1 第四章第二节(化原)课件.pptVIP

一、基本概念和傅立叶定律 1、温度场和等温面 二、导热系数 1、导热系数的定义 三、平壁的稳定热传导 1、单层平壁的稳定热传导 四、圆筒壁的稳定热传导 化工原理 * * * Chemistry and chemical engineering institute Chemistry and chemical engineering institute 第四章 传热 吕 君 概述 4.1 热传导 4.2 对流传热 4.3 对流传热系数关联式 4.4 辐射传热 4.5 传热计算 4.6 本章 内容 换热器 4.7 本节讲授 内容 3 平壁的稳定热传导 2 导热系数 4 圆筒壁的稳定热传导 1 基本概念和傅立叶定 律 第二节 热传导 （1）温度场：物体或系统内部的各点温度分布的总和。 温度场是位置和时间的函数 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 定态一维温度场： 定态温度场中温度只沿一个坐标方向发生变化。 （2）等温面 同一时刻，温度场中温度相同的点组成的面。 t1 t2 t1t2 等温面 Q 由于某瞬间内空间任一点上不可能有不同的温度，因此，温度不同的等温面彼此不能相交，并且同一等温面上无热量传递。 等温面法线方向上的温度变化率，用grad t表示 ，温度梯度是向量，正方向指向温度增加的方向，与热流方向相反。 对于一维温度场： t-Δt t+Δt t n Q dA 2、温度梯度 3、傅立叶定律 t-Δt t+Δt t n Q dA λ——比例系数，称为导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。 负号表示热流方向与温度梯度方向相反。 ——傅立叶定律 它是一个经验性定律。实践证明，单位时间内的传热量Q与垂直于热流方向的导热截面面积A和温度梯度 成正比。即 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 ，与物质的组成、结构、密度、黏度及压强有关。 0.25 0.006～0.6 0.07～0.7 0.2～3.0 15～420 ?,W/(m?K) 绝热材料 气体 液体 非金属固体 金属 物质种类 ?金属固体 ?非金属固体 ?液体 ?气体 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。 式中 ?0， ? ── 0℃，t℃时的导热系数，W/(m· ℃)； a′ ── 温度系数。 对大多数金属材料 a′ 0 ，t ? ?? 对大多数非金属材料 a′ 0 ， t ? ? ? 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，纯液体的导热系数比溶液的导热系数大。 4、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。 t1 t2 b t x dx Qx Qx+dx 假设： （1）A大，b小； （2）材料均匀； （3）平壁内温度符合一维稳态温度场，t=f(x) 傅立叶定律可写为： 边界条件为：x=0时，t=t1；x=b时，t=t2 b O x t1 t2 t R——导热热阻， ℃ /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。 2、多层平壁的稳定热传导 t1 t2 b1 t x b2 b3 t2 t4 t3 假设： (1) A大，b小； (2) 材料均匀； (3) 温度仅沿x变化，且不随时间变化。 (4) 各层接触良好，接触面两侧温度相同。 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。 推广至n层： 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。 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： 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 边界条件 ——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 2、多层圆筒