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第三篇 传热学
靠温度差推动的能量传递过程称为热传递。为自然界和生产领域中一种普遍现象。
传热学就是研究热量传递规律的科学。
热量传递过程可分为:
——物体中各点温度不随时间变化的传热。
非稳态传热
稳态传热
如各种热力设备在持续不变的工况下运行时的传热
如各种热力设备在起动、停机和变工况时的传热
热量传递有三种基本方式:导热、对流和热辐射。
工程中往往是三种基本方式的综合
热力设备运行的两种类型:
增强传热
削弱传热
本篇只研究稳态传热
第十二章 稳态导热
学习导引
稳态导热是指温度场不随时间变化的导热过程,热力设备在正常工作运行时发生的导热多数可简化为一维稳态导热。本章主要介绍工程上常见的一维稳态导热问题的计算。首先引入有关导热的基本概念,而后阐述了反映导热基本规律的傅里叶定律,并对其公式中的热导率进行了分析,最后讨论了一维稳态导热中傅里叶定律的具体应用,即平壁和圆筒壁的一维稳态导热计算。
学壁、圆筒壁的一维稳态导热计算,通过学习应达到以下要求:
,了解导热的微观机理。
、等温线、等温面、温度梯度以及稳态导热的概念。
傅里叶定律的物理意义和数学表达式。
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本章难点
,理解温度场、等温面(或等温线)及温度梯度等概念有一定的难度,要求初学者从物理概念入手比较容易。
,虽然稳态导热中通过圆筒壁的热流量不变,但其热流密度却在变化,温度也不呈线性分布。为此圆筒壁的导热公式是由简单的微分方程导出的,必须从物理概念角度充分认识到这一点。
第一节导热的基本定律
导电体的导热主要靠自由电子的运动来完成;
导热又称热传导,是指物体各部分无相对位移或不同物体直接接触时依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而进行的热量传递现象。
气体
导热是气体分子不规则热运动时碰撞的结果;
导热是物质的属性,在固体、液体和气体中均可进行,但微观机理有所不同。
一、基本概念
其导热机理认为介于气体和固体之间。
固体
液体
单纯的导热一般只发生在密实的固体中。
气体与液体因为具有流动特性,在产生导热的同时往往伴随宏观相对位移(即对流)而使热量转移。
在工程应用中,一般把发生在换热器管壁、管道保温
层、墙壁等固态材料中的热量传递均可看作导热过程处理。
导热
此现象最为普遍,也最具有应用价值
某一时刻,物体中各点温度分布的状况称为温度场。
非稳态温度场:
一般来说,温度场是空间坐标和时间的函数,其数学表达式为:
空间各点温度随时间而变化的温度场。
稳态温度场:
空间各点温度都不随时间而变化的温度场。
t=f(x、y、z)
t=f(x、y、z、)
二维稳态温度场
一维稳态温度场
t=f(x、y)
t=f(x)
最简单, 工程应用最多
稳态温度场中发生的导热称为稳态导热。
稳态导热:
如各种热力设备在启动、停机或变工况时的温度场
在温度场中,同一时刻温度相同的点所构成的线或面称为等温线或等温面。
、等温面和温度梯度
等温线和等温面的特点:
(1)任意两个等温线或等温面永不相交。
(2)等温线或等温面可以在物体内部是完全封闭的曲线或曲面,也可终止于物体的边缘,但不可以在物体内部中断。
(3)等温线或等温面上温度差为零,没有热量的传递。热量传递只是沿着最短的途径进行,即沿着等温面或等温线的法线方向进行。
空间中任何一点不可能同时具有两个不同的温度值
等温线、等温面