化工原理热传导.ppt

1、2020/7/20,第四章 传热,一、基本概念和傅立叶定律 二、导热系数 三、平壁的稳定热传导 四、圆筒壁的稳定热传导,第二节 热传导,2020/7/20,一、基本概念和傅立叶定律,1、温度场和等温面 温度场,物体或系统内部的各点温度分布的总和,温度场的数学表达式为,稳定温度场,不稳定温度场,温度场中各点的温度随时间而改变,温度场中各点的温度不随时间而改变,等温面：,温度场中温度相同的点组成的面,2020/7/20,2、温度梯度 温度梯度 ：,等温面法线方向上的温度变化率，用gradt表示 。,温度梯度是向量，正方向指向温度增加的方向。 对于一维稳定的温度场，温度梯度可表示为 ：,3、付立叶定

2、律,导热速率与温度梯度及传热面积成正比,2020/7/20,比例系数， 称为导热系数。w/mk 负号表示热流方向与 温度梯度方向相反。,付立叶定律,2020/7/20,二、导热系数,1、导热系数的定义,在数值上等于单位温度梯度下的热通量 ， 是物质的物理性质之一 。 一般，金属的导热系数最大，非金属的固体次之，液体的较小，气体的最小。,2020/7/20,2、固体的导热系数 纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低， 金属的导热系数大都随纯度的增加而增大。 非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数随密度增加而增大，也随温度升高而增大。,3、液体的导热系数 在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油

3、外， 绝大多数液体的导热系数随温度的升高而略有减小，,2020/7/20,纯液体的导热系数比溶液的导热系数大。,3、气体的导热系数 气体的导热系数很小，不利于导热，但有利于保温。 气体的导热系数随温度升高而加大 。 在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强变化极小 注意：在传热过程中，物质内不同位置的温度可能不相同，因而导热系数也不同，在工程计算中常取导热系数的算术平均值。,2020/7/20,三、通过平壁的稳定热传导,1、单层平壁的稳定热传导,边界条件为： x=0时，t=t1 x=b时，t=t2,2020/7/20,R导热热阻，K/W ； r单位面积的导热热阻 。 传导距离b越大，传热面积

4、和导热系数越小，传导热阻越大,2020/7/20,2、多层平壁的稳定热传导,2020/7/20,推广到n层平壁有：,多层平壁导热是一种串联的导热过程，串联导热过程的推动力为各分过程温度差之和，即总温度差，总热阻为各分过程热阻之和，也就是串联电阻叠加原则。,2020/7/20,四、圆筒壁的稳定热传导,1、单层圆筒壁的热传导,仿照平壁热传导公式，通过该圆筒壁的导热速率可以表示为：,2020/7/20,分离变量积分：,圆筒壁的导热热阻,这个式子也可以写成与平壁传导速率方程类似的形式,2020/7/20,圆筒壁的内外表面的对数平均面积，m2,当r2/r12时可用算术平均值代替对数平均值,2020/7/20,2、多层圆筒壁的热传导,与多层平壁的稳定热传导计算类似，可导出：,2020/7/20,【例1】工业炉的炉壁，由下列三层组成： 耐火砖 1=1.4W/(mK), b1=225mm 保温砖 2=0.15W/(mK), b2=115mm 保温砖 3=0.8W/(mK), b3=225mm 今测得其内壁温度为930，外壁温度为55，求单位 面积的热损失。 解：由串联热阻的概念,2020/7/20,【例2】 在一,的钢管外包有两层绝热材料，,的氧化镁粉，平均导热系数,外层为,的石棉层，其平均导热系数,现用热电偶测得管内壁温度