傳熱原理導(dǎo)熱

1、 概概 述述第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)導(dǎo) 熱熱第二節(jié)第二節(jié) 對流換熱對流換熱第三節(jié)第三節(jié) 輻射換熱輻射換熱第四節(jié)第四節(jié) 綜合傳熱綜合傳熱 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 傳熱現(xiàn)象傳熱現(xiàn)象 傳熱方式傳熱方式低溫端高溫端 熱量傳遞的過程傳熱 用于加熱或熔化物料的傳熱用于加熱或熔化物料的傳熱有益?zhèn)鳠?造成熱損失的傳熱造成熱損失的傳熱有害傳熱 強(qiáng)化有益?zhèn)鳠?、削弱有害傳熱是研究傳熱學(xué)的主要目標(biāo)強(qiáng)化有益?zhèn)鳠帷⑾魅跤泻鳠崾茄芯總鳠釋W(xué)的主要目標(biāo)研究傳熱學(xué)的目的 熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個高溫?zé)崃繌奈矬w的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個高溫物體向一個與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程物體向一個與它直接接觸

2、的低溫物體傳熱的過程傳導(dǎo)傳熱 物體各部分發(fā)生相對位移而引起的能量轉(zhuǎn)移。物體各部分發(fā)生相對位移而引起的能量轉(zhuǎn)移。對流傳熱 是一種由電磁波來傳播能量的現(xiàn)象是一種由電磁波來傳播能量的現(xiàn)象輻射傳熱導(dǎo)熱導(dǎo)熱 它是由于物體各部分的直接接觸、彈性波的作用、原子或分子的擴(kuò)散。自由電子的擴(kuò)散所引起的能量它是由于物體各部分的直接接觸、彈性波的作用、原子或分子的擴(kuò)散。自由電子的擴(kuò)散所引起的能量轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移。特點：特點：物體各部分之間不發(fā)生宏觀相對位移。物體各部分之間不發(fā)生宏觀相對位移。 熱量從鐵絲的高溫端傳遞到低溫端，但鐵絲外觀未變化。 對流對流 在硅酸鹽生產(chǎn)中的對流傳熱，往往是指流體與固體壁面直接接觸時的熱量傳遞。

3、在硅酸鹽生產(chǎn)中的對流傳熱，往往是指流體與固體壁面直接接觸時的熱量傳遞。 對流只能在流體中出現(xiàn)，不存在單純的對流現(xiàn)象。對流只能在流體中出現(xiàn)，不存在單純的對流現(xiàn)象?；鹧嫱ㄟ^周圍氣體的運(yùn)動對流能將熱量從周圍向其它地方傳遞輻射輻射是一種由電磁波來傳播能量的現(xiàn)象。是一種由電磁波來傳播能量的現(xiàn)象。 特點是不僅產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)是一種由電磁波來傳播能量的現(xiàn)象移，而且伴隨特點是不僅產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)是一種由電磁波來傳播能量的現(xiàn)象移，而且伴隨能量形式的變化。能量形式的變化。太陽能以輻射形式透過廣闊真空，傳遞到地球，不需要媒介。綜合傳熱綜合傳熱 實際傳熱過程往往是三種基本方式的實際傳熱過程往往是三種基本方式的復(fù)雜組合。復(fù)雜組

4、合。一、一、導(dǎo)熱的基本概念及定律導(dǎo)熱的基本概念及定律二、導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù) 傳熱現(xiàn)象傳熱現(xiàn)象三、導(dǎo)熱微分方程三、導(dǎo)熱微分方程四、無熱源的穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱四、無熱源的穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱五、具有內(nèi)熱源熱源的穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱五、具有內(nèi)熱源熱源的穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱溫度場等溫面/等溫線溫度梯度熱流和熱量穩(wěn)態(tài)傳熱和非穩(wěn)態(tài)換熱傅立葉定律 在某一瞬間，物體內(nèi)部所有各點溫度的分布情況，稱為溫度場在某一瞬間，物體內(nèi)部所有各點溫度的分布情況，稱為溫度場溫度場 溫度場內(nèi)的溫度不僅和空間位置（坐標(biāo)）溫度場內(nèi)的溫度不僅和空間位置（坐標(biāo)） 有關(guān)，而且與時間有有關(guān)，而且與時間有關(guān)，關(guān)，不穩(wěn)定溫度場 溫度不隨時間變化溫度不隨時間變化穩(wěn)定溫度場0);,(

5、 tzyxft0);,( tzyxft熱量從高溫面向其對面?zhèn)鬟f一維穩(wěn)定溫度場：t=f(x)熱量從高溫面向側(cè)面、對面?zhèn)鬟f二維穩(wěn)定溫度場：t=f(x,y)熱量從高溫面向兩側(cè)面、對面、上下底面?zhèn)鬟f三維穩(wěn)定溫度場：t=f(x,y,z) 同一瞬間，具有相同溫度各點組成的面稱為等溫面同一瞬間，具有相同溫度各點組成的面稱為等溫面 溫度不同的等溫面彼此不會相交溫度不同的等溫面彼此不會相交等溫面 一組等溫面與一平面的交線稱為等溫線一組等溫面與一平面的交線稱為等溫線等溫線等溫面被平面所切產(chǎn)生等溫線 沿等溫面法線方向的溫度變化率稱為溫度梯度。沿等溫面法線方向的溫度變化率稱為溫度梯度。0)lim( nntnt注意：溫

6、度梯度方向指向溫度升高方向，與熱流方向相反tt-tt+t 單位時間內(nèi)通過單位面積傳遞的熱量稱為熱單位時間內(nèi)通過單位面積傳遞的熱量稱為熱流（流（q) 熱流 單位時間內(nèi)通過總傳熱面積單位時間內(nèi)通過總傳熱面積F傳遞的熱量稱為傳遞的熱量稱為傳熱量（傳熱量（Q) ,Q = q F熱量 發(fā)生在穩(wěn)定溫度場內(nèi)的傳熱發(fā)生在穩(wěn)定溫度場內(nèi)的傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱 發(fā)生在不穩(wěn)定溫度場內(nèi)的傳熱發(fā)生在不穩(wěn)定溫度場內(nèi)的傳熱非穩(wěn)態(tài)傳熱0,0 Qt0,0 Qt 在導(dǎo)熱現(xiàn)象中，單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量與溫度在導(dǎo)熱現(xiàn)象中，單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量與溫度梯度成正比，在一維溫度場中，梯度成正比，在一維溫度場中，)/(2mWxtq 熱流的

7、方向與溫度梯度相反導(dǎo)熱系數(shù) 物體內(nèi)溫度梯度為物體內(nèi)溫度梯度為1 / m時，單位時間、單位面積上的傳熱量時，單位時間、單位面積上的傳熱量 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) = f(材料材料,結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu),溫度溫度,濕度濕度,壓強(qiáng)壓強(qiáng))導(dǎo)熱系數(shù) 大小：大?。?.00580.00580.58 0.58 w/m.w/m. 特點：特點：(1)(1)t, .(2)t, .(2)在不太大的壓力下在不太大的壓力下, ,可以認(rèn)為可以認(rèn)為 與壓力無關(guān)與壓力無關(guān) 混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)不遵循加和法則混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)不遵循加和法則氣體導(dǎo)熱系數(shù) =0.0930.7 w/m. 特點：除水、甘油外，一般液體特點：除水、甘油外，一般液體t, t, 液

8、體導(dǎo)熱系數(shù) 金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而略有減小。非金屬體的導(dǎo)熱隨溫度升高而增大。金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而略有減小。非金屬體的導(dǎo)熱隨溫度升高而增大。固體導(dǎo)熱系數(shù)dndtq(w/m.） =2.3=2.3428 428 w/m.w/m.，純銀最大，純銅次之純銀最大，純銅次之 特點：特點：t, t, 合金合金 DLD，而溫度僅沿半徑發(fā)生變化，屬于單向穩(wěn)定傳熱。為單層圓筒壁的熱阻。為單層圓筒壁的熱阻。 當(dāng)當(dāng)r2/r1y /5/5nnnavFFFFtFtFtt.212211（1）表面溫度相差不大nttttnav.21（2）表面溫度變化較大時，可將全部面積劃分為若干區(qū)，每一區(qū) 用上述方法算出平均溫度，計算

9、出該區(qū)熱量，總熱量為：nQQQQQ 321將表面分成n塊小面積分區(qū)面積相等 多層平壁、多層圓筒壁和符多層平壁、多層圓筒壁和符合平壁中，由于接觸面并非完全光合平壁中，由于接觸面并非完全光滑，兩層的面與面之間只能部分接滑，兩層的面與面之間只能部分接觸，不接觸部分形成空隙，空隙中觸，不接觸部分形成空隙，空隙中充滿空氣。由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)比固充滿空氣。由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)比固體材料導(dǎo)熱系數(shù)小得多，從而在界體材料導(dǎo)熱系數(shù)小得多，從而在界面出產(chǎn)生一附加熱阻，并引起溫度面出產(chǎn)生一附加熱阻，并引起溫度降落，這種熱阻稱為降落，這種熱阻稱為接觸熱阻。接觸熱阻。 p 接觸熱阻的大小主要取決于表面粗糙程度；接觸熱阻的大小主

10、要取決于表面粗糙程度；p 接觸面上壓力增大熱阻減小；接觸面上壓力增大熱阻減?。籶 熱阻還與空隙中介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)熱阻還與空隙中介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)p 可在接觸界面上加銅皮等減小熱阻?？稍诮佑|界面上加銅皮等減小熱阻。 （一）（一）具有內(nèi)熱源的具有內(nèi)熱源的平壁導(dǎo)熱平壁導(dǎo)熱（二）（二）具有內(nèi)熱源的長圓柱體和具有內(nèi)熱源的長圓柱體和圓筒壁導(dǎo)熱圓筒壁導(dǎo)熱（三）（三）具有內(nèi)熱源的具有內(nèi)熱源的球體導(dǎo)熱球體導(dǎo)熱問題：均勻內(nèi)熱源問題：均勻內(nèi)熱源q qv v，無限大平，無限大平壁，平壁兩表面溫度均勻且穩(wěn)定。壁，平壁兩表面溫度均勻且穩(wěn)定。21212.22,020ttxttxCxCxqtqdxtdvv 邊邊界界條條件件：vvvqt

11、txtxttxxqtttqCtC.121122.122.1122)(22 最最高高溫溫度度位位置置： 問題：均勻內(nèi)熱源問題：均勻內(nèi)熱源q qv v，表面溫度，表面溫度t tw w，長圓柱長圓柱體。體。wvvttrrCrCrqtqdrdtrdrdr ,ln4010212.邊邊界界條條件件： 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，單位時間內(nèi)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，單位時間內(nèi)內(nèi)熱源散發(fā)的熱等于表面內(nèi)熱源散發(fā)的熱等于表面熱損失：熱損失：00.022rrvdrdtlrqlr 最高溫度在圓柱體中心最高溫度在圓柱體中心0001 Cdrdtr處處，414420.02020.20.2rqttrrrqttrqtwCvwvwv軸心溫度2211212.,ln

12、401ttrrttrrCrCrqtqdrdtrdrdrvv 邊邊界界條條件件： 問題：均勻內(nèi)熱源問題：均勻內(nèi)熱源q qv v，表面溫度，表面溫度t tw w。21.23.2.2261301CrCrqtCrqdrdtrqdrdtrdrdrvvv wttrr ,0時時邊邊界界條條件件： 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，單位時間內(nèi)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，單位時間內(nèi)內(nèi)熱內(nèi)熱源散發(fā)的熱等于表面熱損失：源散發(fā)的熱等于表面熱損失：0.3030434rrvdrdtrqr wvvwtrrqtrqtCC )(660220.221 可得：可得：1. 1. 溫度場溫度場 溫度梯度溫度梯度 熱流熱流 傳熱量傳熱量 穩(wěn)定態(tài)態(tài)傳熱和核不穩(wěn)定態(tài)傳熱穩(wěn)定態(tài)態(tài)傳熱

13、和核不穩(wěn)定態(tài)傳熱 傅立葉定律傅立葉定律2. 2. 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)( (平均導(dǎo)熱系數(shù)平均導(dǎo)熱系數(shù)) )3. 3. 導(dǎo)熱微分方程的基本形式導(dǎo)熱微分方程的基本形式( (直角坐標(biāo)和柱坐標(biāo)直角坐標(biāo)和柱坐標(biāo)) )4. 4. 導(dǎo)溫系數(shù)及其意義導(dǎo)溫系數(shù)及其意義5. 5. 無熱源的穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱無熱源的穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱 (1)(1)平壁導(dǎo)熱平壁導(dǎo)熱( (單層單層 多層多層 復(fù)合復(fù)合) ) (2) (2)圓筒壁導(dǎo)熱圓筒壁導(dǎo)熱( (單層單層 多層多層 近似處理近似處理) ) (3) (3)接觸熱阻接觸熱阻6. 6. 具有內(nèi)熱源的穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱具有內(nèi)熱源的穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱 (1)(1)平壁導(dǎo)熱平壁導(dǎo)熱 (2)(2)長圓柱體和圓筒壁導(dǎo)熱

14、長圓柱體和圓筒壁導(dǎo)熱思考題思考題1921922-22-22-32-32-4 2-52-62-7習(xí)題習(xí)題P193P1932-52-52-82-82-102-10 熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個高溫?zé)崃繌奈矬w的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個高溫物體向一個與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程物體向一個與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程傳導(dǎo)傳熱 物體各部分發(fā)生相對位移而引起的能量轉(zhuǎn)移。物體各部分發(fā)生相對位移而引起的能量轉(zhuǎn)移。對流傳熱 是一種由電磁波來傳播能量的現(xiàn)象是一種由電磁波來傳播能量的現(xiàn)象輻射傳熱 同一瞬間，具有相同溫度各點組成的面稱為等溫面同一瞬間，具有相同溫度各點組成的面稱為等溫面 溫度不同的等溫面彼此不會相交溫度不同的等溫面彼此不會相交等溫面 一組等溫面與一平面的交線稱為等溫線一組等溫面與一平面的交線稱為等溫線等溫線等溫面被平面所切產(chǎn)生等溫線022dxtd1Cdxdt21CxCt112txttt21,0ttxttx邊界條件：12121,tCttC可得