熱量傳遞是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極為普遍的一種傳遞現(xiàn)象。如用手抓冰塊時(shí)會(huì)感到冷,
這是因?yàn)槭值臏囟雀哂诒鶋K的溫度, 兩者之間存在著溫度差, 所以手上的熱量傳遞給了冰塊, 手就感到冷了。再如在一根鐵棒的一端加熱, 過一段時(shí)間后其另一端也就變熱了,
這也是因?yàn)殍F棒的兩端之間的溫度不同, 被加熱的一端的溫度高于另一端, 兩端之間存在溫差, 因此熱量就從加熱的溫度高的一端傳遞到溫度低的一端, 使另一端的溫度漸漸升高而變得熱了。


   由此可知, 熱量傳遞的起因是由于物體內(nèi)或系統(tǒng)內(nèi)兩部分之間存在溫度差。也即凡是有溫度差存在的地方,
就必然有熱量的傳遞, 并且熱量總是自發(fā)地從高溫處向低溫處傳遞。如圖所示：



化學(xué)工業(yè)與傳熱的關(guān)系非常密切。在化工生產(chǎn)中的許多單元操作過程都伴有熱量傳遞現(xiàn)象, 即加熱和冷卻。    
例如, 化學(xué)反應(yīng)通常要控制在一定的溫度下進(jìn)行, 為了達(dá)到這一條件就需要向反應(yīng)器輸入或者從反應(yīng)器輸出熱量。即反應(yīng)釜內(nèi)的溫度要求控制為T, 若為放熱反應(yīng),
則往往要移走部分或全部反應(yīng)熱量，反之需從外界傳熱給反應(yīng)釜。



又如蒸發(fā)、蒸餾和干燥等單元操作中, 都要向設(shè)備輸入或輸出熱量。除此之外, 化工設(shè)備的保溫、生產(chǎn)過程中的熱能的合理利用以及廢熱 （ 余熱 ） 的回收等等都涉及傳熱的問題。
 

    本章重點(diǎn)討論傳熱的基本原理及其典型的設(shè)備換熱器。
    一般傳熱問題的研究有兩種情況：
    一種是強(qiáng)化傳熱過程，如各種換熱設(shè)備中的傳熱；
    另一是削弱傳熱過程，如對(duì)設(shè)備和管道的保溫（冬天防寒衣）、保冷（夏天冰棒箱，冰塊），以減少熱損失。

§4．1．1 傳熱的基本方式



傳熱可依靠其中的一種方式或幾種方式同時(shí)進(jìn)行，凈的熱流方向總是從高溫處向低溫處流動(dòng)。
一.熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）
若物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）。熱傳導(dǎo)的條件是系統(tǒng)兩部分之間存在溫度差，此時(shí)熱量將從高溫部分向低溫部分傳遞，或從高溫物體傳向與之接觸的低溫物體。
熱傳導(dǎo)在固體、液體和氣體中均可進(jìn)行，但導(dǎo)熱的微觀機(jī)理因物態(tài)而異。
固體中的熱傳導(dǎo)屬于典型的導(dǎo)熱方式。如：

若 ,
則導(dǎo)熱就會(huì)發(fā)生, 方向如紅線所示；
熱傳導(dǎo)的起因：自由電子的遷移
極限狀態(tài)：棒內(nèi)各處溫度均勻化, 為；如果想維持高溫
和低溫，則必須從外界不斷向高溫部分補(bǔ)充熱量,
而從低溫部分相應(yīng)地取走所傳遞的熱量。
不良導(dǎo)熱的固體中和液體中的熱傳導(dǎo)是通過晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng), 即原子、分子對(duì)其平衡位置附近的振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。氣體中的熱傳導(dǎo)則是由于分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而引起的。

單純的熱傳導(dǎo)現(xiàn)象只有在密實(shí)的固體中才能觀察到。純熱傳導(dǎo)過程僅是在靜止物質(zhì)內(nèi)的一種傳熱方式, 也就是說沒有物質(zhì)的宏觀運(yùn)動(dòng)。

而在氣體和液體內(nèi)部, 當(dāng)各處溫度不同時(shí), 必存在各處密度的差異, 因此總是在發(fā)生導(dǎo)熱的同時(shí),必伴有因密度的差異所產(chǎn)生的對(duì)流。

二．熱對(duì)流（對(duì)流）
熱對(duì)流是指流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移、冷熱流體質(zhì)點(diǎn)相互摻混所引起的熱量傳遞。熱對(duì)流僅發(fā)生在流體之中, 而且必然伴隨有導(dǎo)熱現(xiàn)象。

在流體中產(chǎn)生對(duì)流的原因有二個(gè)：一是因流體中各處的溫度不同而引起密度的差異, 使輕者上浮, 重者下沉, 流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對(duì)位移, 這種對(duì)流稱為自然對(duì)流。
二是因泵或攪拌等外力所致的質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)制流動(dòng), 這種對(duì)流稱為強(qiáng)制對(duì)流。
流動(dòng)的原因不同, 對(duì)流傳熱規(guī)律也不同。
應(yīng)予指出, 在同一種流體中, 有可能同時(shí)發(fā)生自然對(duì)流與強(qiáng)制對(duì)流。
化工傳熱過程中, 常遇到的并非單純對(duì)流方式, 而是流體流過固體表面時(shí)發(fā)生的對(duì)流和熱傳導(dǎo)聯(lián)合作用的傳熱過程, 如圖所示：

對(duì)流傳熱 （ 給熱 ） 的特點(diǎn)是靠近壁面附近的流體層中依靠熱傳導(dǎo)方式傳熱, 而在流體主體中則主要依靠對(duì)流方式傳熱。由此可見, 對(duì)流傳熱與流體流動(dòng)狀況密切相關(guān)。
雖然熱對(duì)流是一種基本的傳熱方式, 但由于熱對(duì)流總伴隨著熱傳導(dǎo), 對(duì)此情況一并考慮稱為對(duì)流給熱。
三 . 輻射傳熱
任何物體, 只要其溫度不為零度 （0 K）, 都會(huì)不停地以電磁波的形式向外界輻射能量, 同時(shí)又不斷地吸收來(lái)自外界物體的輻射能,
當(dāng)物體向外界輻射的能量與其從外界吸收的輻射能不相等時(shí), 該物體就與外界產(chǎn)生熱量的傳遞。這種傳熱方式稱為熱輻射。
熱輻射線可以在真空中傳播,
無(wú)需任何介質(zhì), 這是熱輻射與對(duì)流和傳導(dǎo)的主要不同點(diǎn)。因此輻射傳熱的規(guī)律就不同于對(duì)流和傳導(dǎo)。
應(yīng)予指出, 傳熱的三種方式有時(shí)相伴而生, 發(fā)生在同一個(gè)傳熱過程中。如電爐上燒水, 杯內(nèi)的水被加熱的過程中包含了導(dǎo)熱、對(duì)流和熱輻射。工程上為了簡(jiǎn)化傳熱問題,
抓住占支配地位的傳熱方式來(lái)著手研究, 而忽略次要地位的傳熱方式。
§4．1．2 冷、熱流體熱交換形式
兩種流體（冷、熱）實(shí)現(xiàn)熱交換的形式有三種：
⒈間壁式換熱
冷、熱流體各在固體壁面的一側(cè)，熱流體通過壁面將熱量傳遞給冷流體，兩者互不混合。
間壁式換熱器類型很多，典型的有套管換熱器和列管換熱器。
⒉混合式換熱
冷、熱流體在換熱器內(nèi)直接混合進(jìn)行熱交換，其優(yōu)點(diǎn)為傳熱效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單。如書上圖所示。
⒊蓄熱式換熱
冷、熱流體是通過對(duì)蓄熱體的周期性加熱和冷卻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（舉例小化肥廠中以煤制半水煤氣）。