化工原理 第四章 第二節(jié)

1、2020/8/5,第四章 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),2020/8/5,一、基本概念和傅立葉定律,1、溫度場(chǎng)和等溫面 溫度場(chǎng),物體或系統(tǒng)內(nèi)部的各點(diǎn)溫度分布的總和,穩(wěn)定溫度場(chǎng),不穩(wěn)定溫度場(chǎng),溫度場(chǎng)中各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間而改變,溫度場(chǎng)中各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間而改變,等溫面：,溫度場(chǎng)中溫度相同的點(diǎn)組成的面,2020/8/5,2、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(duì)于一維穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，溫度梯度可表示為 ：,3、付立葉定律,2020/8/5,比例系

2、數(shù)， 稱為導(dǎo)熱系數(shù)。W/mk 負(fù)號(hào)表示熱流方向與 溫度梯度方向相反。,付立葉定律,2020/8/5,二、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。,2020/8/5,2、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，,2020/8/5,

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(guò)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(jì)算中常取導(dǎo)熱系數(shù)的算術(shù)平均值。,2020/8/5,三、通過(guò)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(shí)，t=t1 x=b時(shí)，t=t2,2020/8/5,R導(dǎo)熱熱阻，K/W 或/W； r導(dǎo)熱熱阻，m2 K/W 或m2 /W 。 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,2020/8/5,2、多

4、層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo),2020/8/5,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(guò)程，串聯(lián)導(dǎo)熱過(guò)程的推動(dòng)力為各分過(guò)程溫度差之和，即總溫度差，總熱阻為各分過(guò)程熱阻之和，也就是串聯(lián)熱阻疊加原則。,2020/8/5,3、接觸熱阻,若以r0表示單位傳熱面的接觸熱阻， 通過(guò)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)。,2020/8/5,四、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(guò)該圓筒壁的導(dǎo)熱速率可以表示為：,2020/8/5,分離變量積分：,圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻,2020/8/5,當(dāng)r2/r12時(shí)可用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值,這個(gè)式