傳熱第一次課概述熱傳導(dǎo)

傳熱第一次課概述熱傳導(dǎo)第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六第一節(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)溫度對熱傳遞的需求單元操作對熱傳遞的需求設(shè)備或管道保溫、保冷涉及到熱量傳遞三、化工生產(chǎn)中的熱傳遞第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六（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）熱對流流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對流。熱對流僅發(fā)生在流體中。第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六強(qiáng)制對流：因泵（或風(fēng)機(jī)）或攪拌等外力所導(dǎo)致的對流稱為強(qiáng)制對流。

流動的原因不同，對流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中有可能同時發(fā)生自然對流和強(qiáng)制對流。熱對流的兩種方式：自然對流：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)生相對位移，這種對流稱為自然對流。第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六（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零度以上都能發(fā)射輻射能，但是只有在物體溫度較高的時候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六冷熱流體被固體壁面所隔開。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、間壁式傳熱第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六冷熱流體直接接觸傳熱2、混合式傳熱第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六冷熱流體交替通過蓄熱器，利用蓄熱器內(nèi)的蓄熱元件來積蓄和釋放熱量達(dá)到換熱目的。3、蓄熱式傳熱第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六溫度場(temperaturefield)：某一瞬間空間中各點的溫度分布，稱為溫度場(temperaturefield)。

物體的溫度分布是空間坐標(biāo)和時間的函數(shù)，即

t=f(x，y，z，τ)

第二節(jié)熱傳導(dǎo)一、傅立葉定律1溫度場和溫度梯度第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六一維溫度場：若溫度場中溫度只沿著一個坐標(biāo)方向變化。不穩(wěn)定溫度場：溫度場內(nèi)各點溫度隨時間而改變。穩(wěn)定溫度場：若溫度不隨時間而改變。一維溫度場的溫度分布表達(dá)式為：

t=f(x,τ)溫度場中同一時刻相同溫度各點組成的面稱為等溫面。第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六對于一維溫度場，等溫面x及(x+Δx)的溫度分別為t(x,τ)及t(x+Δx,τ)，則兩等溫面之間的平均溫度變化率為：一維溫度場的溫度梯度:溫度梯度的正方向指向溫度增加的方向。第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律：單位時間內(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—單位時間傳導(dǎo)的熱量，簡稱傳熱速率，w

A—導(dǎo)熱面積，即垂直于熱流方向的表面積，m2

λ—導(dǎo)熱系數(shù)(thermalconductivity)，w/m.k。2傅立葉定律第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六導(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)多由實驗測定。3導(dǎo)熱系數(shù)定義式第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六在所有固體中，金屬的導(dǎo)熱性最好。純度對金屬導(dǎo)熱系數(shù)影響很大，純度高則導(dǎo)熱系數(shù)大。一般來說，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)第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六金屬液體的導(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)熱系數(shù)隨溫度升高而降低。（2）液體的導(dǎo)熱系數(shù)第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六非金屬液體中，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)第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大。壓力對氣體導(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)第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六如圖所示：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)λ不隨溫度變化，視為常數(shù)；平壁的溫度只沿著垂直于壁面的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)第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六式中Δt=t1-t2為導(dǎo)熱的推動力(drivingforce)，而R=b/λA則為導(dǎo)熱的熱阻(thermalresistance)。

根據(jù)傅立葉定律積分邊界條件：當(dāng)x=0時，t=t1；x=b時，t=t2，第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六2多層平壁設(shè)各平壁穩(wěn)定導(dǎo)熱，通過各層熱量相等。即：第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六多層平壁的熱阻為各層熱阻之和,總傳熱推動力為各層推動力之和。第二十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六例：某冷庫外壁內(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/m·k，絕緣材料的熱導(dǎo)率為0.04w/m·k，墻外表面溫度為10℃，內(nèi)表面為-5℃，試計算進(jìn)入冷庫的熱流密度及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫度。第二十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期六解：根據(jù)題意，已知