传热第一次课概述热传导

1、传热第一次课概述热传导第1页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日第一节 概述一、热传递发生的原因 热的传递是由于系统内存在温度差而引起二、热传递的方向热自动地从高温处传到低温处，即热传递的方向指向温度梯度减小的方向 化学反应温度对热传递的需求 单元操作对热传递的需求 设备或管道保温、保冷涉及到热量传递三、化工生产中的热传递第2页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日（1）热传导（导热） 相互接触的物体之间或物体各部分之间因存在温度差，借助分子、原子或自由电子等的热运动而引起的热量传递。四、传热的基本方式及其机理传热的三种基本方式（2）热对流流体各部分之间发

2、生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。 热对流仅发生在流体中。第3页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日强制对流： 因泵（或风机）或搅拌等外力所导致的对流称为强制对流。 流动的原因不同，对流传热的规律也不同。在同一流体中有可能同时发生自然对流和强制对流。热对流的两种方式：自然对流： 由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产生相对位移，这种对流称为自然对流。第4页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日（3）热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何介质。 任何物体只要在绝对零度以上

3、都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。第5页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日 冷热流体被固体壁面所隔开。热流体将热量传给固体壁面，再由固体壁面将热量传给冷流体。 夹套式换热器、蛇管换热器、套管换热器、列管换热器五、冷热流体热量传递方式及传热设备1、间壁式传热第6页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日冷热流体直接接触传热2、混合式传热第7页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日冷热流体交替通过蓄热器，利用蓄热器内的蓄热元件来积蓄和释放热量达到换热目的。3、蓄热式传热第8页，共24页，2022年，5

4、月20日，21点50分，星期日温度场(temperature field)：某一瞬间空间中各点的温度分布，称为温度场(temperature field)。物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即 t = f (x，y，z，) 第二节 热传导一、傅立叶定律1 温度场和温度梯度第9页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。不稳定温度场：温度场内各点温度随时间而改变。稳定温度场：若温度不随时间而改变。 一维温度场的温度分布表达式为： t = f (x,)温度场中同一时刻相同温度各点组成的面称为等温面。第10页，共24页，2022年，

5、5月20日，21点50分，星期日对于一维温度场，等温面x及(x+x)的温度分别为t(x,)及t(x+x,)，则两等温面之间的平均温度变化率为： 一维温度场的温度梯度: 温度梯度的正方向指向温度增加的方向。第11页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日傅立叶定律是热传导的基本定律：单位时间内传导的热量与温度梯度及垂直于热流方向的截面积成正比，即导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一。式中 Q单位时间传导的热量，简称传热速率，w A导热面积，即垂直于热流方向的表面积，m2 导热系数(thermal conductivity)，w/m.k。2 傅立叶定律第12页，共2

6、4页，2022年，5月20日，21点50分，星期日导热系数越大，表明物质的导热性能越好。导热系数的大小与物质的组成、结构、密度有关；还与温度、压力有关。 导热系数多由实验测定。3 导热系数定义式第13页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日在所有固体中，金属的导热性最好。纯度对金属导热系数影响很大，纯度高则导热系数大。一般来说，温度升高将导致纯金属导热系数降低；导致非金属固体导热系数升高 。密度增大，非金属固体导热系数随之增大。（1）固体的导热系数第14页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日金属液体的导热性通常比非金属液体的导热性好。大多数金属液体的导热系

7、数随温度升高而降低。（2）液体的导热系数第15页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，其它非金属液体导热系数随温度升高而略有降低。纯度高则导热系数大。（2）液体的导热系数第16页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日气体的导热系数随温度升高而增大。压力对气体导热系数影响很小。气体的导热系数很小，利于保温。（3）气体的导热系数第17页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日如图所示：bt1t2Qtt1t2obx平壁壁厚为b，壁面积为A；壁的材质均匀，导热系数不随温度变化，视为常数；平壁的温度只沿着垂

8、直于壁面的x轴方向变化，故等温面皆为垂直于x轴的平行平面。平壁侧面的温度t1及t2恒定。二、平壁的稳态热传导1、单层平壁的热传导第18页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日 式中t=t1-t2为导热的推动力(driving force)，而R=b/A 则为导热的热阻(thermal resistance)。 根据傅立叶定律 积分边界条件：当x=0时，t= t1；x=b时，t= t2，第19页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日2 多层平壁设各平壁稳定导热，通过各层热量相等。即：第20页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日第21页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日多层平壁的热阻为各层热阻之和,总传热推动力为各层推动力之和。第22页，共24页，2022年，5月20日，21点50分，星期日例：某冷库外壁内、外层砖壁厚均为12cm，中间夹层厚10cm，填以绝缘材料。砖墙的热导率为0.70w/mk，绝缘材料的热导率为0.04w/mk，墙外表面温度为10 ，内表面为-5 ，试计算进入冷库的热流密度及绝缘材料与砖墙的两接触面上的温度。第23页，共24页，2022年，5月20日，2