傳熱簡介

傳熱是物質在溫度差作用下所發生的熱量傳遞過程。無論在物體內部或者物體之間，只要存在著溫度差，熱量就將以某一種或同時以某幾種方式自發地從高溫處傳向低溫處。因此傳熱是自然界和工程技術領域中極普通的一種傳熱現象。在幾乎所有的工業部門，如化工、能源、冶金、機械、建筑等都涉及許多傳熱相關問題。

一．化工生產中的傳熱

在化工生產過程中，存在著大量與傳熱相關的工藝過程。因為絕大多數的化學反應和物理過程均要在一定的溫度條件下進行，這就要求向系統輸入或輸出熱量。因此，傳熱是化學工業中常見的單元操作之一，傳熱設備在化工廠設備投資中通常都占有很大比例，有些可達30%以上。

在化工生產中，傳熱的應用主要有以下兩個方面：

1.強化傳熱

為了使物料滿足所要求的操作溫度進行的加熱或冷卻，希望熱量以所期望的速率進行傳遞，如各種換熱器設備中的傳熱。

2.削弱傳熱

為了使物料或設備減少熱量散失，而對管道或設備進行的保溫或冷卻。

化學工業能耗高，僅次于冶金工業，因此，應合理利用能源、節約能源。同時。熱能合理利用對降低產品成本和環境保護都有重要意義。

在化工生產中，通常采用以下三種方式進行冷、熱流體之間的熱交換：一種是冷熱流體直接混合交換熱能；第二種是將；冷、熱流體交替通過蓄熱體實現熱能交換；第三種方法為間壁換熱，即冷、熱流體通過管壁或器壁面進行換熱。化工生產中大多采用間壁換熱的方式來進行熱交換。

二．傳熱過程

1.傳熱速率和熱通量

換熱器中的兩流體間傳遞的熱量，通常由傳熱任務所規定。熱傳遞的快慢用傳熱速率表示。傳熱速率是指單位時間內熱流體通過整個換熱器的傳熱面傳遞給冷流體的熱量。

2.穩態傳熱和不穩態傳熱

若傳熱系統中各點的溫度僅隨位置變化而不隨時間變化，則這種傳熱過程稱為穩態傳熱，其特點是通過傳熱面的傳熱速率為常量，連續生產過程多為穩態傳熱。

若傳熱系統中各點的溫度不僅隨位置發生變化，而且也隨時間變化，則這種傳熱過程稱為不穩態傳熱，連續生產的開、停車及間歇生產過程為不穩態傳熱過程。

3.傳熱肌理

任何熱量的傳遞只能通過傳導、對流和輻射三種方式進行。

（1）熱傳導

熱傳導又稱導熱。物體各部分之間不發生相對位移時，依靠分子、原子或電子等微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞稱為熱傳導。氣體、液體和固體的熱傳導肌理是不同的。在氣體中，熱傳導是氣體分子不規則運動時相互碰撞使熱量從高溫處遷移到低溫處。在大部分液體和不良導體的固體中，熱傳導是由分子的動量傳遞所致。在金屬固體中，自由電子的運動對熱量傳導起著重要作用。

（2）對流

對流僅發生于流體中，它是指由于流體的宏觀運動使流體各部分之間發生相對位移而導致的熱量傳遞過程。由于流體間各部分是相互接觸的，處了流體的整體運動所帶來的熱對流之外，還有由于流體的微觀粒子運動造成的熱傳導。在工程將流體經固體表面時的熱量傳遞過程，稱之為對流傳熱。

（3）熱輻射

輻射是一種通過電磁波傳遞能量的過程。物體因熱的原因發出輻射能的現象稱為熱輻射。自然界中各個物體都不停地向其周圍空間發出熱輻射，同時又不斷地吸收其他物體發出的輻射能。輻射與吸收過程的綜合結果就造成了以輻射方式進行物體間的熱量傳遞，即發射時由內能轉換為輻射能，吸收時又從輻射能轉換為內能。雖然物體能夠以熱輻射的方式進行熱量傳遞，但一般只有在物體溫度較高，物體間溫差較大時，輻射傳熱才作為主要傳熱方式。

實際傳熱過程往往是兩種或三種傳熱方式的組合。如對于間壁換熱過程，熱能傳遞同時包含了熱傳導和熱對流。