热传导机理气体温度不同的相邻分子相互碰撞造成热传

1、热传导机理热传导机理 气体气体：温度不同的相邻分子相互碰撞，造成热量传递。 液体液体：分子间作用力较强，由相邻分子振动导致热传递。 固体：固体：相邻分子的碰撞或电子的迁移。 4.2.1 基本概念和傅立叶定律基本概念和傅立叶定律 （1 1）温度场）温度场 所研究的具有一定温度分布的空间范围。4.2 热传导（导热）热传导（导热） 在温度差的驱动下，通过分子相互碰撞、分子振动、电子的迁移传递热量的过程。),(zyxft 稳态温度场：稳态温度场： ),(zyxft ),(zyxft 非稳态温度场：非稳态温度场：t / 64321780l / m加热炉加热炉i时间导 热 过 程 示 意 图ttttntn

2、nad法向等温面等温面、温度梯度与热流方向 （2）描述温度场特性的几个参数描述温度场特性的几个参数 等温面等温面 具有相同温度的点组成的面 特点特点：等温面上各点温度相等， 等温面不会相交。 温度梯度温度梯度 沿等温面法线方向的温度变化率。nt方向方向：沿温度增高方向为正，且与等温面垂直。ntn0limntdndtn0lim对一维稳态导热：)/(,2mwaq（3）热流量热流量 单位时间内所传导的热量， w。（4 4）傅立叶定律）傅立叶定律ntantq或：热导率，w/（mk），w/（m ）；a：传热面积，m2，垂直于热流方向的面积；负号负号：与 方向相反(热流量从高温向低温)。nt热流密度热流密

3、度：表明表明： nta，热传导中，dndta一维稳态导热：dndtq或：4.2.2 热导率热导率ntqkmw/说明：说明： 物性参数，标志物质导热性能； 影响因素：=f(材料，结构，温度，湿度，压强)； 来源：实验方法测定 ，工业上常见物质的热导率可 从有关手册中查得。定义式定义式: 8几种气体的导热率412653t / 072004006001000800165432102/(wm-11）1水蒸气2氧气3二氧化碳4空气5氮气6氩气几种气体的热导率：几种气体的热导率：0161026242012各种液体的导热率水11514131211109876543285.98/(wm-11）t /h2o85

4、.98/(wm-11）475153555759491无水甘油2蚁酸3甲醇4乙醇5蓖麻油6苯胺7醋酸8丙酮9丁醇10硝基苯11异丙苯12苯13甲苯14二甲苯15凡士林油2060100140几种液体的热导率：几种液体的热导率：气体液体非金属金属可见，在数值上： 物质热导率的大致范围物质热导率的大致范围 物质种类 热导率 纯金属 1001400 金属合金 50500液态金属 30300非金属固体 0.05 50 非金属液体 0.55绝热材料 0.051 气体 0.0050.5 0.010.020.040.060.10.20.40.61246102040601002004006002006001000

5、14001800空气甲烷二氧化碳苯（气态）硅藻土冰水硅砖粘土耐火砖镁砖铝（液体）高合金钢合金钢低碳钢钾（液体）锌（液体）钢（液体）锌（固体）铜铝温度 k不同物质导热系数随温度变化的比较导热系数w/mk)1 (0ta对多数匀质固体：温度系数a；多数金属：0a0a多数非金属：不同物质随温度变化的不同物质随温度变化的一般规律一般规律,:t气体)(,:水、无水甘油例外液体t)(,高合金钢例外金属：t)(,冰例外非金属：t固体：4.2.3 平壁的稳态热传平壁的稳态热传导导(1) (1) 单层平壁的稳态热传导单层平壁的稳态热传导 条件条件：平壁、一维稳态导热(x x 方向)；内容内容：热流量计算、温度分布

6、 。 对平壁做热量衡算对平壁做热量衡算：热量积累率输出热流率输入热流率输出热流率输入热流率 const即：热流量对稳态传热：对稳态传热：bx1x2txt1t2 单层平壁的稳态热传导热导率为常数热导率为常数dxdta210ttbdtadx积分：)(12ttba得：rtabtt21传热阻力（热阻）传热推动力（温差）rtbttq21热流密度：arr br 热流量：热流量：t2t1x /mt/ 单层平壁导热温度分布平壁内的温度分布：平壁内的温度分布：dxadt由：cxat积分得：即：沿壁厚方向，温度分布为一直线。沿壁厚方向，温度分布为一直线。 热导率和温度有关热导率和温度有关方法方法1 1：，积分得：

7、代入)1 (0tadxdttq)(2121)1(0 xxttdxqdtt)(211)(21210ttattqb整理：mbttq/21热流密度：kmwtttmm/)(21(21的热导率，：平均温度平壁内的温度分布：平壁内的温度分布：xxttdxqdtt11)1(0不定积分：axxaqtat1)(2)1(211021解得：方法方法2：把 m，按为常数处理，即：=f(t)时，时，沿壁厚方向，温度分布为非线性。abttm21热流量：t/ x/m)1 (0tm单层平壁导热的热流量与壁内的温度分布对温度分布的影响3333abtx /mt2t1t/t2t3t4多层平壁稳态导热温度分布3211111abt22

8、22abt333222111321abababttt和比定理：(2) 多层平壁的稳态热传导多层平壁的稳态热传导 条件条件：多层平壁一维稳态导热(x方向)。 则则：33322211141abababttiirt11nitttt其中，iiiiabrr4.2.4 长圆筒壁的稳态热传导长圆筒壁的稳态热传导 l/d 10，可按一维导热处理。与平壁稳态热传导相比，与平壁稳态热传导相比，相同点：相同点：一维稳态导热，=常数r1r2t1t2 单层圆筒壁的导热不同点：不同点：热流方向（径向）；传热面积沿径向不同径向不同热流密度)/(aq221122qrqr(1) (1) 计算热流量计算热流量 单层圆筒壁单层圆筒

9、壁 沿径向取一小薄层，由傅立叶定律：drdtrldrdta)2(321qqqrlar2r1r2t1t2单层圆筒壁的导热rtlrrttrrttl2/lnln212211221lrrr2)/ln(12其中，lrlrrrttrrl22ln)()(212122112变形：121221ln)(aabaatt1212lnaaaaam对数平均面积：mabtt21热流量：mablrrr2)/ln(12其中， 多层圆筒壁多层圆筒壁33322211141mmmabababtt12121lnaaaaam其中，23232lnaaaaamrtlrrtt2/ln122134343lnaaaaam334223112412)/ln(2)/ln(2)/ln(lrrlrrlrrttiirtr1r2r3r4t1t2t3t4123多层圆筒壁的导热(2) 圆筒壁内温度分布圆筒壁内温度分布 可由傅立叶定律得出：drdtrlq)2(11ln2rrltt积分得： 即：沿半径方向，温度分布为非线性。 4.2.5 圆球壁的稳态热传