传热傅里叶定律.ppt

Logo 第二章 传热 Heat TransferHeat Transfer 1. 1. 温度梯度温度梯度 温度场温度场：某某一瞬间一瞬间，空间空间( (物体物体) )所有所有各点温度分布各点温度分布。 t t = = f f (x, y, z, (x, y, z, ) ) 温度，温度，或或KK 时间时间, , s s 2.2 传导传热 一一. . 基本概念和傅立叶定律基本概念和傅立叶定律 稳态传热稳态传热 非稳态传热非稳态传热物体的温度分布物体的温度分布随时间变化随时间变化 物体中各点温度物体中各点温度与时间无关与时间无关 温度场温度场 稳态一维温度场稳态一维温度场 温度场中温度场中同一时刻下相同温度同一时刻下相同温度各点所组成各点所组成 的的曲曲面为等温面面为等温面。 沿等温沿等温面面无热量传递无热量传递 温度不同的等温面彼此温度不同的等温面彼此不相交不相交 沿和等温面相交的任何方向，因沿和等温面相交的任何方向，因 温度发生变化则有热量的传递温度发生变化则有热量的传递 等温面 温度差温度差 D D t t 与与 法向法向垂直距离垂直距离 D D 之之间的间的比值比值 温度梯度 称为称为温度梯度温度梯度 d dt t d d gradientgradient t + Dt t t - Dt d dt t d d 不同温度的等温面不同温度的等温面 之间存在温度差之间存在温度差 标量标量：只有大小，没有方向：只有大小，没有方向 = = Q Q/ / 传传热速率，热速率，WW； A A等温表面的面积，等温表面的面积，mm 2 2 ； 比例系数，称为导热系数，比例系数，称为导热系数，WW/ /(m(m) ) 2. 傅立叶定律 传导的热量传导的热量与与温度梯度温度梯度、传热面积传热面积和和传热时间传热时间成正比成正比 d dQQ- -d dA A d dt t d d 或或 负号负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反表示热流方向总是和温度梯度的方向相反。 F F = = A A dvdv d d 对比对比牛顿黏性定律牛顿黏性定律 = -= - QQ A A d d t t d d ； = - = - A A d d t t d d - A dt d = 3. 热导率，又称导热系数 1 1物理意义物理意义：表征物质的导热能力，物质的热物性参数。：表征物质的导热能力，物质的热物性参数。 导热系数越大，物体的导热性能越好导热系数越大，物体的导热性能越好，即在相同的温度，即在相同的温度 梯度下传热速率越大。梯度下传热速率越大。 2 2影响因数影响因数：主要有：主要有物质种类物质种类、组成组成和和温度温度，并与结构，并与结构疏疏 松程度松程度有关。有关。 3 3 导热系数通常用实验方法测定 表表1 1 物质物质导热系数导热系数的数量级的数量级 物质种类物质种类气体气体 液体液体绝热材料绝热材料建筑材料建筑材料金属金属 / /WmWm - -1 1 KK0.00.01 10.0.1 1 0. 0.1 1 0. 0.0101 0.10.10.10.1 1 11010 100100 1). 固体的导热系数 所有固体中，金属所有固体中，金属 是最好的导热体是最好的导热体 纯度纯度 纯金属纯金属 温度温度 合 合金金 纯金属纯金属 密度密度 非非金属金属 温度温度 对大多数固体，对大多数固体，值与温度大致成线性关系值与温度大致成线性关系 自由电子热运动时自由电子热运动时做做杂乱无章杂乱无章地地运动运动。在很低的在很低的 温度下温度下金属热阻很小，金属热阻很小，温度越高，热阻越大温度越高，热阻越大。 2). 液体的导热系数 液体可分为金属液体和非金属液体液体可分为金属液体和非金属液体 液态液态金属金属 一般 一般液体液体 在非金属液体中，在非金属液体中， 水的导热系数最大水的导热系数最大 溶液 溶液 纯液体纯液体 3). 气体的导热系数 (0.010.1W/m K) 气体的导热系数气体的导热系数低低，适用于，适用于保温隔热保温隔热。 气体的气体的导热系数导热系数，随随温度升高而增大温度升高而增大。 在相当大的压强范围内，气体的导热系数在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压随压 强的变化甚微强的变化甚微，可以忽略不计。只有在过高或，可以忽略不计。只有在过高或 过低的压强过低的压强( ( 2 2 1010 5 5 kPakPa或或 t t 2 2 t1 t2 t 0 = = A A (t (t 1 1 t t 2 2 ) ) l l = -= - A A dtdt d d = = A A(t (t 1 1 t t 2 2 ) ) l l q =q = A A = = (t (t1 1 t t 2 2 ) ) l l 传热强度传热强度 单层平壁的热传导公式 每一层由不同种类材料构成， 不同不同；各复合层传热面积相同 2. 多层平壁的热传导 多层平面壁的热传导 t1t2t3 t4 对第一层： 1 = A1(t1t2) t1 = t1t2 = 对第二层： 2= A2(t2t3) t2 = t2t3 = 对第三层： 3= A3(t3t4) t3 = t3t4 = 因1 = 2 = 3 = ，A1 = A2 = A3 = A t1t4 = t = 多层平壁的热传导公式 n圆筒壁传导传热时传热面积 A = 2rl 傅立叶定律写为： 3. 单层圆筒壁的热传导 = 2rl 积分： = 单层圆筒壁传 导传热公式： L n因圆筒壁厚度 = r2 r1 上式可写成： = 其中 rm = (r2 - r1)/ ln 半径的对数平均值 当r2/rl 2时，用算术平均值 rm = (r1+r2)/2 n 4. 多层圆筒壁的热传导 = 对比第一章流动边界层概念，边界层存在速度梯度 2.3 对流传热 间 壁 热流体 冷流体 对 流 对 流 导 热 一一. . 对流传热机理对流传热机理 热量从流体的主 体传递给器壁， 或由器壁传递给 流体主体 热流体热流体冷流体冷流体壁面壁面 流体通过间壁的热交换经过流体通过间壁的热交换经过 “ “对流对流传导传导对流对流” ”三个串联步骤三个串联步骤。 T w tw T t 热流体冷流体 A1A2 n流体的流动形态对于流体的传热有决定性 的影响 以湍流流体向壁面给热的情况为例： 湍流层：对流传热，没有温度降； 过渡层：传导传热和对流传热，有较小温度降； 层流内层：传导传热，有较大的温度降。