传热操作技术-热传导（化工原理课件）

化工原理傅立叶定律01热传导02固体03液体气体冷却塔-移出热量反应釜-输入热量这些传热过程该如何强化呢？傅立叶定律传热速率Q热量传递的快慢可用两个指标来表示指单位时间内通过传热面积的热量，又称热流量单位为W热通量q指单位时间内通过单位传热面积的热量，单位为W/m2温度差是传热的推动力一维稳定温度场稳定温度场不稳定温度场温度场内各点温度不随时间改变t=f(x,y,z)物体或系统内部各点温度在时空中的分布t=f(x,y,z,θ)t为系统某点的温度x,y,z为这一点在空间的坐标θ为时间正方向：温度升高的方向大小：温度梯度温度梯度在系统内，凡在同一时刻、温度相同的点所组成的面等温面表示沿法线方向的温度变化速率一维稳定导热速率与温度梯度及垂直于热流方向的导热面积成正比导热速率导热面积温度梯度引入一个表示各种不同物体导热能力大小的物理量——导热系数λ傅立叶定律，它是从宏观来描述热传导的基本定律或01导热速率的大小02导热材料03导热面积温度梯度热传导过程遵循傅立叶定律傅立叶定律或提高热传导过程的导热速率可以采取哪些办法？思考题化工原理热导率石棉布发泡树脂玻璃棉岩棉保温毡为什么这些材料可以作为保温材料？如果要提高设备的保温性能，在众多的保温材料中该如何做出选择？1物性参数，标志物质的导热性能2影响因素：λ=f(组成，结构，密度，温度，压力)3实验测定，工业上常见物质的热导率可从有关手册中查得来源单位金属热导率非金属热导率液体热导率气体热导率固体的热导率金属热导率/[W·(m·s)-1]温度/K铜383.79273379.14373银414.03273409.88373大多数纯金属的热导率随温度的升高而降低金属的热导率大多随其纯度的增高而增大，所以合金的热导率一般比纯金属的要低液体的热导率0161026242012各种液体的热导率水115141312111098765432λ×85.98/(Wm-1℃－1）t/℃λH2O×85.98/(Wm-1℃－1）475153555759491－无水甘油2－蚁酸3－甲醇4－乙醇5－蓖麻油6－苯胺7－醋酸8－丙酮9－丁醇10－硝基苯11－异丙苯12－苯13－甲苯14－二甲苯15－凡士林油2060100140液体的热导率基本上与压力无关纯液体热导率比其溶液的大除水和甘油外，绝大多数非金属液体的热导率也随温度的升高而降低气体的热导率8几种气体的热导率412653t/℃072004006001000800165432λ×102/(Wm-1℃－1）1－水蒸气2－氧气3－二氧化碳4－空气5－氮气6－氩气气体的热导率随温度的升高而增大

气体的热导率很小，不利于导热，但可用来保温或隔热玻璃棉物质种类热导率物质种类热导率纯金属100~1400

非金属固体0.05~50金属合金50~500非金属液体

0.5~5液态金属30~300气体

0.005~0.5金属强化传热气体削弱传热低导热性能材料的热导率建筑节能保温材料物性的重要参数有着非常重要的理论和使用价值01总结02理解了热导率的含义03掌握了不同物质热导率的变化规律面对不同的传热任务，也能按要求选择相应的导热材料请找一找，热导率大小在生活中有哪些应用呢？思考题化工原理多层平壁的稳定热传导几层不同材料组成的平壁墙壁刨面图双层玻璃在化工生产中,通过多层平壁的导热过程是很常见的,下面以三层平壁为例,说明多层平壁导热过程的计算。1.各层之间接触良好，接触面两侧温度相同，即无接触热阻2.各层热导率可视作常数假定已知条件平壁面积为A，各层的厚度分别为b1、b2、b3，热导率分别为λ1、λ2、λ3，各表面温度分别为t1、t2、t3、t4，且t1>t2>t3>t4。x/mt2t1t/℃t2t3t4多层平壁稳态导热温度分布Q平壁面积A厚度b1、b2、b3

热导率λ1、λ2、λ3表面温度

传热速率

x/mt2t1t/℃t2t3t4多层平壁稳态导热温度分布Q平壁面积A厚度b1、b2、b3

热导率λ1、λ2、λ3表面温度

传热速率

可看成是多个单层平壁串联导热总热阻等于各层热阻之和总推动力等于各层推动力之和多层平壁稳定热传导在多层平壁的导热过程中，传热推动力与其对应热阻成正比接触部位的固体与固体的导热1通过空隙中气体的导热2接触热阻若空隙处温度较高,则还有辐射传热，一般情况下因气体的热导率远远小于固体,因此空隙中气体的导热是引起接触热阻的主要原因。由于接触热阻的存在,交界面两侧的温度不再相等。接触界面的粗糙度接触面的压紧力空隙中的气压01分析多层平壁稳定热传导的变化规律帮助我们选择适宜的平壁材料02有利于我们合理设计各层平壁的排布方式传热推动力与其对应的传热热阻成正比多层平壁稳定传热过程传热速率的计算有三层平壁进行稳定传热，传热情况如图所示，试判断这三层平壁热导率的大小关系？思考题tt1t2t3t4x化工原理圆筒壁的稳定热传导不同的圆筒形设备，其传热速率有什么不同呢？下面就让我们一起来了解-圆筒壁的稳定热传导。r1r2t1t2λ单层圆筒壁的导热L/d>10，可按一维导热处理。与平壁稳态热传导相比：一维稳态导热，=常数相同点热流方向（径向）传热面积（径向）热通量（径向）不同点有一内半径为r1、外半径为r2，长度为L的圆筒，内壁温度t1，外壁温度t2，且t1>t2，热导率为λ。在半径为r处沿半径方向取厚度为dr的薄壁圆筒，温度变化dt，其传热面积视为常量A=2πrL，此时导热速率可写为：积分边界条件为：r=r1时，t=t1；r=r2，t=t2。对上式积分，得r1r2t1t2λ单层圆筒壁的导热圆筒壁的厚度对数平均面积对数平均半径当≤2时，以算术平均值代替对数平均值导致的误差<4%，在工程计算中，这一误差可以接受。所以当两个变量的比值≤2时，经常用算术平均值来代替对数平均值，使计算简便。多层圆筒壁r1r2r3r4t1t2t3t4λ1λ2λ3以三层圆筒壁为例，各层的热导率分别为、、厚度分别为、、假设各层之间接触良好，则导热速率方程为：化简得n层圆筒壁：圆筒壁内温度分布也不是直线关