热量传递篇-传热原理

热量传递篇－－传热原理第十四讲传热概述热传导Chapter14IntroductionofHeatTransferThermalConductionKeywords:Heattransfer,Conduction,Fourier’sLaw,Convection,RadiationHeatTransfer.主要内容传热概述

1.传热过程

2.传热速率热传导

1.傅立叶定律和导热系数

2.一维稳态导热三.本讲小结作业：习题19-1，19-3一.传热概述物料的预热和冷却合理利用能源可持续发展减少热损失煤与石油热力学第二定律指出，凡是有温度差存在的地方，就必然有热量传递，故在几乎所有的工业部门，如化工、能源、冶金、机械、建筑等都涉及传热问题。

研究的目的：强化传热；削弱传热

化工过程中需要解决的传热问题：传热计算：设计或校核换热器；改进和强化传热设备1.传热过程1)传热过程中冷热流体的接触方式直接接触式传热间壁式传热蓄热式传热只适用于气体介质工业应用最多热传导：冷热物体直接接触对流传热：流体质点发生相对位移辐射传热：电磁波传递能量，不需介质三种类型一般的传热过程都是两种或两种以上类型的传热方式的组合作用。例如工业上常用的套管式换热器。2）主要传热类型稳态传热：各点的温度不随时间发生变化不稳态传热：各点的温度随时间发生变化2.传热量与传热速度：传热量Q：单位时间内通过传热面A的热量，又称热流量或换热量，单位为W。传热速度q：单位时间内通过单位面积传热面的热量，又称热通量或热流密度，单位为W/m2。传热量和传热速度之间的关系：稳态与不稳态传热与其它传递过程类似，传热速度也可以表示成传热推动力和热阻的比值的形式：：冷热流体的温度差，为传热推动力：传热阻力：传热系数，W/(m2·K)二.热传导1.傅立叶定律与导热系数（Fourier’sLaw）

1）傅立叶定律λ：导热系数，反映了不同物质的导热能力。负号表示方向2）导热系数导热系数定义式。导热系数为单位导热梯度下的热通量，单位为W/(m·K)或J/(m·s·K)。说明：1.各种物质的导热系数通常由实验确定；2.各种物质的导热系数差别很大：金属>非金属固体>液体>气体材料金属建筑材料绝热材料液体气体导热系数（W/m·K）101～10210-1～10010-2～10-110-110-2～10-1各种材料导热系数的范围3.各种物质导热系数的影响因素1).气体导热系数气体导热系数很小，不利于传热，但利于绝热、保温。例如棉花、软木塞、羽绒等。气体导热系数随温度升高而加大。气体的分子运动。原因？2).液体导热系数非金属液体的导热系数以水最大。除水和甘油外，液体的导热系数随温度的升高而略有减小。如右图所示。3).固体导热系数λ为温度为t时的导热系数λ0为温度为零度时的导热系数β为温度系数，对大多数金属材料为负值；但对大多数非金属材料为正值。纯金属的随温度的升高而减小；金属的纯度对导热系数影响很大，合金的导热系数一般比纯金属低。非金属建筑材料或绝热材料的导热系数与物质的组成、结构的致密程度及温度有关。2.一维稳态热传导1)通过平壁的稳态热传导依傅立叶定律，有：边界条件：x=0,t=T1;x=b,t=T2传导距离越大，传热面积和导热系数越小，热阻越大。2)通过多层平壁的稳态热传导依据等比定理，有：推广到通过n层平壁的稳态热传导,例题：锅炉炉墙由耐火砖、硅藻土砖和石棉水泥砖三层组成，各层的厚度、导热系数由下表所示，炉墙内外表面的温度分别为495℃

和60℃

，试求每平方米炉墙每小时的热损失及各层界面上的温度。耐火砖硅藻土砖石棉水泥砖厚度（mm）11512570导热系数(w/(m2·K))1.160.1160.350解：设T2、T3分别为耐火砖与硅藻土砖的界面温度、硅藻土砖和石棉水泥砖的界面温度。依题意，知道热损失即为由炉墙内向炉墙外的传热量，有：同理：温度差ΔT/K热阻R＝b/λ（m2/W）耐火粘土砖31.30.099硅藻土砖340.61.078石棉水泥砖63.20.2003)通过圆筒壁的稳态热传导对于半径为r的等温圆柱面，依傅立叶定律，有：将上式分离变量并积分，有：特点：与稳态平壁热传导不同，圆筒壁的导热量Q为定值，导热通量q随半径的增大而减小。若T1>T2，上式整理得：为热阻。为将热阻表示为与平壁热阻相同的形式，对热阻作如下变形：当时，对数平均半径rm可用算术平均半径代替。称对数平均半径。4)通过多层圆筒壁的稳态热传导与多层平壁的稳态热传导类似，依据等比定理，多层圆筒壁的稳态热传导表示为：推广到通过n层圆筒壁的稳态热传导,注意：A.圆筒导热的推动力与平壁导热相同，亦为总温度差，总热阻亦为各层热阻之和；但计算热阻的传热面积不相等，为各层的平均面积。B.虽然通过各层的传热量Q相同，但由于传热面积不同，各层的热通量q均不相同。C.接触热阻：接触系数αc，W/(m2

·K)本讲小结1.基本概念要清楚：三种主要传热