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返回,北京化工大学化工原理电子课件,*,4.2,热传导,4.2.1,有关热传导的基本概念,4.2.2,傅立叶定律,4.2.3,导热系数,4.2.4,通过平壁的稳定热传导,4.2.5,通过圆筒壁的稳定热传导,1,4.2.1,有关热传导的基本概念,式中,t,某点的温度，,；,x,y,z,某点的坐标；,时间。,温度场,：某时刻，物体或空间各点的温度分布。,(1),温度场和等温面,2,不稳定温度场,稳定温度场,等温面,：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。,不同温度的等温面不相交,。,t,1,t,2,t,1,t,2,等温面,Q,3,(2),温度梯度,t+,t,t-,t,t,n,Q,dA,温度梯度是一个,点,的概念。,温度梯度是一个向量。,方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正,一维稳定热传导,4,4.2.2,傅立叶定律,式中,d,Q,热传导速率，,W,或,J/s,；,dA,导热面积，,m,2,；,t/,n,温度梯度，,/m,或,K/m,；,导热系数，,W/(m),或,W/(mK),。,5,负号表示传热方向与温度梯度方向相反,表征材料导热性能的物性参数,越大，导热性能越好,用热通量来表示,对一维稳态热传导,6,(2),是,分子微观运动的宏观表现。,4.2.3,导热系数,(1),在数值上等于单位温度梯度下的热通量。,=f(,结构,组成,密度,温度,压力）,(3),各种物质的导热系数,金属固体,非金属固体,液体,气体,7,在一定温度范围内：,式中,0,0,t,时的导热系数，,W/(mK),；,a,温度系数。,对大多数金属材料,a 0,，,t,1),固体,金属：,纯金属,合金,非金属：同样温度下，,越大，,越大。,8,2),液体,金属液体,较高，非金属液体,低，,水的,最大。,t,（,除水和甘油）,3),气体,一般来说，纯液体的大于溶液,t,气体不利用导热，但可用来保温或隔热。,9,4.2.4,通过平壁的稳定热传导,一、通过单层平壁的稳定热传导,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。,t,1,t,2,b,t,x,dx,Q,x,Q,x+dx,10,取,d,x,的薄层，作热量衡算：,对于稳定温度场,傅立叶定律：,边界条件为：,11,得：,设,不随,t,而变,式中,Q,热流量或传热速率，,W,或,J/s,；,A,平壁的面积，,m,2,；,b,平壁的厚度，,m,；,平壁的导热系数，,W/(m),或,W/(mK),；,t,1,t,2,平壁两侧的温度，,。,12,讨论：,2,分析平壁内的温度分布,上限由,1,可表示为,推动力：,热阻：,为,13,不随,t,变化，,t,x,成呈线形关系。,3,当,随,t,变化时,若,随,t,变化关系为：,则,t,x,呈,抛物线关系。,如：,1,t,1,，,2,t,2,14,二、通过多层平壁的稳定热传导,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。,t,1,t,2,b,1,t,x,b,2,b,3,t,2,t,4,t,3,15,推广至,n,层：,16,三、各层的温差,思考：,厚度相同的三层平壁传热，温度分布如图所示，哪一层热阻最大，说明各层,的大小排列。,t,1,t,2,t,3,t,4,3,1,2,17,4.2.5,通过圆筒壁的稳定热传导,一、通过单层圆筒壁的稳定热传导,假定：,(1),稳定温度场；,(2),一维温度场。,18,取,d,r,同心薄层圆筒，作热量衡算：,对于稳定温度场,傅立叶定律,19,边界条件,得：,设,不随,t,而变,式中,Q,热流量或传热速率，,W,或,J/s,；,导热系数，,W/(m),或,W/(mK),；,t,1,t,2,圆筒壁两侧的温度，,；,r,1,r,2,圆筒壁内外半径，,m,。,20,讨论：,1,上式可以为写,对数平均面积,21,2,3,圆筒壁内的温度分布,上限从,改为,t,r,成对数曲线变化,(,假设,不随,t,变化,),22,4,平壁：各处的,Q,和,q,均相等；,圆筒壁：不同半径,r,处,Q,相等，但,q,却不等。,二、通过多层圆筒壁的稳定热传导,23,对于,n,层圆筒壁：,式中,q,1,q,2,q,3,分别为半径,r,1,r,2,r,3,处的热通量。,24,例题,4.2.1,内径为,15mm,，,外径为,19mm,的,钢管，其,1,为,20,W/m,，,其外包扎一层厚度为,30mm,，,2,为,0.2,W/m,的保温材料，若钢管内表面温度为,580,保温层外表面温度为,80,试求,:,(1),每米管长的热损失,;,(2),保温层中的温度分布。,25,例题,4.2.2,有一蒸汽管道，外径为,25mm,，,管外包有两层保温材料，每层材料均厚,25mm,，,外层保温材料与内层材料导热系数之比,2,/,1,=5,，此时单位时间的热损失为,Q,；,现工况将两层材料互换，且设管外壁与保温层外表面的温度,t,1,、,t,3,不变，则此时热损失为,Q,，求,Q/Q=,？,26,
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