传热原理导热.ppt

1、第四章 传热原理,本章教学内容,概 述 第一节 导 热 第二节 对流换热 第三节 辐射换热 第四节 综合传热,概 述, 传热学 传热现象 传热方式,传热,基本传热方式,基本传热方式,导热 它是由于物体各部分的直接接触、弹性波的作用、原子或分子的扩散。自由电子的扩散所引起的能量转移。 特点：物体各部分之间不发生宏观相对位移。,热量从铁丝的高温端传递到低温端，但铁丝外观未变化。,基本传热方式,对流 在硅酸盐生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触时的热量传递。 对流只能在流体中出现，不存在单纯的对流现象。,火焰通过周围气体的运动对流能将热量从周围向其它地方传递,基本传热方式,辐射是一种由电

2、磁波来传播能量的现象。 特点是不仅产生能量的转是一种由电磁波来传播能量的现象移，而且伴随能量形式的变化。,太阳能以辐射形式透过广阔真空，传递到地球，不需要媒介。,综合传热 实际传热过程往往是三种基本方式的复杂组合。,第一节 导 热,一、导热的基本概念及定律 二、导热系数 传热现象 三、导热微分方程 四、无热源的稳定态导热 五、具有内热源热源的稳定态导热,一、导热的基本概念及定律,一、导热的基本概念及定律,温度场,一、导热的基本概念及定律,温度场,热量从高温面向其对面传递,一、导热的基本概念及定律,温度场,热量从高温面向侧面、对面传递,一、导热的基本概念及定律,温度场,热量从高温面向两侧面、对面

3、、上下底面传递,等温面和等温线,一、导热的基本概念及定律,等温面被平面所切产生等温线,温度梯度,一、导热的基本概念及定律,沿等温面法线方向的温度变化率称为温度梯度。,注意：温度梯度方向 指向温度升高方向， 与热流方向相反,热流和热量,一、导热的基本概念及定律,稳态传热和非稳态传热,一、导热的基本概念及定律,傅立叶定律,一、导热的基本概念及定律,在导热现象中，单位时间内通过单位面积的热量与温度梯度成正比，在一维温度场中，,热流的方向 与温度梯度相反,导热系数,二、导热系数,(w/m.）,二、导热系数,二、导热系数影响因素,三、导热微分方程,根据傅立叶定律：在dt时间内，沿x, y, z轴通过相应

4、面传入的热量：,三、导热微分方程,在dt时间内，沿x轴通过相应面传出的热量：,由热导引起的净热量：,三、导热微分方程,在dt时间内，在y,z轴由热导引起的净热量：,总的净热量：,傅立叶导热微分方程,三、导热微分方程,热量流入引起热焓的增量： 则有：,a为导温系数。,三、导热微分方程,三、导热微分方程,四、无热源的稳定态导热,（一）平壁导热 （二）圆筒壁导热 （三）球壁导热 （四）形状不规则物体的导热 （五）表面温度不均匀时平均温度的计算 （六）接触热阻,（一）平壁导热,单层平壁的导热,单层平壁的导热,（一）平壁导热,导热与导电的类比,导热,比较,电流从高电位到低电位,电流,产生电流的基本条件是

5、电位差,物体对电流有电阻,热流量与温度差成正比 与热阻成反比,热流从高温到低温,热流,产生热流的基本条件是温度差,物体对热流有热阻,热流量与温度差成正比 与热阻成反比,导电,（一）平壁导热,l不为常数时单层平壁的导热,（一）平壁导热,l不为常数时单层平壁的导热,（一）平壁导热,根据边界条件：x=0, t=t1,l不为常数时单层平壁的导热,（一）平壁导热,根据边界条件：x=d, t=t2,l不为常数时单层平壁的导热,（一）平壁导热,b为正值时，高温区导热系数比低温区大，温度梯度在高温区导热系数比低温区小，曲线上凸。反之曲线下凹。,多层平壁的导热,（一）平壁导热,复合平壁的导热,（一）平壁导热,复

6、合平壁的导热,（一）平壁导热,（二）圆筒壁导热,单层圆筒壁的导热,若圆筒LD，而温度仅沿半径发生变化，属于单向稳定传热。,单层圆筒壁的导热,（二）圆筒壁导热,单层圆筒壁的导热,（二）圆筒壁导热,为单层圆筒壁的热阻。,当r2/r12时，可近似将圆筒壁当作平壁处理。,多层圆筒壁的导热,（二）圆筒壁导热,简易公式，其中f为弯曲修正系数。,多层圆筒壁的导热,（二）圆筒壁导热,减少筒壁散热量的措施：,（三）球壁导热,（三）球壁导热,（四）形状不规则物体的导热,（四）形状不规则物体的导热,对中空正、长方体的边角和端角：,边角： 端角：,如对燃烧室：,适用条件： yd/5,（五）表面温度不均匀时平均温度的计

7、算,（1）表面温度相差不大,（2）表面温度变化较大时，可将全部面积划分为若干区，每一区 用上述方法算出平均温度，计算出该区热量，总热量为：,将表面分成n块小面积,分区面积相等,（六）接触热阻,多层平壁、多层圆筒壁和符合平壁中，由于接触面并非完全光滑，两层的面与面之间只能部分接触，不接触部分形成空隙，空隙中充满空气。由于空气导热系数比固体材料导热系数小得多，从而在界面出产生一附加热阻，并引起温度降落，这种热阻称为接触热阻。,（六）接触热阻,接触热阻的大小主要取决于表面粗糙程度； 接触面上压力增大热阻减小； 热阻还与空隙中介质性质有关 可在接触界面上加铜皮等减小热阻。,五、具有内热源的稳定态导热,

8、（一）具有内热源的平壁导热 （二）具有内热源的长圆柱体和圆筒壁导热 （三）具有内热源的球体导热,（一）具有内热源的平壁导热,问题：均匀内热源qv，无限大平壁，平壁两表面温度均匀且稳定。,（一）具有内热源的平壁导热,（二）具有内热源的长圆柱体和圆筒壁导热,问题：均匀内热源qv，表面温度tw，长圆柱体。,长圆柱体导热,（二）具有内热源的长圆柱体和圆筒壁导热,稳态导热，单位时间内内热源散发的热等于表面热损失：,长圆柱体导热,最高温度在圆柱体中心,（二）具有内热源的长圆柱体和圆筒壁导热,长圆柱体导热,（二）具有内热源的长圆柱体和圆筒壁导热,圆筒壁导热,（二）具有内热源的长圆柱体和圆筒壁导热,圆筒壁导热,（三）具有内热源球体的导热,问题：均匀内热源qv，表面温度tw。,稳态导热，单位时间内内热源散发的热等于表面热损失：,（三）具有内热源球体的导热,可得：,本节学习要点,1. 温度场温度梯度热流传热量稳定态态传热和核不稳定态传热傅立叶定律 2. 导热系数(平均导热系数) 3. 导热微分方程的基本形式(直角坐标和柱坐标) 4. 导温系数及其意义 5. 无热源的稳定态导热 (1)平壁导热(单层多