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1、导热系数和传热系数一、物理意义1、导热系数导热系数指指单位温度梯度（单位温度梯度（1K/m）时的导热通量（）时的导热通量（W/）。）。即即1m厚的材料，两侧表面的温差为厚的材料，两侧表面的温差为1K，在，在1s内内，通过通过1平方米面积传递的热量，单位为平方米面积传递的热量，单位为W/(mK)。用用表示。表示。一、物理意义2、对流传热系数、对流传热系数 指在稳定传热条件下，两侧空气温差为指在稳定传热条件下，两侧空气温差为1K，1s内内通过通过1平方米面积传递的热量，单位是平方米面积传递的热量，单位是W/(K)。用。用表示。表示。3、联系、联系 =/为层流膜的厚度，它是一个虚拟的当量流体膜，为层
2、流膜的厚度，它是一个虚拟的当量流体膜，因此也把对流传热系数因此也把对流传热系数称为膜系数。而实际上称为膜系数。而实际上并不存在这一层流膜，并不存在这一层流膜，也不等于层流内部的厚也不等于层流内部的厚度，引入此概念只是为简化过程。度，引入此概念只是为简化过程。一、物理意义4、区别、区别对流对流传热系数不是描述物质物性的物理量传热系数不是描述物质物性的物理量,它会它会随着不同的外界条件而发生变化随着不同的外界条件而发生变化,例如温度例如温度,流速流速,流量等流量等,是一个工程上的概念是一个工程上的概念。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关
3、度等因素有关，是，是反映材料热性能的重要物理量反映材料热性能的重要物理量.二、公式1、导热系数、导热系数傅立叶定律傅立叶定律 q=dQ/dA=-t/x在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量，在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量，正比例于垂直于该界面方向上的温度变化率和截正比例于垂直于该界面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。相反。它并不是由热力学第一定律导出的数学表达式，它并不是由热力学第一定律导出的数学表达式，而是基于实验结果的归纳总结，是一个经验公式。而是基于实验结果的归纳总结，是一个经验公式。傅立叶定律
4、适用于所有物质，不管它处于什么状傅立叶定律适用于所有物质，不管它处于什么状态（固体、液体或者气体）。态（固体、液体或者气体）。二、公式2、对流传热系数、对流传热系数牛顿冷确定律牛顿冷确定律 Q=(tw-t)A温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律。当物体表面与周围存在渐冷却时所遵循的规律。当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比。度差成正比。三、测定及影响因素1、导热系数、导热系数通常，物质的导热系数可以通过理论和实验两种通常，物质的导热系数可以通过理论和
5、实验两种方式来获得。方式来获得。理论上，从物质微观结构出发，以量子力学和统理论上，从物质微观结构出发，以量子力学和统计力学为基础，通过研究物质的导热机理，建立计力学为基础，通过研究物质的导热机理，建立导热的物理模型，经过复杂的数学分析和计算可导热的物理模型，经过复杂的数学分析和计算可以获得导热系数。但由于理论的适用性受到限制，以获得导热系数。但由于理论的适用性受到限制，而且随着新材料的快速增多，人们迄今仍尚未找而且随着新材料的快速增多，人们迄今仍尚未找到足够精确且适用于范围广泛的理论方程，因此到足够精确且适用于范围广泛的理论方程，因此对于导热系数实验测试方法和技术的探索，仍是对于导热系数实验测
6、试方法和技术的探索，仍是物质导热系数数据的主要来源。物质导热系数数据的主要来源。三、测定及影响因素在所有固体中，金属是最好的导热体。纯金属的在所有固体中，金属是最好的导热体。纯金属的导热系数一般随温度升高而降低。而金属的纯度导热系数一般随温度升高而降低。而金属的纯度对导热系数影响很大，如含碳为对导热系数影响很大，如含碳为1%的普通碳钢的普通碳钢的导热系数为的导热系数为45W/m K ，不锈钢的导热系数仅，不锈钢的导热系数仅为为16 W/m K 。液体分成金属液体和非金属液体两类，前者导热液体分成金属液体和非金属液体两类，前者导热系数较高，后者较低。在非金属液体中，水的导系数较高，后者较低。在非
7、金属液体中，水的导热系数最大，除去水和甘油外，绝大多数液体的热系数最大，除去水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度升高而略有减小。一般来说，溶导热系数随温度升高而略有减小。一般来说，溶液的导热系数低于纯液体的导热系数液的导热系数低于纯液体的导热系数。三、测定及影响因素气体的导热系数随温度升高而增大。在通常的压力范围气体的导热系数随温度升高而增大。在通常的压力范围内，其导热系数随压力变化很小，只有在压力大于内，其导热系数随压力变化很小，只有在压力大于196200kN/，或压力小于，或压力小于2.67 kN/ (20mmHg) 时，导时，导热系数才随压力的增加而加大。故工程计算中常可忽略热系数才
8、随压力的增加而加大。故工程计算中常可忽略压力对气体导热系数的影响。气体的导热系数很小，故压力对气体导热系数的影响。气体的导热系数很小，故对导热不利，但对保温有利。对导热不利，但对保温有利。 2、对流传热系数、对流传热系数 获得获得对流对流传热系数的方法大致有四种：传热系数的方法大致有四种：（1）分析法，对描写某一类对流传热问题的偏微分方程及分析法，对描写某一类对流传热问题的偏微分方程及相应的定解条件进行数学求解，从而获得速度场和温度相应的定解条件进行数学求解，从而获得速度场和温度场的分析解的方法。场的分析解的方法。三、测定及影响因素（2）实验法，在相似原理指导下进行实验研究，实验法，在相似原理
9、指导下进行实验研究，是目前获得表面传热系数的主要途径。是目前获得表面传热系数的主要途径。（3）比拟法，通过研究动量传递及热量传递的共比拟法，通过研究动量传递及热量传递的共性或类似特性，以建立起表面传热系数与阻力系性或类似特性，以建立起表面传热系数与阻力系数间的相互关系的方法。数间的相互关系的方法。（4）数值法，在求解导热系数的基础上，增加对数值法，在求解导热系数的基础上，增加对流项的离散及动量方程中的压力梯度项的数值处流项的离散及动量方程中的压力梯度项的数值处理，从而获得表面传热系数的方法理，从而获得表面传热系数的方法。三、测定及影响因素影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素（1）层流与
10、湍流）层流与湍流 层流：层流：流体在热流方向上基本没有混合流动流体在热流方向上基本没有混合流动， 湍流：湍流：有混合流动，有混合流动，Re层流内层厚度层流内层厚度，（2）流体的性质流体的性质 对对影响较大的物性主要有影响较大的物性主要有 cp 、和和 （3）传热面的型状、大小和位置传热面的型状、大小和位置 影响影响值的有：传热管、板、管束等不同，传热面的形状，值的有：传热管、板、管束等不同，传热面的形状，管子的排列方式，水平或垂直放置；管径、管长或板的管子的排列方式，水平或垂直放置；管径、管长或板的高度等高度等三、测定及影响因素 的量级的量级 空气中空气中 水中水中 油类中油类中总之：总之：四
11、、化学工程中的问题总传热系数的计算总传热系数的计算 总传热系数用总传热系数用K来表示。来表示。 在化学在化学工程中遇到的传热过程常常是热传导、对流换热工程中遇到的传热过程常常是热传导、对流换热和辐射换热三者的综合，而在应用最多的表面式换热器和辐射换热三者的综合，而在应用最多的表面式换热器（又称间壁式换热器）中温度不太高，辐射换热的作用（又称间壁式换热器）中温度不太高，辐射换热的作用不大，所以分析时主要考虑热传导和对流换热的综合过不大，所以分析时主要考虑热传导和对流换热的综合过程。程。 传热过程中热流体通过对流换热向高温侧壁面传热（见传热过程中热流体通过对流换热向高温侧壁面传热（见图）。图）。四
12、、化学工程中的问题这一热量又通过固体壁导热传递给低温侧壁面，最后以这一热量又通过固体壁导热传递给低温侧壁面，最后以对流换热方式由冷流体把热量从低温侧壁面带走。因此，对流换热方式由冷流体把热量从低温侧壁面带走。因此，传热过程通常都可简化成串联的传热过程通常都可简化成串联的3个基本环节：对流换热个基本环节：对流换热导热导热对流换热。对流换热。3个串联环节的分热阻之和组成传热过程的总热阻。因此，个串联环节的分热阻之和组成传热过程的总热阻。因此，传热系数可表示为传热系数可表示为四、化学工程中的问题i、0管内外的管内外的对流传热系数对流传热系数(需要时，其中包括辐射换需要时，其中包括辐射换热的相应折算值热的相应折算值)；、分别为器壁的厚度和分别为器壁的厚度和导热系数导热系数。分母中的分母中的 3个分数代表个分数代表3个串联环节的分热阻。因此个串联环节的分热阻。因此,传热传热系数不仅与器壁的材料性能和厚度有关系数不仅与器壁的材料性能和厚度有关,还与器壁两侧的还与器壁两侧的对流换热对流换热(有时还有辐射换热有时还有辐射换热)过程有关，而且在多数情况过程有关，而且在多数情况下下,导热分热阻要比对流换热分热阻小得多，因而对流换导热分热阻要比对流换热分热阻小得多，因而对流换热在整个换热过程中起着主要作用热在整个换热过程中起着主要作用。谢谢观赏谢谢观赏
