文档介绍：传热及传热设备
第三章
1/23/2018
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总述
传热,即热量传递,有温度差存在的地方,就必然有热量传递,传热的基本方式有三种:热传导、对流传热和辐射传热。
热传导简称导热,是指物质各部分之间没有相对位移,由于直接接触而发生能量传递的现象,导热在固体、液体和气体中均可进行。热传导是介质内无宏观运动时的传热现象,其在固体、液体和气体中均可发生,只有在固体中才是纯粹的热传导,在流体中对流与热传导同时发生。
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主要内容
§3-1热传导
§3-2对流传热
§3-3 传热过程计算
§3-4 辐射传热
§3-5换热器
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§3-1热传导
一、基本概念和傅立叶定律
(一)温度场和温度梯度
(二)傅立叶定律
 二、导热系数
三、平壁的热传导
(一)单层平壁热传导
(二)多层平壁的热传导
四、圆筒壁的热传导
(一)单层圆筒壁的热传导
(二)多层圆筒壁的热传导
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一、基本概念和傅立叶定律
(一)温度场和温度梯度
温度场就是任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和。
温度场的数学表达式为
t = f (x, y, z,θ) (2-1)
定态温度场的数学表达式为
t = f (x, y, z) (2-2)
温度场为定态的一维温度场表达式为
t = f (x) (2-3)
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温度场中同一时刻下相同温度各点所组成的面为等温面。
温度不同的等温面彼此不相交。等温面上无热量传递。
沿和等温面相交的任何方向,有热量传递。
图2-1 等温线和温度梯度
将温度为(t+Δt)与两相邻等温面t的温度差Δt,与两相邻等温面间垂直距离Δn之比的极限称为温度梯度。
对定态的一维温度场,温度梯度可表示为
(2-5)
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一、基本概念和傅立叶定律
(二)傅立叶定律
对于一维定态导热,其导热速率与温度梯度以及垂直于热流方向的截面积dS成正比,数学表达式为
(2-6)
式中Q———热传导速率,即单位时间传导的热,其方向与温度梯度的方向相反,W;
S———与热传导方向垂直的传热面(等温面)面积,m2;
λ———物质的导热系数,(W/m.℃);
负号表示导热的方向与温度梯度的方向相反,即热量朝着温度下降的方向传递。
傅立叶定律
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二、导热系数
式2-6可改写为
(2-7)
(导热系数的定义式)
导热系数的物理意义是在数值上等于单位温度梯度下的热通量(单位导热面积、单位温度梯度、单位时间内传导的热量)。各种物质的导热系数通常用实验方法测定。
(W/m.℃)的材料,称为隔热保温材料。
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对大多数均质固体,其λ值与温度近似呈线性关系
λ=λ0(1+a’t)
(2-7a)
主要依靠实验方法测定。缺乏实验数据时,可按纯液体的λ值进行估算。
有机化合物水溶液的导热系数估算式为
λm=∑αiλi
(2-7b)
λm=∑αiλi (2-7c)
常压下气体混合物的导热系数估算式
有机化合物的互溶混合液的导热系数估算式为
(2-7d)
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三、平壁的热传导
(一)单层平壁热传导
单层平壁的热传导如图2-2所示。
假设
材料均匀,导热系数不随温度变化
平壁内的温度仅沿垂直与平壁的方向变化
平壁面积与平壁厚度相比很大
图2-2单层平壁的热传导
由(2-6)式简化为
(2-8)
当x=0时,t=t1;当x=b,t=t2,且(t1>t2)
(2-9)
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