化工原理課件：32傳熱熱傳導(dǎo)

1、2022年7月18日第三章 傳熱一、基本概念和傅立葉定律二、導(dǎo)熱系數(shù)三、平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)四、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)2022年7月18日一、基本概念和傅立葉定律 1、溫度場和等溫面 溫度場 物體或系統(tǒng)內(nèi)部的各點溫度分布的總和 溫度場的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 穩(wěn)定溫度場 不穩(wěn)定溫度場 溫度場中各點的溫度隨時間而改變 溫度場中各點的溫度不隨時間而改變 等溫面： 溫度場中溫度相同的點組成的面 2022年7月18日2、溫度梯度 溫度梯度 ：等溫面法線方向上的溫度變化率，用gradt表示 。 溫度梯度是向量，正方向指向溫度增加的方向。對于一維穩(wěn)定的溫度場，溫度梯度可表示為 ：3、付立葉定律 2022年7月

2、18日比例系數(shù)，稱為導(dǎo)熱系數(shù)。w/mk負(fù)號表示熱流方向與溫度梯度方向相反。 付立葉定律 2022年7月18日二、導(dǎo)熱系數(shù) 1、導(dǎo)熱系數(shù)的定義 在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一 。 一般，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大，非金屬和固體次之，液體的較小，氣體的最小。 2022年7月18日2、固體的導(dǎo)熱系數(shù) 純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)一般隨溫度的升高而降低，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)大都隨純度的增加而增大。非金屬的建筑材料或絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨密度增加而增大，也隨溫度升高而增大。3、液體的導(dǎo)熱系數(shù) 在非金屬液體中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大。除水和甘油外，絕大多數(shù)液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而略有減小，2022年7月18日

3、純液體的導(dǎo)熱系數(shù)比溶液的導(dǎo)熱系數(shù)大。3、氣體的導(dǎo)熱系數(shù) 氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，不利于導(dǎo)熱，但有利于保溫。 氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而加大 。 在相當(dāng)大的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨壓強(qiáng)變化極小 注意：在傳熱過程中，物質(zhì)內(nèi)不同位置的溫度可能不相同，因而導(dǎo)熱系數(shù)也不同，在工程計算中常取導(dǎo)熱系數(shù)的算術(shù)平均值。2022年7月18日固體的導(dǎo)熱系數(shù) 金屬材料：= 10400W/(m.K) 建筑材料：= 0.53.0 W/(m.K) 絕熱材料：= 0.020.2 W/(m.K) 2022年7月18日一般由實驗確定f(物質(zhì)的組成，結(jié)構(gòu)，密度，溫度，壓強(qiáng)） 金屬非金屬液體氣體低壓氣體混合物的導(dǎo)熱系數(shù)： 分別為組分

4、的摩爾分率，分子量及導(dǎo)熱系數(shù) 2022年7月18日三、通過平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 1、單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 邊界條件為：x=0 時，t=t1x=b 時，t=t2 2022年7月18日 R導(dǎo)熱熱阻，K/W ； r單位面積的導(dǎo)熱熱阻 。傳導(dǎo)距離b越大，傳熱面積和導(dǎo)熱系數(shù)越小，傳導(dǎo)熱阻越大2022年7月18日壁內(nèi)溫度分布 將積分限改為 t： t1 tx X: 0 x常數(shù)2022年7月18日2、多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 2022年7月18日2022年7月18日2022年7月18日化工原理概述高低并列式提升管催化裂化裝置的工藝流程 2022年7月18日推廣到n層平壁有： 多層平壁導(dǎo)熱是一種串聯(lián)的導(dǎo)熱過程，串聯(lián)導(dǎo)熱

5、過程的推動力為各分過程溫度差之和，即總溫度差，總熱阻為各分過程熱阻之和，也就是串聯(lián)電阻疊加原則。 2022年7月18日3、接觸熱阻 若以r0表示單位傳熱面的接觸熱阻，通過兩層平壁的熱通量變?yōu)?： 接觸熱阻與接觸面的材料，表面粗糙度及接觸面上壓強(qiáng)等因素有關(guān)。 2022年7月18日四、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)1、單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)仿照平壁熱傳導(dǎo)公式，通過該圓筒壁的導(dǎo)熱速率可以表示為： 2022年7月18日分離變量積分： 圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻 這個式子也可以寫成與平壁傳導(dǎo)速率方程類似的形式 2022年7月18日圓筒壁的內(nèi)外表面的對數(shù)平均面積，m2 當(dāng)r2/r12時可用算術(shù)平均值代替對數(shù)平均值 2022年7月1

6、8日圓筒壁內(nèi)溫度分布求與圓心軸距離為rx處的溫度tx， t： t1 tx r： r1 rx 兩式相除：2022年7月18日2、多層圓筒壁的熱傳導(dǎo) 與多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)計算類似，可導(dǎo)出：2022年7月18日2022年7月18日例51： 已知：一蒸汽管，外包一層石棉灰保溫 t1 = 180，r1 = 75mm，r2 =175mm， t2 = 41，= 0.103 + 0.000198 t 求：（1）每米管長熱損失ql = ？（W/m） （2）rx = 125mm處的溫度tx = ？ 2022年7月18日例52： 已知：不銹鋼管，外包兩層保溫層，一層石棉，一層玻璃布。t1 = 300，d1 = 0.042m，1 = 16W/(m.K)，1 = 0.004m，d2 = 0.05m，2 = 0.02m，2 = 0.2W/(m.K)，3 = 0.002m，3 = 0.1W/(m.K)，t4 = 50。 求：每米管長熱損失ql = ？ t2 = ？ t3 = ？ 2022年7月18日空心球壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱 以