《传热傅里叶定律》PPT课件.ppt

第二章传热HeatTransfer 1 温度梯度 温度场 某一瞬间 空间 物体 所有各点温度分布 t f x y z 2 2传导传热 一 基本概念和傅立叶定律 稳态传热 非稳态传热 物体的温度分布随时间变化 物体中各点温度与时间无关 稳态一维温度场 温度场中同一时刻下相同温度各点所组成的曲面为等温面 沿等温面无热量传递温度不同的等温面彼此不相交沿和等温面相交的任何方向 因温度发生变化则有热量的传递 等温面 温度差Dt与法向垂直距离D 之间的比值 温度梯度 称为温度梯度 gradient 不同温度的等温面之间存在温度差 标量 只有大小 没有方向 Q 传热速率 W A 等温表面的面积 m2 比例系数 称为导热系数 W m 2 傅立叶定律 传导的热量与温度梯度 传热面积和传热时间成正比 或 负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反 3 热导率 又称导热系数 1 物理意义 表征物质的导热能力 物质的热物性参数 导热系数越大 物体的导热性能越好 即在相同的温度梯度下传热速率越大 2 影响因数 主要有物质种类 组成和温度 并与结构疏松程度有关 3 导热系数通常用实验方法测定 表1物质导热系数的数量级 1 固体的导热系数 所有固体中 金属是最好的导热体 对大多数固体 值与温度大致成线性关系 自由电子热运动时做杂乱无章地运动 在很低的温度下金属热阻很小 温度越高 热阻越大 2 液体的导热系数 液体可分为金属液体和非金属液体 3 气体的导热系数 0 01 0 1W mK 气体的导热系数低 适用于保温隔热 气体的导热系数 随温度升高而增大 在相当大的压强范围内 气体的导热系数随压强的变化甚微 可以忽略不计 只有在过高或过低的压强 2 105kPa或 3kPa 下 才考虑压强的影响 此时随压强增高导热系数增大 傅立叶定律 二 传导传热计算 1 单层平壁的热传导 一维稳态热传导 数学模型的三个假设 1 导热系数 为定值 2 无限平壁 平壁面积与厚度之比很大 故从平壁边缘处的热损可以忽略 3 稳态热传导 平壁的温度不随时间变化 仅沿垂直壁面的 方向变化 定态的一维平壁热传导 导热速率 和传热面积A都为常量 当x 0时 t t1 x 时 t t2 且t1 t2 A t1 t2 q t1 t2 单层平壁的热传导公式 每一层由不同种类材料构成 不同 各复合层传热面积相同 2 多层平壁的热传导 多层平面壁的热传导 对第一层 1 A1 t1 t2 t1 t1 t2 对第二层 2 A2 t2 t3 t2 t2 t3 对第三层 3 A3 t3 t4 t3 t3 t4 因 1 2 3 A1 A2 A3 A t1 t4 t 多层平壁的热传导公式 圆筒壁传导传热时传热面积A 2 rl傅立叶定律写为 3 单层圆筒壁的热传导 2 rl 积分 单层圆筒壁传导传热公式 因圆筒壁厚度 r2 r1上式可写成 其中rm r2 r1 ln 半径的对数平均值当r2 rl 2时 用算术平均值rm r1 r2 2 4 多层圆筒壁的热传导 对比第一章流动边界层概念 边界层存在速度梯度 2 3对流传热 一 对流传热机理热量从流体的主体传递给器壁 或由器壁传递给流体主体 流体通过间壁的热交换经过 对流 传导 对流 三个串联步骤 流体的流动形态对于流体的传热有决定性的影响以湍流流体向壁面给热的情况为例 湍流层 对流传热 没有温度降 过渡层 传导传热和对流传热 有较小温度降 层流内层 传导传热 有较大的温度降 层流内层的热阻的对流传热的控制因素 二 牛顿传热方程 影响对流传热的因素相当多 工程上将它们归纳起来 用牛顿 Newton 传热方程来表示 Q t1 t2 A 传热膜系数 W m 2 K 1t1 湍流主体温度t2 壁面温度A 壁面面积