热力学第四章1-2.ppt

能源与节能技术 热导率（导热系数）(Thermal conductivity) 大规模太阳能热气流综合发电 3 肋片导热 保温材料：温度低于350度时热导率小于0.12W/(mK) 的材料（绝热材料） 同一种物质的导热系数也会因其状态参数的不同而改变。 一般把导热系数仅仅视为温度的函数，而且在一定温度范围还可以用一种线性关系来描述。 二、 一维稳态导热 1 通过平壁的导热 平壁的长度和宽度都远大于其厚度，因而平板两侧保持均匀边界条件的稳态导热就可以归纳为一维稳态导热问题。 从平板的结构可分为单层壁，多层壁和复合壁等类型 。 a.单层壁导热 b.多层壁导热 c. 复合壁导热 o ? x t1 t t2 导热热阻 单位导热热阻 热阻： 各种转移过程的共同规律： 过程中的转移量 = （过程的动力）/（过程的阻力） 如电学中的欧姆定律： 平板导热可类似写出 ： 导热热阻 单位导热热阻 假设各层之间接触良好，可以近似地认为接合面上各处的温度相等 ②通过多层平壁的导热 多层平壁：由几层不同材料组成 例：房屋的墙壁 — 白灰内层、水泥沙浆层、红砖（青砖）主体层等组成 t2 t3 t4 t1 q t1 r1 t2 r2 t3 r3 t4 总热阻为： t2 t3 t4 t1 q 由和分比关系 t1 r1 t2 r2 t3 r3 t4 推广到n层壁的情况: 问：现在已经知道了q，如何计算其中第 i 层的右侧壁温？ 第一层： 第二层： 第 i 层： t2 t3 t4 t1 q ④ 接触热阻 在推导多层壁导热的公式时，假定了两层壁面之间是保持了良好的接触，要求层间保持同一温度。而在工程实际中这个假定并不存在。因为任何固体表面之间的接触都不可能是紧密的。 t1 t2 Δt x t 此时，两壁面之间只有接触的地方才直接导热，在不接触处存在空隙。 热量是通过充满空隙的流体的导热、对流和辐射的方式传递的，因而存在传热阻力，称为接触热阻。 例：一锅炉炉墙采用密度为300kg/m3的水泥珍珠岩制作，壁厚? = 100 mm，已知内壁温度t1=500℃，外壁温度t2=50℃，求炉墙单位面积、单位时间的热损失。 解：材料的平均温度为： t = (t1 + t2)/2 = (500 + 50)/2 = 275 ℃ 由p272附录A-12查得： 例：一双层玻璃窗，高2m，宽1m，玻璃厚3mm，玻璃的导热系数为0.5 W/(m?K)，双层玻璃间的空气夹层厚度为5mm，夹层中的空气完全静止，空气的导热系数为 0.025W/(m?K)。如果测得冬季室内外玻璃表面温度分别为15℃和5℃，试求玻璃窗的散热损失，并比较玻璃与空气夹层的导热热阻。 [解] 这是一个三层平壁的稳态导热问题。根据式(4-14)散热损失为： 如果采用单层玻璃窗，则散热损失为 是双层玻璃窗散热损失的35倍，可见采用双层玻璃窗可以大大减少散热损失，节约能源。 可见，单层玻璃的导热热阻为0.003 K/W，而空气夹层的导热热阻为0.1 K/W，是玻璃的33.3倍。 2 通过圆筒壁的导热 长度为 l 的圆筒壁的导热热阻 热流密度 q 与半径 r 成反比！ ②通过多层圆筒壁的导热 由不同材料构成的多层圆筒壁 带有保温层的热力管道、嵌套的金属管道和结垢、积灰的输送管道等 由不同材料制作的圆筒同心紧密结合而构成多层圆筒壁 ，如果管子的壁厚远小于管子的长度，且管壁内外边界条件均匀一致，那么在管子的径向方向构成一维稳态导热问题。 单位管长的热流量 例2-3 温度为120℃的空气从导热系数为?1 =18W/(m?K)的不锈钢管内流过，表面传热系数为h1 =65 W/(m2?K), 管内径为d1 = 25 mm，厚度为4 mm。管子外表面处于温度为15℃的环境中，外表面自然对流的表面传热系数为h2 = 6.5 W/(m2?K)。 (1)求每米长管道的热损失； (2)为了将热损失降低80%，在管道外壁覆盖导热系数为0.04 W/(m?K)的保温材料，求保温层厚度；(3)若要将热损失降低90%，求保温层厚度。 解：这是一个含有圆管导热的传热过程，光管时的总热阻为： (1)每米长管道的热损失为： (2)设覆盖保温材料后的半径为r3，由所给条件和热阻的概念有 华中科技大学热科学与工程实验室 HUST Lab of Thermal Science Engineering 第四章 热量传递的基本理论 传热学——研究热量传递规律的科学。 传热的动力——温差。(热力学第二定律) 任务: 1) 温度分布