傳熱第一次課概述熱傳導(dǎo)

1、傳熱第一次課概述熱傳導(dǎo)第1頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日第一節(jié) 概述一、熱傳遞發(fā)生的原因 熱的傳遞是由于系統(tǒng)內(nèi)存在溫度差而引起二、熱傳遞的方向熱自動(dòng)地從高溫處傳到低溫處，即熱傳遞的方向指向溫度梯度減小的方向 化學(xué)反應(yīng)溫度對(duì)熱傳遞的需求 單元操作對(duì)熱傳遞的需求 設(shè)備或管道保溫、保冷涉及到熱量傳遞三、化工生產(chǎn)中的熱傳遞第2頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日（1）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱） 相互接觸的物體之間或物體各部分之間因存在溫度差，借助分子、原子或自由電子等的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞。四、傳熱的基本方式及其機(jī)理傳熱的三種基本方式（2）熱對(duì)流流體各部分之間發(fā)

2、生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過(guò)程稱為熱對(duì)流。 熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中。第3頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日強(qiáng)制對(duì)流： 因泵（或風(fēng)機(jī)）或攪拌等外力所導(dǎo)致的對(duì)流稱為強(qiáng)制對(duì)流。 流動(dòng)的原因不同，對(duì)流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中有可能同時(shí)發(fā)生自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。熱對(duì)流的兩種方式：自然對(duì)流： 由于流體各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產(chǎn)生相對(duì)位移，這種對(duì)流稱為自然對(duì)流。第4頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日（3）熱輻射因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。所有物體都能將熱以電磁波的形式發(fā)射出去，而不需要任何介質(zhì)。 任何物體只要在絕對(duì)零度以上

3、都能發(fā)射輻射能，但是只有在物體溫度較高的時(shí)候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。第5頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日 冷熱流體被固體壁面所隔開(kāi)。熱流體將熱量傳給固體壁面，再由固體壁面將熱量傳給冷流體。 夾套式換熱器、蛇管換熱器、套管換熱器、列管換熱器五、冷熱流體熱量傳遞方式及傳熱設(shè)備1、間壁式傳熱第6頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日冷熱流體直接接觸傳熱2、混合式傳熱第7頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日冷熱流體交替通過(guò)蓄熱器，利用蓄熱器內(nèi)的蓄熱元件來(lái)積蓄和釋放熱量達(dá)到換熱目的。3、蓄熱式傳熱第8頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5

4、月20日，21點(diǎn)50分，星期日溫度場(chǎng)(temperature field)：某一瞬間空間中各點(diǎn)的溫度分布，稱為溫度場(chǎng)(temperature field)。物體的溫度分布是空間坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)，即 t = f (x，y，z，) 第二節(jié) 熱傳導(dǎo)一、傅立葉定律1 溫度場(chǎng)和溫度梯度第9頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日一維溫度場(chǎng)：若溫度場(chǎng)中溫度只沿著一個(gè)坐標(biāo)方向變化。不穩(wěn)定溫度場(chǎng)：溫度場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)溫度隨時(shí)間而改變。穩(wěn)定溫度場(chǎng)：若溫度不隨時(shí)間而改變。 一維溫度場(chǎng)的溫度分布表達(dá)式為： t = f (x,)溫度場(chǎng)中同一時(shí)刻相同溫度各點(diǎn)組成的面稱為等溫面。第10頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，

5、5月20日，21點(diǎn)50分，星期日對(duì)于一維溫度場(chǎng)，等溫面x及(x+x)的溫度分別為t(x,)及t(x+x,)，則兩等溫面之間的平均溫度變化率為： 一維溫度場(chǎng)的溫度梯度: 溫度梯度的正方向指向溫度增加的方向。第11頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比，即導(dǎo)熱系數(shù)表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。式中 Q單位時(shí)間傳導(dǎo)的熱量，簡(jiǎn)稱傳熱速率，w A導(dǎo)熱面積，即垂直于熱流方向的表面積，m2 導(dǎo)熱系數(shù)(thermal conductivity)，w/m.k。2 傅立葉定律第12頁(yè)，共2

6、4頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日導(dǎo)熱系數(shù)越大，表明物質(zhì)的導(dǎo)熱性能越好。導(dǎo)熱系數(shù)的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度有關(guān)；還與溫度、壓力有關(guān)。 導(dǎo)熱系數(shù)多由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。3 導(dǎo)熱系數(shù)定義式第13頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日在所有固體中，金屬的導(dǎo)熱性最好。純度對(duì)金屬導(dǎo)熱系數(shù)影響很大，純度高則導(dǎo)熱系數(shù)大。一般來(lái)說(shuō)，溫度升高將導(dǎo)致純金屬導(dǎo)熱系數(shù)降低；導(dǎo)致非金屬固體導(dǎo)熱系數(shù)升高 。密度增大，非金屬固體導(dǎo)熱系數(shù)隨之增大。（1）固體的導(dǎo)熱系數(shù)第14頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日金屬液體的導(dǎo)熱性通常比非金屬液體的導(dǎo)熱性好。大多數(shù)金屬液體的導(dǎo)熱系

7、數(shù)隨溫度升高而降低。（2）液體的導(dǎo)熱系數(shù)第15頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日非金屬液體中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大。除水和甘油外，其它非金屬液體導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而略有降低。純度高則導(dǎo)熱系數(shù)大。（2）液體的導(dǎo)熱系數(shù)第16頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大。壓力對(duì)氣體導(dǎo)熱系數(shù)影響很小。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，利于保溫。（3）氣體的導(dǎo)熱系數(shù)第17頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日如圖所示：bt1t2Qtt1t2obx平壁壁厚為b，壁面積為A；壁的材質(zhì)均勻，導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化，視為常數(shù)；平壁的溫度只沿著垂

8、直于壁面的x軸方向變化，故等溫面皆為垂直于x軸的平行平面。平壁側(cè)面的溫度t1及t2恒定。二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)1、單層平壁的熱傳導(dǎo)第18頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日 式中t=t1-t2為導(dǎo)熱的推動(dòng)力(driving force)，而R=b/A 則為導(dǎo)熱的熱阻(thermal resistance)。 根據(jù)傅立葉定律 積分邊界條件：當(dāng)x=0時(shí)，t= t1；x=b時(shí)，t= t2，第19頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日2 多層平壁設(shè)各平壁穩(wěn)定導(dǎo)熱，通過(guò)各層熱量相等。即：第20頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日第21頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日多層平壁的熱阻為各層熱阻之和,總傳熱推動(dòng)力為各層推動(dòng)力之和。第22頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)50分，星期日例：某冷庫(kù)外壁內(nèi)、外層磚壁厚均為12cm，中間夾層厚10cm，填以絕緣材料。磚墻的熱導(dǎo)率為0.70w/mk，絕緣材料的熱導(dǎo)率為0.04w/mk，墻外表面溫度為10 ，內(nèi)表面為-5 ，試計(jì)算進(jìn)入冷庫(kù)的熱流密度及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫度。第23頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，2