化工原理课件：32传热热传导

1、2022年7月18日第三章 传热一、基本概念和傅立叶定律二、导热系数三、平壁的稳定热传导四、圆筒壁的稳定热传导第二节 热传导2022年7月18日一、基本概念和傅立叶定律 1、温度场和等温面 温度场 物体或系统内部的各点温度分布的总和 温度场的数学表达式为 稳定温度场 不稳定温度场 温度场中各点的温度随时间而改变 温度场中各点的温度不随时间而改变 等温面： 温度场中温度相同的点组成的面 2022年7月18日2、温度梯度 温度梯度 ：等温面法线方向上的温度变化率，用gradt表示 。 温度梯度是向量，正方向指向温度增加的方向。对于一维稳定的温度场，温度梯度可表示为 ：3、付立叶定律 2022年7月

2、18日比例系数，称为导热系数。w/mk负号表示热流方向与温度梯度方向相反。 付立叶定律 2022年7月18日二、导热系数 1、导热系数的定义 在数值上等于单位温度梯度下的热通量，是物质的物理性质之一 。 一般，金属的导热系数最大，非金属和固体次之，液体的较小，气体的最小。 2022年7月18日2、固体的导热系数 纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低，金属的导热系数大都随纯度的增加而增大。非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数随密度增加而增大，也随温度升高而增大。3、液体的导热系数 在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度的升高而略有减小，2022年7月18日

3、纯液体的导热系数比溶液的导热系数大。3、气体的导热系数 气体的导热系数很小，不利于导热，但有利于保温。 气体的导热系数随温度升高而加大 。 在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强变化极小 注意：在传热过程中，物质内不同位置的温度可能不相同，因而导热系数也不同，在工程计算中常取导热系数的算术平均值。2022年7月18日固体的导热系数 金属材料：= 10400W/(m.K) 建筑材料：= 0.53.0 W/(m.K) 绝热材料：= 0.020.2 W/(m.K) 2022年7月18日一般由实验确定f(物质的组成，结构，密度，温度，压强） 金属非金属液体气体低压气体混合物的导热系数： 分别为组分

4、的摩尔分率，分子量及导热系数 2022年7月18日三、通过平壁的稳定热传导 1、单层平壁的稳定热传导 边界条件为：x=0 时，t=t1x=b 时，t=t2 2022年7月18日 R导热热阻，K/W ； r单位面积的导热热阻 。传导距离b越大，传热面积和导热系数越小，传导热阻越大2022年7月18日壁内温度分布 将积分限改为 t： t1 tx X: 0 x常数2022年7月18日2、多层平壁的稳定热传导 2022年7月18日2022年7月18日2022年7月18日化工原理概述高低并列式提升管催化裂化装置的工艺流程 2022年7月18日推广到n层平壁有： 多层平壁导热是一种串联的导热过程，串联导热

5、过程的推动力为各分过程温度差之和，即总温度差，总热阻为各分过程热阻之和，也就是串联电阻叠加原则。 2022年7月18日3、接触热阻 若以r0表示单位传热面的接触热阻，通过两层平壁的热通量变为 ： 接触热阻与接触面的材料，表面粗糙度及接触面上压强等因素有关。 2022年7月18日四、圆筒壁的稳定热传导1、单层圆筒壁的热传导仿照平壁热传导公式，通过该圆筒壁的导热速率可以表示为： 2022年7月18日分离变量积分： 圆筒壁的导热热阻 这个式子也可以写成与平壁传导速率方程类似的形式 2022年7月18日圆筒壁的内外表面的对数平均面积，m2 当r2/r12时可用算术平均值代替对数平均值 2022年7月1

6、8日圆筒壁内温度分布求与圆心轴距离为rx处的温度tx， t： t1 tx r： r1 rx 两式相除：2022年7月18日2、多层圆筒壁的热传导 与多层平壁的稳定热传导计算类似，可导出：2022年7月18日2022年7月18日例51： 已知：一蒸汽管，外包一层石棉灰保温 t1 = 180，r1 = 75mm，r2 =175mm， t2 = 41，= 0.103 + 0.000198 t 求：（1）每米管长热损失ql = ？（W/m） （2）rx = 125mm处的温度tx = ？ 2022年7月18日例52： 已知：不锈钢管，外包两层保温层，一层石棉，一层玻璃布。t1 = 300，d1 = 0.042m，1 = 16W/(m.K)，1 = 0.004m，d2 = 0.05m，2 = 0.02m，2 = 0.2W/(m.K)，3 = 0.002m，3 = 0.1W/(m.K)，t4 = 50。 求：每米管长热损失ql = ？ t2 = ？ t3 = ？ 2022年7月18日空心球壁的稳定导热 以