
x=b时，t= t2
——边界条件
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d x b：平均壁厚，m； t：温度差，oC；
热传导不能在真空中进行。
导热：固体中 热传递的主要方式
液体中 并不显著
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4.1.1 传热的三种基本方式
热对流
流体质点在传热方向上的相对运动来实现热量传递的过程，简称对流。
实质：流体的质点携带着热能在不断的流动中，把热能给出或吸入的过程。
分类：根据对流产生的原因分为强制对流、自然对流。
强制对流：若相对运动是由外力作用引起的。
④价格便宜，来源容易。
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4.1.3 传热过程
加热剂：热水、饱和水蒸气 矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等
用电加热
冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等 冷却温度30C 水 加热温度180C 饱和水蒸气