化工流体流动第二节热传导.ppt

间壁式换热和间壁式换热器 图4 3间壁两侧流体间传热 第4章传热 4 1概述 4 2热传导 4 2热传导 4 2 1基本概念和傅立叶定律 1 温度场和温度梯度 1 温度场和温度梯度 温度场的数学表达式 1 温度场 定态温度场 定态一维温度场 定义 任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和 2 等温面 定义 温度场中同一时刻下相同温度各点所组成的面积 b沿等温面无热量传递 a温度不同的等温面彼此不相交 c沿和等温面相交的任何方向上 温度随距离的变化程度以沿与等温面的垂直方向为最大 1 温度场和温度梯度 特点 3 温度梯度 定义 数学定义式 1 温度场和温度梯度 3 温度梯度 1 温度场和温度梯度 温度梯度为向量 它的正方向是指向温度增加的方向 通常将温度梯度的标量也称为温度梯度 定态的一维温度场 1 温度场和温度梯度 4 2 1基本概念和傅立叶定律 2 傅立叶定律 2 傅立叶定律 定义式 表示通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比 傅立叶定律与牛顿定律相类似 导热系数是粒子微观运动特性的表现 4 2热传导 4 2 1基本概念和傅立叶定律 4 2 2导热系数 4 2 2导热系数 定义式 导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量 导热系数表征物质导热能力的大小 是物质的物理性质之一 一般来说 金属的导热系数最大 非金属固体次之 液体较小 气体最小 导热系数 W m oC 0 006 0 060 07 0 70 2 3 015 420 0 25 气体液体非导电固体金属绝热材料 4 2 2导热系数 与组成 温度和密度等因素有关 1 固体的导热系数 非金属随着密度增加而增大 随着温度升高而增大 纯金属导热系数一般随温度升高而降低 金属的导热系数大多随着其纯度的增加而增大 4 2 2导热系数 对大多数均质固体 导热系数与温度近似呈线性关系 为常数 又称温度系数 1 对大多数金属材料 为负值 对大多数非金属材料 为正值 1 固体的导热系数 4 2 2导热系数 2 液体的导热系数 非液态金属 除水和甘油外 液体的导热系数随温度升高而减小 液态金属导热系数比一般液体的要高 大多数液态金属的导热系数随温度升高而降低 纯液体的导热系数比其溶液的要大 4 2 2导热系数 2 液体的导热系数 有机化合物水溶液的导热系数的估算式为 有机化合物的互溶混合液的导热系数的估算式为 4 2 2导热系数 3 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强变化甚微 在过高或过低的压强下 考虑压强的影响 此时随压强增高导热系数增大 气体的导热系数随温度升高而增大 常压下混合气体的导热系数计算式为 4 2 2导热系数 4 2热传导 4 2 1基本概念和傅立叶定律 4 2 2导热系数 4 2 3平壁的热传导 4 2 3平壁的热传导 1 单层平壁的热传导 假设 1 平壁材料均匀 2 导热系数不随温度而变 4 2 3平壁的热传导 1 单层平壁的热传导 假设 3 平壁内的温度仅沿垂直于壁面的方向变化 4 平壁面积与厚度相比很大 可以忽略边缘处的热损失 1 单层平壁的热传导 传递过程的普遍关系式及热阻 由热阻可判断界面温度和温度差 1 单层平壁的热传导 两侧面导热系数的算术平均值 或两侧面温度之算术平均值之下的导热系数 平均导热系数 导热系数为常数时 平壁内温度分布为常数 导热系数为温度的函数时 平壁内温度分布为曲线 1 单层平壁的热传导 4 2 3平壁的热传导 1 单层平壁的热传导 2 多层平壁的热传导 2 多层平壁的热传导 图4 9三层平壁热传导 接触热阻 2 多层平壁的热传导 由于表面粗糙不平 不同材料构成的界面之间可能出现明显的温度降低而产生接触热阻 接触热阻 2 多层平壁的热传导 因两个接触面间有空穴 而空穴内又充满空气 因此 传热过程包括通过实际接触面的热传导和通过空穴的热传导 高温时还有辐射传热 一般来说 因气体的导热系数很小 接触热阻主要由空穴造成 接触热阻 2 多层平壁的热传导 接触热阻与接触面材料 表面粗糙度及接触面上压强等因素有关 主要依靠实验测定 2 多层平壁的热传导 图4 9三层平壁热传导 假设 1 导热系数不随温度变化 或可取平均值 2 一维稳态 3 忽略热损失 4 没有接触热阻 2 多层平壁的热传导 定态导热时 通过各层的导热速率必相等 图4 9三层平壁热传导 2 多层平壁的热传导 4 2热传导 4 2 1基本概念和傅立叶定律 4 2 2导热系数 4 2 3平壁的热传导 4 2 4圆筒壁的热传导 4 2 4圆筒壁的热传导 1 单层圆筒壁的热传导 常量常量 传热速率 传热面积 热通量 平壁圆筒壁 常量随半径变 常量随半径变 1 单层圆筒壁的热传导 1 单层圆筒壁的热传导 可写成与单层平壁热传导速率方程相类似的形式 其中 圆筒壁的对数平均面积 圆筒壁的对数平均半径 1 单层圆筒壁的热传导 1 单层圆筒壁的热传导 化工计算中 经常采用两量的对数平均值 当两个物理量的比值等于2时 算术平均值与对数平均值相比 计算误差仅为4 这是工程计算允许的 因此当两个变量的比值小于或等于2时 经常用算术平均值代替对数平均值 使计算较为简便 2 多层圆筒壁的热传导 假设层与层之间接触良好 即互相接触的两表面温度相同