热工基础传导.ppt

第二部分传热学（热量传输) 基本概念： 1）导热 定义：指物体各部分无相对位移或者不同物体直接接触，依靠物质分子、原子、自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。 2）对流 定义： 对流传热是由于流体在运动过程中质点发生相对位移而引起的热量转移。 流动的流体与固体壁面相接触时所发生的热量传输过程称为对流给热，简称给热。 3）辐射 定义：是以电磁波（或者光量子）方式进行能量的传递，热辐射不依靠常规物质的接触而进行热量的传递。 热辐射与导热、对流给热有着本质的区别： 导热和对流给热是不同温度的物体直接接触时发生的传热现象。 而所有温度大于0K的物体都能以辐射方式发射和吸收辐射能。 在实际的传热过程中很少有一种传热方式单独存在，往往是两种及其以上传热方式同时发生，而在某种条件下以某种传热方式为主。 温度场： 在物体（固体、液体、气体）中有温度差存在时，热量将自动由高温流向低温，也就是说： 物体相互间或者同一物体各部分之间存在温度差是产生传热的必要条件。 因此了解物体中的传热情况时，首先必须了解物体当中的温度分布。物体在加热或者冷却过程中，不同部位的温度是不同的，同一部位的温度也随时间而改变，可得出结论： 上式为温度场的数学表达式。 即：温度场就是指某一瞬间物体（空间）各点温度分布的总和。温度场一维表达式为： 稳定传热与不稳定传热： 如果温度场不随时间改变，则公式可写成： 此时温度场称为稳定温度场，所进行的传热为稳定传热。 例如隧道窑的窑墙、窑顶、各点温度虽然不同，但均不随时间改变，因此属于稳定温度场，通过窑墙、窑顶的传热为稳定传热。 如果温度场随时间改变，则称为不稳定温度场，所进行的传热为不稳定传热。 例如在隧道窑中行进的窑车以及装载的制品，在加热和冷却过程中，不仅各点温度不同，而且同一点的温度也随时间变化，因此属于不稳定温度场，所进行的传热为不稳定传热。 温度梯度：在物体（空间）当中，具有相同温度的各点相连接所构成的面称等温面。因为同一点不可能具有两个不同的温度，所以等温面不可能相交。在穿过等温面方向（图示m方向）能观察到温度的变化，而且在穿过等温面的法线方向温度变化最显著，等温面之间温度差△t与其法线方向距离△n之比值的极限称为温度梯度，记为grad t 温度梯度是沿等温面法线方向的向量，沿着温度升高的方向为正，朝着温度降低的方向为负。温度梯度的负值，也称为温度降度。 1. 传热传导――导热 导热是指物体各部分无相对位移或者不同的物体直接接触，依靠物质分子、原子、自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。 1.1 导热基本定律－傅立叶定律 傅立叶在研究固体导热现象时确定：单位时间内传递的热流量Q，与温度降度以及垂直于导热方向的截面积F成正比。 可见导热系数就是当物体内温度降度为1℃/m，单位时间内通过单位面积的热流量，导热系数的大小标志着物质的导热能力。 耐火材料、建筑材料及隔热保温材料，它们的导热系数值在0.025～4W/m?℃之间，其中导热系数小于0.25的材料称为绝热材料。该类材料的特点是内部具有较多的孔隙，热量通过材料实体和孔隙两部分进行传递。通过实体的部分是靠固体的导热，而通过孔隙的部分是以辐射以及其中介质的导热和对流的复杂方式进行的。因此各种材料的导热系数相差很大，而同一种材料还受到结构、湿度、温度等因素的影响。 实验证明，大多数耐火材料和建筑材料的导热系数与温度都近似呈直线关系而且是随着温度升高而增大的。但也有一些材料（如镁砖、镁铬砖），其导热系数随温度升高而降低。导热系数和温度的关系可表示为： 在导热过程中物体各部分温度不同，此时可依据物体两端面温度t1和t2的算术平均数，即 来计算该物体的平均热导系数 ，这种方法用于稳定导热问题求解时是合理的。 1.2 平壁导热 1.2.1通过单层平壁导热 设有一同质单层平壁，如图所示，其厚 度为 ，两个表面各维持一定的温度，分 别为 ，且 ，材料的导热系数 为常数，平壁温度只沿x方向变化，在这种 情况下，温度场是一维的，所有的等温面都是平面，并且垂直于x轴。为求得通过该平壁的热流密度以及平壁内的温度分布，可在距内表面x处取一厚度为dx的薄层，对于一维稳定导热傅立叶定律可表示为： 将上式分离变量并