化工原理第四章第二节讲稿

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,四,章,传热,一、基本概念和傅立叶定律,二、导热系数,三、平壁的稳定热传导,四、圆筒壁的稳定热传导,第,二,节,热传导,2024/11/9,一、基本概念和傅立叶定律,1、温度场和等温面,温度场,物体或系统内部的各点温度分布的总和,温度场的数学表达式为,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,等温面,：,温度场中温度相同的点组成的面,2024/11/9,2、温度梯度,温度梯度,：,等温面法线方向上的温度变化率，用,gradt,表示。,温度梯度是向量，正方向指向温度增加的方向。,对于一维稳定的温度场，温度梯度可表示为：,3、付立叶定律,2024/11/9,比例系数，,称为,导热系数,。,w/m,k,负号,表示热流方向与,温度梯度方向相反。,付立叶定律,2024/11/9,二、导热系数,1、导热系数的定义,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,。,一般，金属的导热系数最大，非金属的固体次之，液体的较小，气体的最小。,2024/11/9,2、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,。,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,，,2024/11/9,纯液体的导热系数比溶液的导热系数大。,3、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。,2024/11/9,三、通过平壁的稳定热传导,1、单层平壁的稳定热传导,边界条件为：,x,=0,时，,t=t,1,x,=,b,时，,t=t,2,2024/11/9,R,导热热阻，,K/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,2024/11/9,2、多层平壁的稳定热传导,2024/11/9,推广到,n,层平壁有：,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。,2024/11/9,3、接触热阻,若以,r,0,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。,2024/11/9,四、圆筒壁的稳定热传导,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：,2024/11/9,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,2024/11/9,圆筒壁的内外表面的对数平均面积，,m,2,当,r,2,/r,1,2,时可用算术平均值代替对数平均值,2024/11/9,2、多层圆筒壁的热传导,与多层平壁的稳定热传导计算类似，可导出：,2024/11/9,