化工原理傳熱熱傳導(dǎo)

化工原理傳熱熱傳導(dǎo)第1頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月一、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(diǎn)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(diǎn)的溫度隨時間而改變

溫度場中各點(diǎn)的溫度不隨時間而改變

等溫面：

溫度場中溫度相同的點(diǎn)組成的面

第2頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月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

第3頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月λ——比例系數(shù)，稱為導(dǎo)熱系數(shù)。w/m·k負(fù)號表示熱流方向與溫度梯度方向相反。

——付立葉定律

第4頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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，非金屬的固體次之，液體的較小，氣體的最小。

第5頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月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，第6頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月純液體的導(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。第7頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月三、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=t1

x=b時，t=t2

第8頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月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)熱阻越大第9頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月2、多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)

第10頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月推廣到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。

第11頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月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)椋?/p>

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)。

第12頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月四、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：

第13頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月分離變量積分：

——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

第14頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月——圓筒壁的內(nèi)外表面的對數(shù)平均面積，m2

當(dāng)r2/r1≤2時可用算術(shù)平均值代替對數(shù)平均值