传热傅里叶定律

1、传热傅里叶定律第1页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日1. 温度梯度 温度场：某一瞬间，空间(物体)所有各点温度分布。 t = f (x, y, z, )温度，或K时间, s2.2 传导传热一. 基本概念和傅立叶定律 稳态传热非稳态传热物体的温度分布随时间变化 物体中各点温度与时间无关温度场 稳态一维温度场第2页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日温度场中同一时刻下相同温度各点所组成的曲面为等温面。 沿等温面无热量传递 温度不同的等温面彼此不相交 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 等温面第3页，共24页，2022年，5月20日，17点

2、6分，星期日温度差 Dt 与法向垂直距离 D 之间的比值温度梯度称为温度梯度 dtdgradientt + Dttt - Dtdtd不同温度的等温面之间存在温度差 标量：只有大小，没有方向第4页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日= Q/传热速率，W；A等温表面的面积，m2；比例系数，称为导热系数，W/(m)2. 傅立叶定律 传导的热量与温度梯度、传热面积和传热时间成正比 dQ-dAdtd或负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反。F = Advd对比牛顿黏性定律= -l QAd td；= -l Ad td第5页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日- Adt

3、dl = 3. 热导率，又称导热系数 1物理意义：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，即在相同的温度梯度下传热速率越大。2影响因数：主要有物质种类、组成和温度，并与结构疏松程度有关。3第6页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日导热系数通常用实验方法测定 表1 物质导热系数的数量级物质种类气体 液体绝热材料建筑材料金属/Wm-1K0.010.10.10.010.10.1110100第7页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日1). 固体的导热系数 所有固体中，金属是最好的导热体 纯度 l纯金属 温度 合金 纯金属 密度 l非金

4、属 温度 对大多数固体，值与温度大致成线性关系自由电子热运动时做杂乱无章地运动。在很低的温度下金属热阻很小，温度越高，热阻越大。第8页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日2). 液体的导热系数 液体可分为金属液体和非金属液体 l液态金属 l一般液体 在非金属液体中，水的导热系数最大 l溶液 纯液体 第9页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日3). 气体的导热系数 (0.010.1W/m K)气体的导热系数低，适用于保温隔热。气体的导热系数，随温度升高而增大。在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强的变化甚微，可以忽略不计。只有在过高或过低的压强(2105k

5、Pa或 t2t1t2t0 =A (t1 t2)l= -l Adtd第13页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日=A(t1 t2)lq =A=(t1 t2)l传热强度 单层平壁的热传导公式第14页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日每一层由不同种类材料构成，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t1t2t3t4第15页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日对第一层： 1 =A1(t1t2) t1 = t1t2 = 对第二层： 2=A2(t2t3) t2 = t2t3 = 对第三层： 3=A3(t3t4) t3 =

6、t3t4 = 因1 = 2 = 3 = ，A1 = A2 = A3 = A 第16页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日t1t4 = t = 多层平壁的热传导公式第17页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日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第18页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日因圆筒壁厚度 = 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+

7、r2)/2 第19页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日 4. 多层圆筒壁的热传导 = 第20页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日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. 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第21页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日热流体冷流体壁面流体通过间壁的热交换经过“对流传导对流”三个串联步骤。TwtwTt热流体冷流体A1A2第22页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日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。层流内层的热阻的对流传热的控制因素。第23页，共24页，2022年，5月20日，17点6分，星期日二. 牛顿传热方程 影响对流传热的因素