主要內(nèi)容本章介紹了三種基本傳熱方式,即導熱、對流傳熱

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 回收和利用廢熱，節(jié)省能源回收和利用廢熱，節(jié)省能源保溫保溫： 為減少熱損失，對高溫或低溫的設備及管道進行保溫隔熱。為減少熱損失，對高溫或低溫的設備及管道進行保溫隔熱。如工業(yè)上分離空氣的精餾塔，塔內(nèi)溫度在如工業(yè)上分離空氣的精餾塔，塔內(nèi)溫度在-180，如設備不保溫絕，如設備不保溫絕熱，則冷量損失太大，且操作無法進行。熱，則冷量損失太大，且操作無法進行。 )(23:3.77322冷卻冷凝與氣體分離液氨氮肥生產(chǎn)NHHNcatK內(nèi)容：內(nèi)容：研究方法不同研究方法不同：熱力學研究的是黑箱法熱力學研究的是黑箱法 ，只研究體系與環(huán)境的能量交換，不考慮機理。它是建立熱力學三大定律上的嚴格數(shù)學推

2、導。傳熱學的研究方法是一種工程方法。傳熱學的研究方法是一種工程方法。數(shù)學模型法數(shù)學模型法因次因次分析法，分析法，常常用大量經(jīng)驗式組成、半經(jīng)驗半理論的方法。 熱傳導熱傳導： 熱傳導又稱導熱。是指熱量從物體的高溫部分向同一熱傳導又稱導熱。是指熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個高溫物體向一個與它直接接物體的低溫部分、或者從一個高溫物體向一個與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。觸的低溫物體傳熱的過程。導熱是靜止物體的一種傳熱方導熱是靜止物體的一種傳熱方式，不依靠物質(zhì)的宏觀位移式，不依靠物質(zhì)的宏觀位移。 熱傳導在氣、液、固中均可以進行，但傳導的機理不熱傳導在氣、液、固中均可以進行，但傳導

3、的機理不同。金屬同。金屬-自由電子的擴散運動；非金屬和大部分液體自由電子的擴散運動；非金屬和大部分液體（除水銀等）（除水銀等）晶格振動和分子碰撞；氣體晶格振動和分子碰撞；氣體分子分子不規(guī)則熱運動。不規(guī)則熱運動。 如：一根鐵棒一端放在火爐上燒，熱量會通過鐵棒傳如：一根鐵棒一端放在火爐上燒，熱量會通過鐵棒傳遞到另一側，但無物質(zhì)的宏觀位移。遞到另一側，但無物質(zhì)的宏觀位移。對流傳熱對流傳熱：依靠流體的宏觀位移，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。依靠流體的宏觀位移，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。對流傳熱過程伴隨著流體質(zhì)點間的熱傳導。工程上對流傳熱過程伴隨著流體質(zhì)點間的熱傳導。工程上習慣常將流體習慣常

4、將流體與固體壁面之間的傳熱稱為與固體壁面之間的傳熱稱為對流傳熱對流傳熱。實際上包括對流和傳導兩實際上包括對流和傳導兩種形式：靠近壁面附近的流體層（層流內(nèi)層）中依靠熱傳導的方種形式：靠近壁面附近的流體層（層流內(nèi)層）中依靠熱傳導的方式傳熱，在流體主體（湍流）中則主要依靠對流方式傳熱。式傳熱，在流體主體（湍流）中則主要依靠對流方式傳熱。 輻射傳熱輻射傳熱：是指因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。物體將熱能是指因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。物體將熱能變?yōu)檩椛淠?，以電磁波的形式在空中傳播，當遇到另一物體時，變?yōu)檩椛淠?，以電磁波的形式在空中傳播，當遇到另一物體時，又被全部或部分地吸收而變?yōu)闊崮堋?/p>

5、又被全部或部分地吸收而變?yōu)闊崮堋?特點特點: (1)不需要介質(zhì)不需要介質(zhì) (2) EaT4 三種傳熱方式一般不單獨存在，往往相互伴隨，同時出現(xiàn)。三種傳熱方式一般不單獨存在，往往相互伴隨，同時出現(xiàn)。如熱量在設備保溫層中的傳遞，以導熱為主，而由保溫層向空氣如熱量在設備保溫層中的傳遞，以導熱為主，而由保溫層向空氣散熱，則是對流和輻射并聯(lián)傳熱的結果。散熱，則是對流和輻射并聯(lián)傳熱的結果。 強制對流攪拌等外力所致風機由于泵重者下沉輕者上浮自然對流同引起的密度差所致由于流體中各點溫度不質(zhì)點的相對位移,),(: CO+H2OCO2+H2+Q在傳熱系統(tǒng)中各點的溫度分布不隨時間而改變在傳熱系統(tǒng)中各點的溫度分布不隨

6、時間而改變的傳熱過程；穩(wěn)態(tài)傳熱時各點的熱流量不隨時間而變，連的傳熱過程；穩(wěn)態(tài)傳熱時各點的熱流量不隨時間而變，連續(xù)生產(chǎn)過程中的傳熱多為穩(wěn)態(tài)傳熱。續(xù)生產(chǎn)過程中的傳熱多為穩(wěn)態(tài)傳熱。傳熱系統(tǒng)中各點的溫度既隨位置又隨時間而傳熱系統(tǒng)中各點的溫度既隨位置又隨時間而變的傳熱過程。變的傳熱過程。 1、 t+ t t n l等溫面及溫度梯度傳熱速率傳熱速率 Q： 熱通量熱通量 q： 等溫面：等溫面： 溫度變化率：溫度變化率： 溫度梯度溫度梯度nt ： 單位時間傳遞的熱量，J/s單位傳熱面積的傳熱速率，J/m2s，矢量，方向為傳熱面的法線方向 AddQq t+ t t n l等溫面及溫度梯度lt ntntn 0li

7、m6.2 熱傳導熱傳導6.2.1 傅立葉定律傅立葉定律一、基本概念一、基本概念 t+ t t n l等溫面及溫度梯度ntAddQq dydu 負號表示負號表示q q與溫度梯度方向相反與溫度梯度方向相反稱為導熱系數(shù)稱為導熱系數(shù) , , 單位為單位為W/(mK) 6.2.1 傅立葉定律傅立葉定律物性之一：與物質(zhì)種類、熱力學狀態(tài)（物性之一：與物質(zhì)種類、熱力學狀態(tài)（T T、P P）有關）有關物理含義：代表單位溫度梯度下的熱通量大小，物理含義：代表單位溫度梯度下的熱通量大小， 故物質(zhì)的故物質(zhì)的 越大，導熱性能越好。越大，導熱性能越好。 一般地一般地， 導電固體導電固體 非導電固體非導電固體， 液體液體

8、氣體氣體 T T ， 氣體氣體 ， 水水 ，其它液體的，其它液體的 。二、傅立葉定律二、傅立葉定律 由以上方程和邊界條件、初始條件可數(shù)值求解溫度場。由以上方程和邊界條件、初始條件可數(shù)值求解溫度場。 但是，下面我們將重新從熱量衡算出發(fā)求解但是，下面我們將重新從熱量衡算出發(fā)求解一維穩(wěn)態(tài)一維穩(wěn)態(tài)導導熱問題。熱問題。6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導熱一維穩(wěn)態(tài)導熱0 xtx 一維穩(wěn)態(tài)時一維穩(wěn)態(tài)時 t t1 t2 0 b x常數(shù)常數(shù)速率速率輸出熱量輸出熱量速率速率輸入熱量輸入熱量 QQ常數(shù)常數(shù) dxdtAqAQ bttdxdt21 常數(shù)常數(shù)熱熱阻阻推推動動力力 Abtt 21qAQ dx一、無限大一、無限大單層平壁單

9、層平壁一維穩(wěn)態(tài)導熱（無內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導熱（無內(nèi)熱源）-可見溫度分布為直線可見溫度分布為直線若若 為常數(shù)，則：為常數(shù)，則：6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導熱一維穩(wěn)態(tài)導熱-薄殼衡算法薄殼衡算法 t t2 t3 t4 t1 0 x b顯然，通過每一層的 Q=常數(shù)或 q=常數(shù) 熱熱阻阻推推動動力力 qAQ 總總熱熱阻阻總總推推動動力力 AbttAbttAbttAbttiii 3141334322321121二、無限大二、無限大多層平壁多層平壁一維穩(wěn)態(tài)導熱（無內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導熱（無內(nèi)熱源）6.2.3一維穩(wěn)態(tài)導熱一維穩(wěn)態(tài)導熱-薄殼衡算法薄殼衡算法 t t2 t3 t4 t1 0 x b總總熱熱阻阻總總推推動動力力

10、 AAbttAttAbttQiiiiii 113101043141 04ttAQ 牛牛頓頓冷冷卻卻定定律律：思考思考1：若上述平壁的右側與環(huán)境進行對流傳熱，設環(huán)境溫若上述平壁的右側與環(huán)境進行對流傳熱，設環(huán)境溫 度為度為t0、對流傳熱系數(shù)為、對流傳熱系數(shù)為 ，則傳熱量表達式如何？，則傳熱量表達式如何？6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導熱一維穩(wěn)態(tài)導熱-薄殼衡算法薄殼衡算法0t 常常數(shù)數(shù) drdtAqAQ 常常數(shù)數(shù)但但 q常數(shù)常數(shù) drdtrLqAQ 2drrLQdtrrtt 112 LrrttQ211ln t t1 r1 r2 t20 r bQQdr薄殼衡算法三、無限長三、無限長單層圓筒壁單層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導熱

11、（無內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導熱（無內(nèi)熱源）若為常數(shù)，則：-可見溫度分布可見溫度分布 為對數(shù)關系為對數(shù)關系6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導熱一維穩(wěn)態(tài)導熱-薄殼衡算法薄殼衡算法 12121221122122rrrrLrrttLrrttQlnln 1212lnrrrrrm 令令-對數(shù)平均半徑當212 rr時，可用算術平均代替 mmAbttrLbttQ21212 于是于是 t t1 r1 r2 t20 r bQQdr薄殼衡算法熱阻熱阻推動力推動力對照：平壁：對照：平壁： AbttQ 216.2.2一維穩(wěn)態(tài)導熱一維穩(wěn)態(tài)導熱-薄殼衡算法薄殼衡算法對數(shù)平均、算術平均、幾何平均的比較對數(shù)平均、算術平均、幾何平均的比較：綠線綠線

12、-對數(shù)平均對數(shù)平均黃線黃線-幾何平均幾何平均紅線紅線-算術平均算術平均平均值x=5時對數(shù)平均對數(shù)平均幾何平均幾何平均算術平均算術平均熱阻熱阻推動力推動力 qAQ t t1 t2 t3 t4 r1 r2 t20 r b1 b2 b3總熱阻總熱阻總推動力總推動力 miiiimmmAbttAbttAbttAbtt 3141333432223211121 Q=常數(shù)，但常數(shù)，但 q 常數(shù)常數(shù)四、無限長四、無限長多層圓筒壁多層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導熱（無內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導熱（無內(nèi)熱源）6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導熱一維穩(wěn)態(tài)導熱-薄殼衡算法薄殼衡算法思考思考1 1： 氣溫下降，應添加衣服，應把保暖性好的衣服穿在氣溫下降，

13、應添加衣服，應把保暖性好的衣服穿在里面好，還是穿在外面好？里面好，還是穿在外面好？思考思考2 2：保溫層越厚，保溫效果越好嗎？保溫層越厚，保溫效果越好嗎？6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導熱一維穩(wěn)態(tài)導熱-薄殼衡算法薄殼衡算法bb 1 2Qbb 2 1Q 21 21201212LrLrrttQ ln總熱阻總熱阻總推動力總推動力02 drdQ令令 t1 t2 t0 r1 r2 則 2r 002222 drdQrdrdQr時，時，當當時，時，當當 Q rcr2-臨界半徑 rc故 Q 有極大值 6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導熱一維穩(wěn)態(tài)導熱-薄殼衡算法薄殼衡算法五、保溫層的臨界厚度五、保溫層的臨界厚度影響因素影響因素：接觸材料的種類及硬度，接觸材料的種類及硬度，接觸面的粗糙程度，接觸面的粗糙程度，接觸面的壓緊力，接觸面的壓緊力，空隙內(nèi)的流體性質(zhì)?？障秲?nèi)的流體性質(zhì)。 接觸熱阻一般通過實驗測接觸熱阻一般通過實驗測定或憑經(jīng)驗估計定或憑經(jīng)驗估計6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導熱一維穩(wěn)態(tài)導熱-薄殼衡算法薄殼衡算法六、接觸熱阻六、接觸熱阻Q