浙江大学化工原理过程工程与控制乙2009ppe-cha.ppt

2009-2-8,,第四章 热量传递基础 （Chapter 4 Fundamentals of heat transfer）,4.1 概述 4.2 热传导(Conduction) 4.2.1傅立叶定律(FOURIERS law) 4.2.2导热微分方程(Differential equation of conduction) 4.2.3一维稳态导热(Steady-state conduction) 4.2.4非稳态导热(Unsteady-state conduction),2009-2-8,,4.1概述,第四章 热量传递基础 （Chapter 4 Fundamentals of heat transfer）,conduction,convection,radiation,Natural and forced convection,2009-2-8,,4.2 热传导,4.2.1 傅立叶定律(FOURIERS law),Area of isothermal surface,Rate of heat flow,heat flux,2009-2-8,,物性之一：与物质种类、热力学状态（T、P）有关 物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小， 故物质的越大，导热性能越好。 一般地， 导电固体 非导电固体， 液体 气体 T ， 气体， 水，其它液体的 。,Thermal conductivity,2009-2-8,,4.2.2 导热微分方程,(Differential equation of conduction),2009-2-8,,即,2009-2-8,,若为常数，则：,定解条件：,2009-2-8,,由以上方程和边界条件、初始条件可数值求解温度场。,但是，下面我们将重新从热量衡算出发求解一维导热问题。,*4.2.3一维稳态导热(Steady-state conduction),2009-2-8,,一、无限大单层平壁一维稳态导热（无内热源）,-可见温度分布为直线,若为常数，则：,*4.2.3一维稳态导热-薄壳衡算法,2009-2-8,,二、无限大多层平壁一维稳态导热（无内热源）,*4.2.3一维稳态导热-薄壳衡算法,Driving force Thermal resistance,2009-2-8,,思考1：若上述平壁的右侧与环境进行对流传热，设环境温度为t0、对流传热系数为，则传热量表达式如何？,*4.2.3一维稳态导热-薄壳衡算法,2009-2-8,,三、无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热源）,若为常数，则：,-可见温度分布 为对数关系,*4.2.3一维稳态导热-薄壳衡算法,2009-2-8,,*4.2.3一维稳态导热-薄壳衡算法,2009-2-8,,对数平均、算术平均、几何平均的比较：,绿线-对数平均 黄线-几何平均 红线-算术平均,平均值,x=5时,对数平均,几何平均,算术平均,2009-2-8,,Q=常数，但 q常数,四、无限长多层圆筒壁一维稳态导热（无内热源）,*4.2.3一维稳态导热-薄壳衡算法,2009-2-8,,思考1： 气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？,思考2：圆管保温层越厚，保温效果越好吗？,*4.2.3一维稳态导热-薄壳衡算法,b1,b2,1,2,Q,b2,b1,2,1,Q,2009-2-8,,*4.2.3一维稳态导热-薄壳衡算法,五、保温层的临界厚度,2009-2-8,,影响因素： 接触材料的种类及硬度， 接触面的粗糙程度， 接触面的压紧力， 空隙内的流体性质。 接触热阻一般通过实验测定或凭经验估计,*4.2.3一维稳态导热-薄壳衡算法,六、接触热阻,4.2.4 非稳态导热(Unsteady-state conduction),4.2.4非稳态导热,【例4.1】外径为25mm的钢管，其外壁温度保持350不变，为减少其热损失，管外包一层导热系数为0.2 W/（mK）的保温层。已知保温层外壁对空气的对流传热系数近似为10 W/（m2K），空气温度为20。试求： （1）保温层厚度分别为2mm、5mm、7mm时每