概述平壁熱傳導課件

1、4.1 概述4.1.1 傳熱的基本方式4.1.2 傳熱過程中冷、熱流體的（接觸）熱交換的方式4.1.3典型的間壁式換熱器4.1.4 傳熱速率和熱通量 4.1.5 穩(wěn)態(tài)傳熱和非穩(wěn)態(tài)傳熱4.1.6熱載體及其選擇,返回,加熱或冷卻回收熱量 保溫,,強化傳熱過程 削弱傳熱過程,4.1.1 傳熱的三種基本方式,一、熱傳導 熱量從物體內(nèi)溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分，或傳遞到與之接觸的另一物體的過程稱為熱傳導。

2、 特點：沒有物質(zhì)的宏觀位移,氣體 分子做不規(guī)則熱運動時相互碰撞的結(jié)果 固體 導電體：自由電子在晶格間的運動 非導電體：通過晶格結(jié)構(gòu)的振動實現(xiàn) 液體 機理復雜,二、對流 流體內(nèi)部質(zhì)點發(fā)生相對位移的熱量傳遞過程。,三、熱輻射 物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射。,自然對流：由于流體內(nèi)溫度不同造成的浮升力 引起的流動。 強制對流：流體受外力作用而引起的流動。 對流傳熱：

3、流體與固體壁面之間的傳熱過程。,能量轉(zhuǎn)移、能量形式的轉(zhuǎn)化 不需要任何物質(zhì)作媒介,4.1.2 傳熱過程中冷、熱流體的（接觸）熱交換方式,一、直接接觸式,板式塔,填料塔,二、蓄熱式,優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)較簡單 耐高溫缺點： 設(shè)備體積大 有一定程度的混合,三、間壁式,傳熱面為內(nèi)管的表面積,（1）套管換熱器,（2）列管換熱器,傳熱面為殼內(nèi)所有管束的表面積,4.1.3 典型的間壁式換熱器,（1）套管換熱器,（2）列管換熱器,列管式換熱器

4、列管數(shù)n，流體流量Vsa、單管程:,b.雙管程:,c.四管程:,傳熱面積———內(nèi)管管壁面積,流通面積,（3）、冷、熱流體通過間壁的傳熱過程,定態(tài)傳熱：,式中 ?tm──兩流體的平均溫差，℃或K； S──總傳熱面積，m2； K──總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)或W/(m2·K)。,總傳熱速率方程：,熱負荷Q’：工藝要求，同種流體需升溫或降溫時吸收或放出的熱

5、量，單位 J/s或W。傳熱速率Q（熱流量）：單位時間內(nèi)通過換熱器的整個傳熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位 J/s或W。熱流密度q （熱通量） ：單位時間內(nèi)通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位 J/(s·m2)或W/m2。,4.1.4 傳熱速率和熱通量,式中 S──總傳熱面積,潛熱:由于相變而產(chǎn)生的熱量,如冷凝,沸騰。顯熱:由于溫度改變而產(chǎn)生的熱量,4.1.5 定態(tài)與非定態(tài)傳熱,非定態(tài)傳熱,定態(tài)傳熱,4.1.6 熱載體及其選擇

6、,加熱劑：熱水、飽和水蒸氣 礦物油或聯(lián)苯等低熔混合物、煙道氣等 用電加熱,冷卻劑：水、空氣、冷凍鹽水、液氨等,加熱溫度?180?C 飽和水蒸氣 冷卻溫度?30?C 水,4.2 熱傳導4.2.1 熱傳導的基本概念和傅立葉定律4.2.2導熱系數(shù)4.2.3通過平壁的定態(tài)熱傳導4.2.4通過圓筒壁的定態(tài)熱傳導,返回,4.2.1 熱傳導的基本概念和傅立葉定律,式中 t ── 某點的溫度，

7、℃； x,y,z ── 某點的坐標； ? ── 時間。,溫度場：在某時刻，物體（空間）各點的溫度分布。,一、溫度場、等溫面、溫度梯度,非定態(tài)溫度場,,定態(tài)溫度場,,等溫面：在同一時刻，溫度場中所有溫度相同的點組成的面。,不同溫度的等溫面不相交,,溫度梯度是一個點的概念。 溫度梯度是一個向量。 方向垂直于該點所在等溫面，以溫度增加的方向為正 一維定態(tài)熱傳導,溫度梯度,二、傅立葉定律,,式

8、中 dS ── 導熱面積，m2； ?t/?n ── 溫度梯度，℃/m或K/m； ? ── 導熱系數(shù)，W/(m·℃)或W/(m·K)。,熱傳導速率：,負號表示傳熱方向與溫度梯度方向相反,,?表征材料導熱性能的物性參數(shù) ?越大，導熱性能越好,用熱通量來表示,對一維穩(wěn)態(tài)熱傳導,（2）?是分子微觀運動的宏觀表現(xiàn),4.2.2 導熱系數(shù),（1）?在數(shù)

9、值上等于單位溫度梯度下的熱通量,? = f(結(jié)構(gòu),組成,密度,溫度,壓力）,（3）各種物質(zhì)的導熱系數(shù),?金屬固體 > ?非金屬固體 > ?液體 > ?氣體,金屬固體：101～102W/(m.K) 建筑材料：10-1～100W/(m.K) 絕熱材料：10-2～ 10-1W/(m.K) 液體：10-1～ 100W/(m.K) 氣體：10-2～ 10-1W/(m.K),?的大概范圍：,在一定溫度范圍內(nèi)：,式中

10、 ?0, ? ── 0℃、 t℃時的導熱系數(shù)，W/(m·K)； a ── 溫度系數(shù)。,1.固體的導熱系數(shù),金屬：?純金屬> ?合金 非金屬：同樣t下，?? ? ?,對大多數(shù)金屬材料：a 0 ， t ? ? ?,2、液體的導熱系數(shù),金屬液體?較高；非金屬液體?低，水的?最大,t ? ??（除水和甘油）,3、氣體的導熱系數(shù),一般來說，純液體的?大于溶液,t? ??,氣體不利導熱，但

11、可用來保溫或隔熱,4.2.3 通過平壁的定態(tài)熱傳導,一、 通過單層平壁的定態(tài)熱傳導,假設(shè)：(1) A大，b小；(2) 材料均勻；(3) 溫度僅沿x變化，且不隨時間變化。,,,取dx的薄層，作熱量衡算：,,,對于穩(wěn)定溫度場,,傅立葉定律：,邊界條件為：,,得：,?不隨t而變時,,式中A ── 平壁的面積，m2； b ── 平壁的厚度，m； ? ── 平壁的導熱系數(shù)，W/(m·

12、℃)或W/(m·K)； t1,t2 ── 平壁兩側(cè)的溫度，℃。,討論：,（2）分析平壁內(nèi)的溫度分布,（1）可表示為,推動力：,熱阻：,?不隨t變化， t～x呈線形關(guān)系,（3）當?隨t變化時,若?隨t變化關(guān)系為：,則t～x呈拋物線關(guān)系,如：?1～t1，?2～t2； ?可取平均值,二、 通過多層平壁的定態(tài)熱傳導,假設(shè)： 各層接觸良好，接觸面兩側(cè)溫度相同。,對于三層：,,推廣至n層：,三、各層的溫差,思考：