热工与流体力学第12章 PPT.ppt

2018-1-27 第三篇 传 热 学 2018-1-27 靠温度差推动的能量传递过程称为热传递。是自然界和生产领域中一种普遍现象。 传热学就是研究热量传递规律的科学。 热量传递过程可分为: ——物体中各点温度不随时间变化的传热。 非稳态传热 稳态传热 如各种热力设备在持续不变的工况下运行时的传热 如各种热力设备在启动、停机和变工况时的传热 热量传递有三种基本方式：导热、对流和热辐射。 工程中往往是三种基本方式的综合 热力设备运行的两种类型: 增强传热 削弱传热 本篇只研究稳态传热 2018-1-27 第十二章 稳 态 导 热 2018-1-27 学习导引 稳态导热是指温度场不随时间变化的导热过程，热力设备在正常工作运行时发生的导热多数可简化为一维稳态导热。本章主要介绍工程上常见的一维稳态导热问题的计算。首先引入有关导热的基本概念，而后阐述了反映导热基本规律的傅里叶定律，并对其公式中的热导率进行了分析，最后讨论了一维稳态导热中傅里叶定律的具体应用，即平壁和圆筒壁的一维稳态导热计算。 2018-1-27 学习要求 本章的重点是掌握平壁、圆筒壁的一维稳态导热计算，通过学习应达到以下要求： 1.理解导热的物理概念，了解导热的微观机理。 2.理解温度场、等温线、等温面、温度梯度以及稳态导热的概念。 3.掌握导热基本定律傅里叶定律的物理意义和数学表达式。 4.了解热导率的物理意义及影响热导率的因素。 5.掌握单层平壁和多层平壁的一维稳态导热计算公式及其应用。 6.掌握单层圆筒壁和多层圆筒壁的一维稳态导热计算公式及其应用。 2018-1-27 单纯的导热一般只发生在密实的固体中。 气体与液体因为具有流动特性，在产生导热的同时往往伴随宏观相对位移（即对流）而使热量转移。 在工程应用中，一般把发生在换热器管壁、管道保温 层、墙壁等固态材料中的热量传递均可看作导热过程处理。 导 热 此现象最为普遍，也最具有应用价值 液体 其导热机理认为介于气体和固体之间。 2018-1-27 某一时刻，物体中各点温度分布的状况称为温度场。 2.温度场 非稳态温度场: 一般来说，温度场是空间坐标和时间的函数，其数学表达式为： 空间各点温度随时间而变化的温度场。 稳态温度场: 空间各点温度都不随时间而变化的温度场。 t=f（x、y、z） t=f（x、y、z、） 二维稳态温度场 一维稳态温度场 t=f（x、y） t=f（x） 最简单, 工程应用最多 稳态温度场中发生的导热称为稳态导热。 稳态导热: 如各种热力设备在启动、停机或变工况时的温度场 2018-1-27 在温度场中，同一时刻温度相同的点所构成的线或面称为等温线或等温面。 3.等温线、等温面和温度梯度 等温线和等温面的特点： （1）任意两个等温线或等温面永不相交。 （2）等温线或等温面可以在物体内部是完全封闭的曲线或曲面，也可终止于物体的边缘，但不可以在物体内部中断。 （3）等温线或等温面上温度差为零，没有热量的传递。热量传递只是沿着最短的途径进行，即沿着等温面或等温线的法线方向进行。 空间中任何一点不可能同时具有两个不同的温度值 等温线、等温面 2018-1-27 等温面法线方向上的温度增量t与法向距离n的比值的极限，称为温度梯度，记为gradt，单位为℃/m。即： 温度梯度 对一维稳态温度场，温度梯度为： 温度梯度是向量，指 向温度增加的方向。 热量传递方向与温度梯度方向恰好相反 2018-1-27 二、导热基本定律 也称傅里叶定律。 或 对于一维稳态导热，傅里叶定律可表示为  : 热流量， W； A : 导热面积，m2；  : 热导率，W/（mK）; q : 热流密度， W/m2; “—” : 表示热流方向与温度梯度的方向相反，永远指向温度降低的方向。 该定律指出：当导热体内进行的是纯导热时，单位时间内以导热方式传递的热量，与温度梯度及垂直于导热方向的导热面积成正比。 热流量和热流密度反映了热量传递 快慢的程度，它们之间的关系为： 2018-1-27 三、热导率 热导率表示物质导热能力的大小。 影响热导率的因素主要有: 热导率在数值上等于单位温度梯度作用下的热流密度 2018-1-27 工程上常见物质的热导率可从有关手册查得。 如附表14、15 热导率 物质的热导率一般通过实验测定。 常见材料热导率