化工原理第四章第二節(jié)講稿

1、2024/3/31,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,,,,2024/3/31,一、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,2024

2、/3/31,2、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,2024/3/31,λ——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,2024/3/31,二、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 ，

3、 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。,2024/3/31,2、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

4、，,2024/3/31,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(shù)平均值。,2024/3/31,三、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

5、 x=b時，t=t2,2024/3/31,R——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,2024/3/31,2、多層平壁的穩(wěn)定熱傳導,2024/3/31,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。,2024/3/31,3、接觸熱阻,若以r

6、0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等因素有關(guān)。,2024/3/31,四、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：,2024/3/31,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,2024/3/31,——圓筒壁的內(nèi)外表面的對數(shù)平均面積，m2,當r2/r1≤2時可用算術(shù)