主要內(nèi)容本章介紹了三種基本傳熱方式,即導(dǎo)熱、對(duì)流傳熱

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 回收和利用廢熱，節(jié)省能源回收和利用廢熱，節(jié)省能源保溫保溫： 為減少熱損失，對(duì)高溫或低溫的設(shè)備及管道進(jìn)行保溫隔熱。為減少熱損失，對(duì)高溫或低溫的設(shè)備及管道進(jìn)行保溫隔熱。如工業(yè)上分離空氣的精餾塔，塔內(nèi)溫度在如工業(yè)上分離空氣的精餾塔，塔內(nèi)溫度在-180，如設(shè)備不保溫絕，如設(shè)備不保溫絕熱，則冷量損失太大，且操作無法進(jìn)行。熱，則冷量損失太大，且操作無法進(jìn)行。 )(23:3.77322冷卻冷凝與氣體分離液氨氮肥生產(chǎn)NHHNcatK內(nèi)容：內(nèi)容：研究方法不同研究方法不同：熱力學(xué)研究的是黑箱法熱力學(xué)研究的是黑箱法 ，只研究體系與環(huán)境的能量交換，不考慮機(jī)理。它是建立熱力學(xué)三大定律上的嚴(yán)格數(shù)學(xué)推

2、導(dǎo)。傳熱學(xué)的研究方法是一種工程方法。傳熱學(xué)的研究方法是一種工程方法。數(shù)學(xué)模型法數(shù)學(xué)模型法因次因次分析法，分析法，常常用大量經(jīng)驗(yàn)式組成、半經(jīng)驗(yàn)半理論的方法。 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)： 熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱。是指熱量從物體的高溫部分向同一熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱。是指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(gè)高溫物體向一個(gè)與它直接接物體的低溫部分、或者從一個(gè)高溫物體向一個(gè)與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。觸的低溫物體傳熱的過程。導(dǎo)熱是靜止物體的一種傳熱方導(dǎo)熱是靜止物體的一種傳熱方式，不依靠物質(zhì)的宏觀位移式，不依靠物質(zhì)的宏觀位移。 熱傳導(dǎo)在氣、液、固中均可以進(jìn)行，但傳導(dǎo)的機(jī)理不熱傳導(dǎo)在氣、液、固中均可以進(jìn)行，但傳導(dǎo)

3、的機(jī)理不同。金屬同。金屬-自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；非金屬和大部分液體自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；非金屬和大部分液體（除水銀等）（除水銀等）晶格振動(dòng)和分子碰撞；氣體晶格振動(dòng)和分子碰撞；氣體分子分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。 如：一根鐵棒一端放在火爐上燒，熱量會(huì)通過鐵棒傳如：一根鐵棒一端放在火爐上燒，熱量會(huì)通過鐵棒傳遞到另一側(cè)，但無物質(zhì)的宏觀位移。遞到另一側(cè)，但無物質(zhì)的宏觀位移。對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱：依靠流體的宏觀位移，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。依靠流體的宏觀位移，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。對(duì)流傳熱過程伴隨著流體質(zhì)點(diǎn)間的熱傳導(dǎo)。工程上對(duì)流傳熱過程伴隨著流體質(zhì)點(diǎn)間的熱傳導(dǎo)。工程上習(xí)慣常將流體習(xí)慣常

4、將流體與固體壁面之間的傳熱稱為與固體壁面之間的傳熱稱為對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱。實(shí)際上包括對(duì)流和傳導(dǎo)兩實(shí)際上包括對(duì)流和傳導(dǎo)兩種形式：靠近壁面附近的流體層（層流內(nèi)層）中依靠熱傳導(dǎo)的方種形式：靠近壁面附近的流體層（層流內(nèi)層）中依靠熱傳導(dǎo)的方式傳熱，在流體主體（湍流）中則主要依靠對(duì)流方式傳熱。式傳熱，在流體主體（湍流）中則主要依靠對(duì)流方式傳熱。 輻射傳熱輻射傳熱：是指因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。物體將熱能是指因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。物體將熱能變?yōu)檩椛淠?，以電磁波的形式在空中傳播，?dāng)遇到另一物體時(shí)，變?yōu)檩椛淠埽噪姶挪ǖ男问皆诳罩袀鞑?，?dāng)遇到另一物體時(shí)，又被全部或部分地吸收而變?yōu)闊崮堋?/p>

5、又被全部或部分地吸收而變?yōu)闊崮堋?特點(diǎn)特點(diǎn): (1)不需要介質(zhì)不需要介質(zhì) (2) EaT4 三種傳熱方式一般不單獨(dú)存在，往往相互伴隨，同時(shí)出現(xiàn)。三種傳熱方式一般不單獨(dú)存在，往往相互伴隨，同時(shí)出現(xiàn)。如熱量在設(shè)備保溫層中的傳遞，以導(dǎo)熱為主，而由保溫層向空氣如熱量在設(shè)備保溫層中的傳遞，以導(dǎo)熱為主，而由保溫層向空氣散熱，則是對(duì)流和輻射并聯(lián)傳熱的結(jié)果。散熱，則是對(duì)流和輻射并聯(lián)傳熱的結(jié)果。 強(qiáng)制對(duì)流攪拌等外力所致風(fēng)機(jī)由于泵重者下沉輕者上浮自然對(duì)流同引起的密度差所致由于流體中各點(diǎn)溫度不質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移,),(: CO+H2OCO2+H2+Q在傳熱系統(tǒng)中各點(diǎn)的溫度分布不隨時(shí)間而改變?cè)趥鳠嵯到y(tǒng)中各點(diǎn)的溫度分布不隨

6、時(shí)間而改變的傳熱過程；穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)各點(diǎn)的熱流量不隨時(shí)間而變，連的傳熱過程；穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)各點(diǎn)的熱流量不隨時(shí)間而變，連續(xù)生產(chǎn)過程中的傳熱多為穩(wěn)態(tài)傳熱。續(xù)生產(chǎn)過程中的傳熱多為穩(wěn)態(tài)傳熱。傳熱系統(tǒng)中各點(diǎn)的溫度既隨位置又隨時(shí)間而傳熱系統(tǒng)中各點(diǎn)的溫度既隨位置又隨時(shí)間而變的傳熱過程。變的傳熱過程。 1、 t+ t t n l等溫面及溫度梯度傳熱速率傳熱速率 Q： 熱通量熱通量 q： 等溫面：等溫面： 溫度變化率：溫度變化率： 溫度梯度溫度梯度nt ： 單位時(shí)間傳遞的熱量，J/s單位傳熱面積的傳熱速率，J/m2s，矢量，方向?yàn)閭鳠崦娴姆ň€方向 AddQq t+ t t n l等溫面及溫度梯度lt ntntn 0li

7、m6.2 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)6.2.1 傅立葉定律傅立葉定律一、基本概念一、基本概念 t+ t t n l等溫面及溫度梯度ntAddQq dydu 負(fù)號(hào)表示負(fù)號(hào)表示q q與溫度梯度方向相反與溫度梯度方向相反稱為導(dǎo)熱系數(shù)稱為導(dǎo)熱系數(shù) , , 單位為單位為W/(mK) 6.2.1 傅立葉定律傅立葉定律物性之一：與物質(zhì)種類、熱力學(xué)狀態(tài)（物性之一：與物質(zhì)種類、熱力學(xué)狀態(tài)（T T、P P）有關(guān)）有關(guān)物理含義：代表單位溫度梯度下的熱通量大小，物理含義：代表單位溫度梯度下的熱通量大小， 故物質(zhì)的故物質(zhì)的 越大，導(dǎo)熱性能越好。越大，導(dǎo)熱性能越好。 一般地一般地， 導(dǎo)電固體導(dǎo)電固體 非導(dǎo)電固體非導(dǎo)電固體， 液體液體

8、氣體氣體 T T ， 氣體氣體 ， 水水 ，其它液體的，其它液體的 。二、傅立葉定律二、傅立葉定律 由以上方程和邊界條件、初始條件可數(shù)值求解溫度場(chǎng)。由以上方程和邊界條件、初始條件可數(shù)值求解溫度場(chǎng)。 但是，下面我們將重新從熱量衡算出發(fā)求解但是，下面我們將重新從熱量衡算出發(fā)求解一維穩(wěn)態(tài)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)導(dǎo)熱問題。熱問題。6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱0 xtx 一維穩(wěn)態(tài)時(shí)一維穩(wěn)態(tài)時(shí) t t1 t2 0 b x常數(shù)常數(shù)速率速率輸出熱量輸出熱量速率速率輸入熱量輸入熱量 QQ常數(shù)常數(shù) dxdtAqAQ bttdxdt21 常數(shù)常數(shù)熱熱阻阻推推動(dòng)動(dòng)力力 Abtt 21qAQ dx一、無限大一、無限大單層平壁單

9、層平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源）-可見溫度分布為直線可見溫度分布為直線若若 為常數(shù)，則：為常數(shù)，則：6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-薄殼衡算法薄殼衡算法 t t2 t3 t4 t1 0 x b顯然，通過每一層的 Q=常數(shù)或 q=常數(shù) 熱熱阻阻推推動(dòng)動(dòng)力力 qAQ 總總熱熱阻阻總總推推動(dòng)動(dòng)力力 AbttAbttAbttAbttiii 3141334322321121二、無限大二、無限大多層平壁多層平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源）6.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-薄殼衡算法薄殼衡算法 t t2 t3 t4 t1 0 x b總總熱熱阻阻總總推推動(dòng)動(dòng)力力

10、 AAbttAttAbttQiiiiii 113101043141 04ttAQ 牛牛頓頓冷冷卻卻定定律律：思考思考1：若上述平壁的右側(cè)與環(huán)境進(jìn)行對(duì)流傳熱，設(shè)環(huán)境溫若上述平壁的右側(cè)與環(huán)境進(jìn)行對(duì)流傳熱，設(shè)環(huán)境溫 度為度為t0、對(duì)流傳熱系數(shù)為、對(duì)流傳熱系數(shù)為 ，則傳熱量表達(dá)式如何？，則傳熱量表達(dá)式如何？6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-薄殼衡算法薄殼衡算法0t 常常數(shù)數(shù) drdtAqAQ 常常數(shù)數(shù)但但 q常數(shù)常數(shù) drdtrLqAQ 2drrLQdtrrtt 112 LrrttQ211ln t t1 r1 r2 t20 r bQQdr薄殼衡算法三、無限長三、無限長單層圓筒壁單層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

11、（無內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源）若為常數(shù)，則：-可見溫度分布可見溫度分布 為對(duì)數(shù)關(guān)系為對(duì)數(shù)關(guān)系6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-薄殼衡算法薄殼衡算法 12121221122122rrrrLrrttLrrttQlnln 1212lnrrrrrm 令令-對(duì)數(shù)平均半徑當(dāng)212 rr時(shí)，可用算術(shù)平均代替 mmAbttrLbttQ21212 于是于是 t t1 r1 r2 t20 r bQQdr薄殼衡算法熱阻熱阻推動(dòng)力推動(dòng)力對(duì)照：平壁：對(duì)照：平壁： AbttQ 216.2.2一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-薄殼衡算法薄殼衡算法對(duì)數(shù)平均、算術(shù)平均、幾何平均的比較對(duì)數(shù)平均、算術(shù)平均、幾何平均的比較：綠線綠線

12、-對(duì)數(shù)平均對(duì)數(shù)平均黃線黃線-幾何平均幾何平均紅線紅線-算術(shù)平均算術(shù)平均平均值x=5時(shí)對(duì)數(shù)平均對(duì)數(shù)平均幾何平均幾何平均算術(shù)平均算術(shù)平均熱阻熱阻推動(dòng)力推動(dòng)力 qAQ t t1 t2 t3 t4 r1 r2 t20 r b1 b2 b3總熱阻總熱阻總推動(dòng)力總推動(dòng)力 miiiimmmAbttAbttAbttAbtt 3141333432223211121 Q=常數(shù)，但常數(shù)，但 q 常數(shù)常數(shù)四、無限長四、無限長多層圓筒壁多層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源）一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源）6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-薄殼衡算法薄殼衡算法思考思考1 1： 氣溫下降，應(yīng)添加衣服，應(yīng)把保暖性好的衣服穿在氣溫下降，

13、應(yīng)添加衣服，應(yīng)把保暖性好的衣服穿在里面好，還是穿在外面好？里面好，還是穿在外面好？思考思考2 2：保溫層越厚，保溫效果越好嗎？保溫層越厚，保溫效果越好嗎？6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-薄殼衡算法薄殼衡算法bb 1 2Qbb 2 1Q 21 21201212LrLrrttQ ln總熱阻總熱阻總推動(dòng)力總推動(dòng)力02 drdQ令令 t1 t2 t0 r1 r2 則 2r 002222 drdQrdrdQr時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) Q rcr2-臨界半徑 rc故 Q 有極大值 6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-薄殼衡算法薄殼衡算法五、保溫層的臨界厚度五、保溫層的臨界厚度影響因素影響因素：接觸材料的種類及硬度，接觸材料的種類及硬度，接觸面的粗糙程度，接觸面的粗糙程度，接觸面的壓緊力，接觸面的壓緊力，空隙內(nèi)的流體性質(zhì)?？障秲?nèi)的流體性質(zhì)。 接觸熱阻一般通過實(shí)驗(yàn)測(cè)接觸熱阻一般通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定或憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)定或憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)6.2.2一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-薄殼衡算法薄殼衡算法六、接觸熱阻六、接觸熱阻Q