化工原理传热热传导

化工原理传热热传导第一页，共十六页，编辑于2023年，星期日一、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

第二页，共十六页，编辑于2023年，星期日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

第三页，共十六页，编辑于2023年，星期日λ——比例系数，称为导热系数。w/m·k负号表示热流方向与温度梯度方向相反。

——付立叶定律

第四页，共十六页，编辑于2023年，星期日二、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，非金属的固体次之，液体的较小，气体的最小。

第五页，共十六页，编辑于2023年，星期日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，第六页，共十六页，编辑于2023年，星期日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。第七页，共十六页，编辑于2023年，星期日三、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=t1

x=b时，t=t2

第八页，共十六页，编辑于2023年，星期日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，传导热阻越大第九页，共十六页，编辑于2023年，星期日2、多层平壁的稳定热传导

第十页，共十六页，编辑于2023年，星期日推广到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。

第十一页，共十六页，编辑于2023年，星期日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。

第十二页，共十六页，编辑于2023年，星期日四、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：

第十三页，共十六页，编辑于2023年，星期日分离变量积分：

——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

第十四页，共十六页，编辑于2023年，星期日——圆筒壁的内外表面的对数平均面积，m2

当r2/r1≤2时可用算术平均值代替对数平均值