化工原理第四章第二節(jié)講稿

2023/11/5第四章

傳熱一、基本概念和傅立葉定律二、導熱系數(shù)三、平壁的穩(wěn)定熱傳導四、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導第二節(jié)

熱傳導2023/11/5一、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)學表達式為

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

2023/11/52、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

2023/11/5λ——比例系數(shù)，稱為導熱系數(shù)。w/m·k負號表示熱流方向與溫度梯度方向相反。

——付立葉定律

2023/11/5二、導熱系數(shù)

1、導熱系數(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，金屬的導熱系數(shù)最大，非金屬的固體次之，液體的較小，氣體的最小。

2023/11/52、固體的導熱系數(shù)

純金屬的導熱系數(shù)一般隨溫度的升高而降低，金屬的導熱系數(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、液體的導熱系數(shù)

在非金屬液體中，水的導熱系數(shù)最大。除水和甘油外，絕大多數(shù)液體的導熱系數(shù)隨溫度的升高而略有減小，2023/11/5純液體的導熱系數(shù)比溶液的導熱系數(shù)大。3、氣體的導熱系數(shù)

氣體的導熱系數(shù)很小，不利于導熱，但有利于保溫。氣體的導熱系數(shù)隨溫度升高而加大。在相當大的壓強范圍內(nèi)，氣體的導熱系數(shù)隨壓強變化極小

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，因而導熱系數(shù)也不同，在工程計算中常取導熱系數(shù)的算術平均值。2023/11/5三、通過平壁的穩(wěn)定熱傳導

1、單層平壁的穩(wěn)定熱傳導

邊界條件為：x=0時，t=t1

x=b時，t=t2

2023/11/5R——導熱熱阻，K/W；r——單位面積的導熱熱阻。傳導距離b越大，傳熱面積和導熱系數(shù)越小，傳導熱阻越大2023/11/52、多層平壁的穩(wěn)定熱傳導

2023/11/5推廣到n層平壁有：多層平壁導熱是一種串聯(lián)的導熱過程，串聯(lián)導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。

2023/11/53、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等因素有關。

2023/11/5四、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導1、單層圓筒壁的熱傳導仿照平壁熱傳導公式，通過該圓筒壁的導熱速率可以表示為：

2023/11/5分離變量積分：

——圓筒壁的導熱熱阻

這個式子也可以寫成與平壁傳導速率方程類似的形式

2023/11/5——圓筒壁的內(nèi)外表面的對數(shù)平均面積，m2

當