傳熱第一次課概述熱傳導

1、傳熱第一次課概述熱傳導第1頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日第一節(jié) 概述一、熱傳遞發(fā)生的原因 熱的傳遞是由于系統(tǒng)內存在溫度差而引起二、熱傳遞的方向熱自動地從高溫處傳到低溫處，即熱傳遞的方向指向溫度梯度減小的方向 化學反應溫度對熱傳遞的需求 單元操作對熱傳遞的需求 設備或管道保溫、保冷涉及到熱量傳遞三、化工生產中的熱傳遞第2頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日（1）熱傳導（導熱） 相互接觸的物體之間或物體各部分之間因存在溫度差，借助分子、原子或自由電子等的熱運動而引起的熱量傳遞。四、傳熱的基本方式及其機理傳熱的三種基本方式（2）熱對流流體各部分之間發(fā)

2、生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對流。 熱對流僅發(fā)生在流體中。第3頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日強制對流： 因泵（或風機）或攪拌等外力所導致的對流稱為強制對流。 流動的原因不同，對流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中有可能同時發(fā)生自然對流和強制對流。熱對流的兩種方式：自然對流： 由于流體各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產生相對位移，這種對流稱為自然對流。第4頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日（3）熱輻射因熱的原因而產生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。所有物體都能將熱以電磁波的形式發(fā)射出去，而不需要任何介質。 任何物體只要在絕對零度以上

3、都能發(fā)射輻射能，但是只有在物體溫度較高的時候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。第5頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日 冷熱流體被固體壁面所隔開。熱流體將熱量傳給固體壁面，再由固體壁面將熱量傳給冷流體。 夾套式換熱器、蛇管換熱器、套管換熱器、列管換熱器五、冷熱流體熱量傳遞方式及傳熱設備1、間壁式傳熱第6頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日冷熱流體直接接觸傳熱2、混合式傳熱第7頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日冷熱流體交替通過蓄熱器，利用蓄熱器內的蓄熱元件來積蓄和釋放熱量達到換熱目的。3、蓄熱式傳熱第8頁，共24頁，2022年，5

4、月20日，21點50分，星期日溫度場(temperature field)：某一瞬間空間中各點的溫度分布，稱為溫度場(temperature field)。物體的溫度分布是空間坐標和時間的函數，即 t = f (x，y，z，) 第二節(jié) 熱傳導一、傅立葉定律1 溫度場和溫度梯度第9頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日一維溫度場：若溫度場中溫度只沿著一個坐標方向變化。不穩(wěn)定溫度場：溫度場內各點溫度隨時間而改變。穩(wěn)定溫度場：若溫度不隨時間而改變。 一維溫度場的溫度分布表達式為： t = f (x,)溫度場中同一時刻相同溫度各點組成的面稱為等溫面。第10頁，共24頁，2022年，

5、5月20日，21點50分，星期日對于一維溫度場，等溫面x及(x+x)的溫度分別為t(x,)及t(x+x,)，則兩等溫面之間的平均溫度變化率為： 一維溫度場的溫度梯度: 溫度梯度的正方向指向溫度增加的方向。第11頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日傅立葉定律是熱傳導的基本定律：單位時間內傳導的熱量與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比，即導熱系數表征物質導熱能力的大小，是物質的物理性質之一。式中 Q單位時間傳導的熱量，簡稱傳熱速率，w A導熱面積，即垂直于熱流方向的表面積，m2 導熱系數(thermal conductivity)，w/m.k。2 傅立葉定律第12頁，共2

6、4頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日導熱系數越大，表明物質的導熱性能越好。導熱系數的大小與物質的組成、結構、密度有關；還與溫度、壓力有關。 導熱系數多由實驗測定。3 導熱系數定義式第13頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日在所有固體中，金屬的導熱性最好。純度對金屬導熱系數影響很大，純度高則導熱系數大。一般來說，溫度升高將導致純金屬導熱系數降低；導致非金屬固體導熱系數升高 。密度增大，非金屬固體導熱系數隨之增大。（1）固體的導熱系數第14頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日金屬液體的導熱性通常比非金屬液體的導熱性好。大多數金屬液體的導熱系

7、數隨溫度升高而降低。（2）液體的導熱系數第15頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日非金屬液體中，水的導熱系數最大。除水和甘油外，其它非金屬液體導熱系數隨溫度升高而略有降低。純度高則導熱系數大。（2）液體的導熱系數第16頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日氣體的導熱系數隨溫度升高而增大。壓力對氣體導熱系數影響很小。氣體的導熱系數很小，利于保溫。（3）氣體的導熱系數第17頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日如圖所示：bt1t2Qtt1t2obx平壁壁厚為b，壁面積為A；壁的材質均勻，導熱系數不隨溫度變化，視為常數；平壁的溫度只沿著垂

8、直于壁面的x軸方向變化，故等溫面皆為垂直于x軸的平行平面。平壁側面的溫度t1及t2恒定。二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導1、單層平壁的熱傳導第18頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日 式中t=t1-t2為導熱的推動力(driving force)，而R=b/A 則為導熱的熱阻(thermal resistance)。 根據傅立葉定律 積分邊界條件：當x=0時，t= t1；x=b時，t= t2，第19頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日2 多層平壁設各平壁穩(wěn)定導熱，通過各層熱量相等。即：第20頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日第21頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日多層平壁的熱阻為各層熱阻之和,總傳熱推動力為各層推動力之和。第22頁，共24頁，2022年，5月20日，21點50分，星期日例：某冷庫外壁內、外層磚壁厚均為12cm，中間夾層厚10cm，填以絕緣材料。磚墻的熱導率為0.70w/mk，絕緣材料的熱導率為0.04w/mk，墻外表面溫度為10 ，內表面為-5 ，試計算進入冷庫的熱流密度及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫度。第23頁，共24頁，2022年，5月20日，2