主要内容本章介绍了三种基本传热方式,即导热、对流传热

1、主要内容：主要内容： 回收和利用废热，节省能源回收和利用废热，节省能源保温保温： 为减少热损失，对高温或低温的设备及管道进行保温隔热。为减少热损失，对高温或低温的设备及管道进行保温隔热。如工业上分离空气的精馏塔，塔内温度在如工业上分离空气的精馏塔，塔内温度在-180，如设备不保温绝，如设备不保温绝热，则冷量损失太大，且操作无法进行。热，则冷量损失太大，且操作无法进行。 )(23:3.77322冷却冷凝与气体分离液氨氮肥生产NHHNcatK内容：内容：研究方法不同研究方法不同：热力学研究的是黑箱法热力学研究的是黑箱法 ，只研究体系与环境的能量交换，不考虑机理。它是建立热力学三大定律上的严格数学推

2、导。传热学的研究方法是一种工程方法。传热学的研究方法是一种工程方法。数学模型法数学模型法因次因次分析法，分析法，常常用大量经验式组成、半经验半理论的方法。 热传导热传导： 热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。触的低温物体传热的过程。导热是静止物体的一种传热方导热是静止物体的一种传热方式，不依靠物质的宏观位移式，不依靠物质的宏观位移。 热传导在气、液、固中均可以进行，但传导的机理不热传导在气、液、固中均可以进行，但传导

3、的机理不同。金属同。金属-自由电子的扩散运动；非金属和大部分液体自由电子的扩散运动；非金属和大部分液体（除水银等）（除水银等）晶格振动和分子碰撞；气体晶格振动和分子碰撞；气体分子分子不规则热运动。不规则热运动。 如：一根铁棒一端放在火炉上烧，热量会通过铁棒传如：一根铁棒一端放在火炉上烧，热量会通过铁棒传递到另一侧，但无物质的宏观位移。递到另一侧，但无物质的宏观位移。对流传热对流传热：依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。对流传热过程伴随着流体质点间的热传导。工程上对流传热过程伴随着流体质点间的热传导。工程上习惯常将流体习惯常

4、将流体与固体壁面之间的传热称为与固体壁面之间的传热称为对流传热对流传热。实际上包括对流和传导两实际上包括对流和传导两种形式：靠近壁面附近的流体层（层流内层）中依靠热传导的方种形式：靠近壁面附近的流体层（层流内层）中依靠热传导的方式传热，在流体主体（湍流）中则主要依靠对流方式传热。式传热，在流体主体（湍流）中则主要依靠对流方式传热。 辐射传热辐射传热：是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。物体将热能是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，又被全部或部分地吸收而变为热能。

5、又被全部或部分地吸收而变为热能。 特点特点: (1)不需要介质不需要介质 (2) EaT4 三种传热方式一般不单独存在，往往相互伴随，同时出现。三种传热方式一般不单独存在，往往相互伴随，同时出现。如热量在设备保温层中的传递，以导热为主，而由保温层向空气如热量在设备保温层中的传递，以导热为主，而由保温层向空气散热，则是对流和辐射并联传热的结果。散热，则是对流和辐射并联传热的结果。 强制对流搅拌等外力所致风机由于泵重者下沉轻者上浮自然对流同引起的密度差所致由于流体中各点温度不质点的相对位移,),(: CO+H2OCO2+H2+Q在传热系统中各点的温度分布不随时间而改变在传热系统中各点的温度分布不随

6、时间而改变的传热过程；稳态传热时各点的热流量不随时间而变，连的传热过程；稳态传热时各点的热流量不随时间而变，连续生产过程中的传热多为稳态传热。续生产过程中的传热多为稳态传热。传热系统中各点的温度既随位置又随时间而传热系统中各点的温度既随位置又随时间而变的传热过程。变的传热过程。 1、 t+ t t n l等温面及温度梯度传热速率传热速率 Q： 热通量热通量 q： 等温面：等温面： 温度变化率：温度变化率： 温度梯度温度梯度nt ： 单位时间传递的热量，J/s单位传热面积的传热速率，J/m2s，矢量，方向为传热面的法线方向 AddQq t+ t t n l等温面及温度梯度lt ntntn 0li

7、m6.2 热传导热传导6.2.1 傅立叶定律傅立叶定律一、基本概念一、基本概念 t+ t t n l等温面及温度梯度ntAddQq dydu 负号表示负号表示q q与温度梯度方向相反与温度梯度方向相反称为导热系数称为导热系数 , , 单位为单位为W/(mK) 6.2.1 傅立叶定律傅立叶定律物性之一：与物质种类、热力学状态（物性之一：与物质种类、热力学状态（T T、P P）有关）有关物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小，物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小， 故物质的故物质的 越大，导热性能越好。越大，导热性能越好。 一般地一般地， 导电固体导电固体 非导电固体非导电固体， 液体液体

8、气体气体 T T ， 气体气体 ， 水水 ，其它液体的，其它液体的 。二、傅立叶定律二、傅立叶定律 由以上方程和边界条件、初始条件可数值求解温度场。由以上方程和边界条件、初始条件可数值求解温度场。 但是，下面我们将重新从热量衡算出发求解但是，下面我们将重新从热量衡算出发求解一维稳态一维稳态导导热问题。热问题。6.2.2一维稳态导热一维稳态导热0 xtx 一维稳态时一维稳态时 t t1 t2 0 b x常数常数速率速率输出热量输出热量速率速率输入热量输入热量 QQ常数常数 dxdtAqAQ bttdxdt21 常数常数热热阻阻推推动动力力 Abtt 21qAQ dx一、无限大一、无限大单层平壁单

9、层平壁一维稳态导热（无内热源）一维稳态导热（无内热源）-可见温度分布为直线可见温度分布为直线若若 为常数，则：为常数，则：6.2.2一维稳态导热一维稳态导热-薄壳衡算法薄壳衡算法 t t2 t3 t4 t1 0 x b显然，通过每一层的 Q=常数或 q=常数 热热阻阻推推动动力力 qAQ 总总热热阻阻总总推推动动力力 AbttAbttAbttAbttiii 3141334322321121二、无限大二、无限大多层平壁多层平壁一维稳态导热（无内热源）一维稳态导热（无内热源）6.2.3一维稳态导热一维稳态导热-薄壳衡算法薄壳衡算法 t t2 t3 t4 t1 0 x b总总热热阻阻总总推推动动力力

10、 AAbttAttAbttQiiiiii 113101043141 04ttAQ 牛牛顿顿冷冷却却定定律律：思考思考1：若上述平壁的右侧与环境进行对流传热，设环境温若上述平壁的右侧与环境进行对流传热，设环境温 度为度为t0、对流传热系数为、对流传热系数为 ，则传热量表达式如何？，则传热量表达式如何？6.2.2一维稳态导热一维稳态导热-薄壳衡算法薄壳衡算法0t 常常数数 drdtAqAQ 常常数数但但 q常数常数 drdtrLqAQ 2drrLQdtrrtt 112 LrrttQ211ln t t1 r1 r2 t20 r bQQdr薄壳衡算法三、无限长三、无限长单层圆筒壁单层圆筒壁一维稳态导热

11、（无内热源）一维稳态导热（无内热源）若为常数，则：-可见温度分布可见温度分布 为对数关系为对数关系6.2.2一维稳态导热一维稳态导热-薄壳衡算法薄壳衡算法 12121221122122rrrrLrrttLrrttQlnln 1212lnrrrrrm 令令-对数平均半径当212 rr时，可用算术平均代替 mmAbttrLbttQ21212 于是于是 t t1 r1 r2 t20 r bQQdr薄壳衡算法热阻热阻推动力推动力对照：平壁：对照：平壁： AbttQ 216.2.2一维稳态导热一维稳态导热-薄壳衡算法薄壳衡算法对数平均、算术平均、几何平均的比较对数平均、算术平均、几何平均的比较：绿线绿线

12、-对数平均对数平均黄线黄线-几何平均几何平均红线红线-算术平均算术平均平均值x=5时对数平均对数平均几何平均几何平均算术平均算术平均热阻热阻推动力推动力 qAQ t t1 t2 t3 t4 r1 r2 t20 r b1 b2 b3总热阻总热阻总推动力总推动力 miiiimmmAbttAbttAbttAbtt 3141333432223211121 Q=常数，但常数，但 q 常数常数四、无限长四、无限长多层圆筒壁多层圆筒壁一维稳态导热（无内热源）一维稳态导热（无内热源）6.2.2一维稳态导热一维稳态导热-薄壳衡算法薄壳衡算法思考思考1 1： 气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在气温下降，

13、应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？里面好，还是穿在外面好？思考思考2 2：保温层越厚，保温效果越好吗？保温层越厚，保温效果越好吗？6.2.2一维稳态导热一维稳态导热-薄壳衡算法薄壳衡算法bb 1 2Qbb 2 1Q 21 21201212LrLrrttQ ln总热阻总热阻总推动力总推动力02 drdQ令令 t1 t2 t0 r1 r2 则 2r 002222 drdQrdrdQr时，时，当当时，时，当当 Q rcr2-临界半径 rc故 Q 有极大值 6.2.2一维稳态导热一维稳态导热-薄壳衡算法薄壳衡算法五、保温层的临界厚度五、保温层的临界厚度影响因素影响因素：接触材料的种类及硬度，接触材料的种类及硬度，接触面的粗糙程度，接触面的粗糙程度，接触面的压紧力，接触面的压紧力，空隙内的流体性质。空隙内的流体性质。 接触热阻一般通过实验测接触热阻一般通过实验测定或凭经验估计定或凭经验估计6.2.2一维稳态导热一维稳态导热-薄壳衡算法薄壳衡算法六、接触热阻六、接触热阻Q