1）不同温度的等温面不相交 2）在等温面内没有热量的传递
2-1傅里叶定律
2.温度梯度： 温度梯度：等温面法线方向上的温度变化率 温度梯度 T n
对于一维稳态的温度场，温度梯度可表示为 ：温度梯度 dT dn
温度梯度是向量，正方向指向温度增加的方向
3. 傅立叶定律
q -λ dT dn
傅立叶定律
化工基础第三章传热
主要内容
• 第一节:概述 • 第二节:热传导 • 第三节:对流传热 • 第四节:热交换的计算 • 第五节:热交换器 • 第六节:传热过程的强化
前言
凡是有温度差存在的地方，必然有热的传递 (能量传递过程) 传热在化工生产中的应用： 1、物料的加热、冷却或者冷凝、蒸发、干燥等过程 2、反应器内需要供给或移走反应热，使反应在一定温度下进行 3、化工设备和管道的保温，生产中热能的合理利用，废热回收
非导电体：通过晶格结构的振动实现 液体 机理复杂，介于气体和固体之间
特点：静止介质中的传热，没有物质的宏观位移
1-2传热的基本方式
2.热对流 流体中质点发生相对位移而引起的热量传递，称为热对流。 对流只能发生在流体中。
特点：流动介质中的传热，流体作宏观运动 对流传热的同时，伴随着流体质点间的热传导
4.气体导热系数 0.006～0.4 W/(m·K)
t ， 一般情况下，随p的变化可忽略； 气体不利于导热，有利于保温或隔热
2-3平壁的稳态热传导
1、单层平壁的稳定热传导
q λ dT dx
δ
T2
qdx λdT
0
T1
q λ T1 T2 δ
qAA(T1T2)
T1
T2
T R
推动力 热阻
A
K/W
强制对流 流体受外力作用而引起的流动
自然对流 由于流体内温度差导致密度差异而引起的流动
一般讨论对流传热多指热由流体传到固体的壁面（或反之 ）的传热过程
1-2传热的基本方式
3.热辐射
物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程
λ=0.4~40μm
特点：不仅产生能量的转移，
而且伴随着能量形式的
转换；
面传递的热量，单位 J/s或W
热流密度q （热通量） ：单位时间内通过单位传热面积传递
的热量，单位 J/(s. m2)或W/m2
热流量与热通量的关系为 q A
稳态传热
Φ=KAΔTm
热流量方程
K:总传热系数，W/(m2·K)
总传热速率方程
A:总传热面积，m2
ΔTm:两流体的平均温差，K
第三章
热量传递
面积热流量为：
qt1t21 0 .5 .35 7 166 5 30 0 0 567 W/7 m2
2-3平壁的稳态热传导
2.多层平壁的稳态热传导
T1 T2
热流体T1
T`2
冷流
T2 体T`1
换热器的传热量（热负荷）
在换热过程中，忽略热损失 放＝吸 （传热量）
1-3热平衡方程与热流量方程
(1)无相变时的传热量计算
Φ=qm,hCp,h ( T1 – T2) = qm,cCp,c ( T2′– T1′)
(2)有相变时的传热量计算 饱和蒸汽冷凝 液体沸腾汽化
非稳定传热：传热进行时，物质各
1-2传热的基本方式
热传导 热对流 热辐射
1-2传热的基本方式
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。 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 固体 导电体：自由电子在晶格间的运动
间歇传热 连续传热
稳态传热：传热速率=常数 非稳态传热：传热速率≠常数
第三章 热量传递
第一节 概述
1-1稳态与非稳态传热 1-2传热基本方式 1-3热平衡方程与
热流量方程
1-1稳态与非稳态传热
稳态传热：传热进行时，物质各点温度不随时间而变仅随位置 变化的传热过程。
Tf(x,y,z) 传热速率=常数
热能 辐射能
热能 热辐射不需要媒介;
黑体 斯蒂芬-波尔茨曼定律
高温物体的主要传热形式
辐射能力
E0
0T4
辐射常数
C0
(T 100
)
4
T>673K
1-3热平衡方程与热流量方程
传热过程
将热量由壁面一侧的流体通过壁面传递到壁面另一侧的过程 1.传热平衡方程 以某换热器为衡算对象，列出稳态传热时的热量衡算方程
λ——比例系数，称为导热系数；w/m·k 负号表示热流方向与温度梯度方向相反
2-2导热系数
1.导热系数的定义
λ q w/m·k dT dn 在数值上等于单位温度梯度下的热通量
表征材料导热性能的物性参数
= f(结构, 组成, 密度, 温度, 压力）
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
2.固体导热系数
例 某平壁厚度δ=0.37m，内表面温度t1=1650℃，外表面温度 t2=300℃，平壁材料导热系数λ=0.815+0.00076t，W/（m·℃） 试求平壁的面积热流量q。
解：
tmt1 2t2
16 53000 975 2
平壁材料的平均导热系数：
m 0 .8 1 5 0 .0 0 0 7 6 9 7 5 1 .5 5 6W/（m2·℃ ）
金属材料 10～102 W/(m•K) 建筑材料 10-1～10 W/(m•K) 绝热材料 10-2～10-1 W/(m•K)
在一定温度范围内：0(1a)t
金属材料a < 0 非金属材料a > 0
2-2导热系数
3.液体导热系数 0.09～0.6 W/(m·K)
金属液体较高，非金属液体低(水的最大)； 水和甘油：t ， 其它液体：t ，
φ = qm·r
其中 r—气化潜热（或冷凝潜热） KJ / kg
饱和蒸汽冷凝 qm,h r = qm,cCp,c ( T2′– T1′) 液体沸腾汽化 qm,hCp,h ( T1 – T2) = qm,c r
1-3热平衡方程与热流量方程
2.热流量方程
传热速率Φ（热流量）：单位时间内通过换热器的整个传热
第二节 热传导
2-1傅里叶定律 2-2导热系数 2-3平壁的稳态热传导 2-4圆筒壁的稳态热传导
2-1傅里叶定律
1.温度场和等温面 温度场：某时刻，物体或空间等各温点面的温度分布
Tft1x,ty 2 ,z, 不稳定温度场： T t1>ft2x,Qy,z, 稳定温度场： Tfx,y,z
等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面