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第一节 概述 热量传递是自然界和工程技术领域中极为普遍的一种传递现象。如用手抓冰块时会感到冷, 这是因为手的温度高于冰块的温度, 两者之间存在着温度差, 所以手上的热量传递给了冰块, 手就感到冷了。再如在一根铁棒的一端加热, 过一段时间后其另一端也就变热了, 这也是因为铁棒的两端之间的温度不同, 被加热的一端的温度高于另一端, 两端之间存在温差, 因此热量就从加热的温度高的一端传递到温度低的一端, 使另一端的温度渐渐升高而变得热了。 由此可知, 热量传递的起因是由于物体内或系统内两部分之间存在温度差。也即凡是有温度差存在的地方, 就必然有热量的传递, 并且热量总是自发地从高温处向低温处传递。如图所示： 化学工业与传热的关系非常密切。在化工生产中的许多单元操作过程都伴有热量传递现象, 即加热和冷却。 例如, 化学反应通常要控制在一定的温度下进行, 为了达到这一条件就需要向反应器输入或者从反应器输出热量。即反应釜内的温度要求控制为T, 若为放热反应, 则往往要移走部分或全部反应热量，反之需从外界传热给反应釜。 又如蒸发、蒸馏和干燥等单元操作中, 都要向设备输入或输出热量。除此之外, 化工设备的保温、生产过程中的热能的合理利用以及废热 ( 余热 ) 的回收等等都涉及传热的问题。 本章重点讨论传热的基本原理及其典型的设备换热器。 一般传热问题的研究有两种情况： 一种是强化传热过程，如各种换热设备中的传热； 另一是削弱传热过程，如对设备和管道的保温（冬天防寒衣）、保冷（夏天冰棒箱，冰块），以减少热损失。 §4．1．1 传热的基本方式 传热可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。 一.热传导（导热）若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差，此时热量将从高温部分向低温部分传递，或从高温物体传向与之接触的低温物体。热传导在固体、液体和气体中均可进行，但导热的微观机理因物态而异。固体中的热传导属于典型的导热方式。如： 若 , 则导热就会发生, 方向如红线所示；热传导的起因：自由电子的迁移 极限状态：棒内各处温度均匀化, 为；如果想维持高温 和低温，则必须从外界不断向高温部分补充热量, 而从低温部分相应地取走所传递的热量。 不良导热的固体中和液体中的热传导是通过晶格结构的振动, 即原子、分子对其平衡位置附近的振动来实现的。气体中的热传导则是由于分子不规则运动而引起的。 单纯的热传导现象只有在密实的固体中才能观察到。纯热传导过程仅是在静止物质内的一种传热方式, 也就是说没有物质的宏观运动。 而在气体和液体内部, 当各处温度不同时, 必存在各处密度的差异, 因此总是在发生导热的同时,必伴有因密度的差异所产生的对流。 二．热对流（对流） 热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。 在流体中产生对流的原因有二个：一是因流体中各处的温度不同而引起密度的差异, 使轻者上浮, 重者下沉, 流体质点产生相对位移, 这种对流称为自然对流。 二是因泵或搅拌等外力所致的质点强制流动, 这种对流称为强制对流。流动的原因不同, 对流传热规律也不同。 应予指出, 在同一种流体中, 有可能同时发生自然对流与强制对流。化工传热过程中, 常遇到的并非单纯对流方式, 而是流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程, 如图所示：对流传热 ( 给热 ) 的特点是靠近壁面附近的流体层中依靠热传导方式传热, 而在流体主体中则主要依靠对流方式传热。由此可见, 对流传热与流体流动状况密切相关。虽然热对流是一种基本的传热方式, 但由于热对流总伴随着热传导, 对此情况一并考虑称为对流给热。三 . 辐射传热 任何物体, 只要其绝对温度不为零度 (0 K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。 热辐射线可以在真空中传播, 无需任何介质, 这是热辐射与对流和传导的主要不同点。因此辐射传热的规律就不同于对流和传导。 应予指出, 传热的三种方式有时相伴而生, 发生在同一个传热过程中。如电炉上烧水, 杯内的水被加热的过程中包含了导热、对流和热辐射。工程上为了简化传热问题, 抓住占支配地位的传热方式来着手研究, 而忽略次要地位的传热方式。 §4．1．2 冷、热流体热交换形式 两种流体（冷、热）实现热交换的形式有三种： ⒈间壁式换热 冷、热流体各在固体壁面的一侧，热流体通过壁面将热量传递给冷流体，两者互不混合。 间壁式换热器类型很多，典型的有套管换热器和列管换热器。 ⒉混合式换热 冷、热流体在换热器内直接混合进行热交换，其优点为传热效率高，设备简单。如书上图所示。 ⒊蓄热式换热 冷、热流体是通过对蓄热体的周期性加热和冷却来实现的。（举例小化肥厂中以煤制半水煤气）。
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