一、傳熱的三種形式

1、傳熱，也稱熱傳遞，是物理學(xué)上的一個(gè)物理現(xiàn)象，是熱能從高溫向低溫部分轉(zhuǎn)移的過程，只要一個(gè)介質(zhì)內(nèi)或者兩個(gè)介質(zhì)之間存在溫度梯度，傳熱就會(huì)發(fā)生。傳熱有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。

計(jì)算熱傳導(dǎo)的速率方程就是大家熟悉的傅立葉定律：

qx（W/m^2)是與傳輸方向相垂直的單位面積上的熱流速率。它與在該方向上的溫度梯度成正比，其中的比例系數(shù) k 就是介質(zhì)的熱導(dǎo)率，是物質(zhì)最基本的物理性質(zhì)之一。 

2、熱對(duì)流

對(duì)流是指由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移，不同的溫度下的換熱表面和流體之間的熱量傳遞過程。

對(duì)流可分為強(qiáng)迫對(duì)流和自然對(duì)流。強(qiáng)迫對(duì)流，是由于外界作用推動(dòng)下產(chǎn)生的流體循環(huán)流動(dòng)，攪拌器。自然對(duì)流是由于溫度不同密度梯度變化，重力作用引起低溫高密度流體自上而下流動(dòng)，高溫密度流體自下而上流動(dòng)，如蒸發(fā)和冷凝。

對(duì)流熱流密度計(jì)算公式，又稱牛頓冷卻公式：

其中q''是熱流密度（W/m^2)，Ts是固體壁面溫度，

是壁面接觸流體的溫度。

h為對(duì)流換熱系數(shù) [ W/m^2*K ]。

h與邊界層中的條件有關(guān)，邊界層又取決于表面的幾何形狀、流體的運(yùn)動(dòng)特性及流體的眾多熱力學(xué)性質(zhì)和輸運(yùn)性質(zhì)。

1）牛頓冷卻定律：

不同的溫度下的換熱表面和流體之間的熱量傳遞稱為對(duì)流。其機(jī)理實(shí)際上是一種分子擴(kuò)散和規(guī)模運(yùn)動(dòng)組合。

在表面附近流體流速低，擴(kuò)散 （分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)）占主導(dǎo)。但離開表面，分子規(guī)模運(yùn)動(dòng)的影響增加。對(duì)流傳熱有強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流兩種方式。強(qiáng)制對(duì)流出現(xiàn)在流體的流動(dòng)由外部力量驅(qū)動(dòng)，如泵或攪拌器。相反自然對(duì)流是由于流體中溫度的變化導(dǎo)致密度的不同而產(chǎn)生的浮力引起。

由于物體的相變，如蒸發(fā)或冷凝而引起的熱量傳遞也歸為對(duì)流傳熱模式。 

3、熱輻射

熱輻射，是一種物體用電磁輻射的形式把熱能向外散發(fā)的傳熱方式。它不依賴任何外界條件而進(jìn)行，是在真空中最為有效的傳熱方式。

不管物質(zhì)處在何種狀態(tài)（固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)或者玻璃態(tài)），只要物質(zhì)有溫度（所有物質(zhì)都有溫度），就會(huì)以電磁波（也就是，光子）的形式向外輻射能量。這種能量的發(fā)射是由于組成物質(zhì)的原子或分子中電子排列位置的改變所造成的。 

實(shí)際傳熱過程一般都不是單一的傳熱方式，如煮開水過程中，火焰對(duì)爐壁的傳熱，就是輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)的綜合，而不同的傳熱方式則遵循不同的傳熱規(guī)律。為了分析方便，人們?cè)趥鳠嵫芯恐邪讶N傳熱方式分解開來，然后再加以綜合。

二、總的傳熱系數(shù) (U)

傳熱系數(shù)單位是[W/m2 K]。

總的傳熱系數(shù)一般要考慮被換熱面隔開了的兩種流體之間的導(dǎo)熱和對(duì)流，還需要考慮換熱過程的結(jié)垢程度，在換熱表面水膜和污垢的積聚將大大降低傳熱效果。

各個(gè)傳熱系數(shù)的大小取決于換熱過程的特點(diǎn)、流體的物理性質(zhì)、流率和換熱表面的物理布置等因素。

三、蒸汽是如何加熱的？

1、通過冷凝傳熱：蒸汽中的潛熱在冷凝時(shí)釋放出來，通過換熱器傳遞到被加熱的產(chǎn)品。

2、通過對(duì)流傳熱（熱水或熱油）

熱水或熱油等熱媒介質(zhì)是通過對(duì)流傳熱的，沒有相變，熱煤通過降低自身溫度，以強(qiáng)制對(duì)流的方式傳遞熱量給被加熱的產(chǎn)品。

四、傳熱的熱阻

在傳熱過程中金屬墻不是唯一的熱阻。在蒸汽側(cè)可能有一層空氣膜、冷凝水膜和污垢層。在產(chǎn)品側(cè)可能有粘在換熱面上的產(chǎn)品層或污垢層以及遲滯不流動(dòng)的產(chǎn)品層。 

所以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行攪動(dòng)，或經(jīng)常清洗設(shè)備，提高鍋爐水質(zhì)，分離出蒸汽中的水分，都可以提高傳熱率。

小總結(jié)：冷凝水膜的熱阻是不銹鋼換熱面的100~150倍，是銅的500~600倍。

空氣的傳熱熱阻是鋼的1500~3000倍，是銅的8000~16000倍，這表示0.025 mm厚的空氣層相當(dāng)于400 mm厚銅壁產(chǎn)生的熱阻。

熱阻越大，溫度梯度越大，這表示為了達(dá)到同樣的產(chǎn)品溫度，需要更高的蒸汽壓力。如下圖：

在制程和空間加熱應(yīng)用中，所有的蒸汽加熱設(shè)備換熱器表面，空氣膜和冷凝水膜是普遍存在的，為了得到最佳的產(chǎn)品質(zhì)量，為了節(jié)能，則及時(shí)排除冷凝水和空氣，是非常有效的辦法，可以大大熱高熱效率。