化工重修上重學(xué)簡化課件m

1、1Chapter 7 Heat Transfer 山東輕工業(yè)學(xué)院2dQ 熱傳導(dǎo)速率，熱傳導(dǎo)速率，W或或J/s；dA 導(dǎo)熱面積，導(dǎo)熱面積，m2； t/ n 溫度梯度，溫度梯度，/m或或K/m； 熱導(dǎo)率，表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)，熱導(dǎo)率，表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)， 越大，導(dǎo)熱性能越好，越大，導(dǎo)熱性能越好，W/(m) 三、傅立葉定律三、傅立葉定律 熱傳導(dǎo)速率熱傳導(dǎo)速率Q（單位時間內(nèi)全部傳熱面上傳導(dǎo)的熱量）單位時間內(nèi)全部傳熱面上傳導(dǎo)的熱量） 與溫度梯度及垂直于法向的導(dǎo)熱面積成正比。與溫度梯度及垂直于法向的導(dǎo)熱面積成正比。ntAQddntAQqdddxdtAQdd山東輕工業(yè)學(xué)院3熱導(dǎo)率定義由傅立葉定

2、律給出：熱導(dǎo)率定義由傅立葉定律給出： ntq/山東輕工業(yè)學(xué)院4（1 1）固體）固體v純金屬純金屬 ， ， 純金屬純金屬 比合金的比合金的 大。大。v非金屬非金屬 ， ， 同樣溫度下，同樣溫度下， 越大，越大， 越大越大 v在一定溫度范圍內(nèi)（溫度變化不太大），大多數(shù)均質(zhì)固在一定溫度范圍內(nèi)（溫度變化不太大），大多數(shù)均質(zhì)固體體與與t呈直線關(guān)系，可表示為：呈直線關(guān)系，可表示為： （2 2）液體）液體: :金屬液體和非金屬液體金屬液體和非金屬液體v金屬液體導(dǎo)熱系數(shù)較高，非金屬液體較低，非金屬中，金屬液體導(dǎo)熱系數(shù)較高，非金屬液體較低，非金屬中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大。水的導(dǎo)熱系數(shù)最大。 T T )1 (0at山

3、東輕工業(yè)學(xué)院5（3 3）氣體）氣體 氣體不利于導(dǎo)熱，但可用來保溫或隔熱。氣體不利于導(dǎo)熱，但可用來保溫或隔熱。固體絕熱材料的結(jié)構(gòu)呈纖維狀或多孔，空隙率很大，孔隙中固體絕熱材料的結(jié)構(gòu)呈纖維狀或多孔，空隙率很大，孔隙中含有大量空氣，所以熱導(dǎo)率小。含有大量空氣，所以熱導(dǎo)率小。t 山東輕工業(yè)學(xué)院6 五、平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)五、平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) （一）單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)（一）單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 假設(shè)：假設(shè)：(1)(1) 平壁內(nèi)溫度只沿平壁內(nèi)溫度只沿x方向變化，方向變化，y和和z方方向上無溫度變化，是一維溫度場。向上無溫度變化，是一維溫度場。(2)(2)各點的溫度不隨時間而變，穩(wěn)定的各點的溫度不隨時間而變，

4、穩(wěn)定的溫度場。溫度場。 一維穩(wěn)定的溫度場：一維穩(wěn)定的溫度場：xtAQddQdxAdtbtt012 1212()tttQA ttbbRA山東輕工業(yè)學(xué)院7（二）通過多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)（二）通過多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)假定：假定：（1 1）一維穩(wěn)定的溫度場）一維穩(wěn)定的溫度場（2 2）各層接觸良好，接觸面兩側(cè)溫）各層接觸良好，接觸面兩側(cè)溫度相同。度相同。 AbttAbttAbttQ334322321121總熱阻總推動力iiiiRttAbttQ413141QttbAttRniiinniin111111山東輕工業(yè)學(xué)院8（三）各層的溫差（三）各層的溫差 由上式可以推出：由上式可以推出： 433221:tttt

5、ttAbAbAb332211:321:RRR山東輕工業(yè)學(xué)院9（一）通過單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)（一）通過單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)取厚度為取厚度為dr同心薄層圓筒同心薄層圓筒QAtr dd=2=2 r lQAdtdrrldtdr 2山東輕工業(yè)學(xué)院10Q 熱流量，即單位時間通過圓筒壁的熱量，熱流量，即單位時間通過圓筒壁的熱量，W或或J/s 圓筒壁的導(dǎo)熱系數(shù)，圓筒壁的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m)或或W/(mK)； t1 , t2 圓筒壁兩側(cè)的溫度，圓筒壁兩側(cè)的溫度，。 r1 , r2 圓筒壁內(nèi)外半徑，圓筒壁內(nèi)外半徑，m。rrtt11時，rrtt22時，邊界條件為：邊界條件為：21212ttldtrrdrrQ12

6、122211()2ln/ln2tttttQlrrrRrl山東輕工業(yè)學(xué)院112對于對于 的圓筒壁，以算術(shù)平均值代替對數(shù)平均值的圓筒壁，以算術(shù)平均值代替對數(shù)平均值導(dǎo)致的誤差導(dǎo)致的誤差 T24400100100TCTACAEE推廣至任意灰體推廣至任意灰體 則則山東輕工業(yè)學(xué)院49EEAE0A同一溫度下，灰體的吸收率同一溫度下，灰體的吸收率與其黑度與其黑度在數(shù)值上相等。在數(shù)值上相等。 灰體灰體 ：A1, C T2 : : 1板輻射和反射的總能量板輻射和反射的總能量包括：自己輻射的和另一板輻射包括：自己輻射的和另一板輻射并被并被1板反射的能量板反射的能量 1E2E阿aAE1（1-A2)E1（1-A1)（1

7、-A2)E1（1-A1)（1-A2)2E1（1-A1)2（1-A2)2E1A2E1A1（1-A2)E1山東輕工業(yè)學(xué)院51E1（1-A2)E1（1-A1)（1-A2)E1（1-A1)（1-A2)2E1（1-A1)2（1-A2)2E1A2E1A1（1-A2)E1E2(1- -A1)E2(1- -A1)(1- -A2)E2(1- -A1)2(1- -A2)E2(1- -A1)2(1- -A2)2E2對板1 ：)1 (1211AEEE對板2 ：)1 (2122AEEE山東輕工業(yè)學(xué)院52設(shè) 為板1向板2輻射的凈能量 則21q2121EEq解之：212121211AAAAEAEEE212112212AAA

8、AEAEEE2121122121212121)()(AAAAEAEEEAEEEEqE2(1- -A2)E2(1- -A1)(1- -A2)E2(1- -A1)2(1- -A2)E2(1- -A1)2(1- -A2)2E22121211221AAAAEAEAq山東輕工業(yè)學(xué)院5341011100TCE42022100TCE11A22A4)1002(4)1001(12111021TTCq11121021CC)100()100(42412121TTCq)100()100(42412121TTACQ整理得代入令-總輻射系數(shù)則面積為A：山東輕工業(yè)學(xué)院542.任意兩壁面的輻射傳熱任意兩壁面的輻射傳熱v角系數(shù)

9、角系數(shù) ：表示從一個物體表面輻射的能量被另一表示從一個物體表面輻射的能量被另一物體表面所攔截的分?jǐn)?shù)。物體表面所攔截的分?jǐn)?shù)。42412121100100AQTTC山東輕工業(yè)學(xué)院553.一物體被另一物體包圍時的輻射一物體被另一物體包圍時的輻射 4)1002(4)1001(2121121TTCAQQ若T2T1) 11(12211021AACC 對被包圍體，角系數(shù)對被包圍體，角系數(shù) 1 1 =1=1 ，總發(fā)射系數(shù)為，總發(fā)射系數(shù)為外圍物體為黑體或被包圍體很小外圍物體為黑體或被包圍體很小1 2110CCC01 212111CC外圍物體恰好包圍住被包圍體外圍物體恰好包圍住被包圍體山東輕工業(yè)學(xué)院56A， 和和

10、 C1-2 的計算方法的計算方法序號序號輻射情況輻射情況面積面積 A角系數(shù)角系數(shù) 總輻射系數(shù)總輻射系數(shù) C1-21面積極大相距面積極大相距很近的兩平行很近的兩平行面面A1或或A212面積有限且大面積有限且大小相等的兩平小相等的兩平行面行面A113很大的物體很大的物體2包包住物體住物體1A114物體物體2恰好包住恰好包住物體物體1，A1=A2A115界于界于3、4兩種兩種情況之間情況之間A11111210C111210C11122110AAC021C01C山東輕工業(yè)學(xué)院57若金屬平板溫度分別為若金屬平板溫度分別為T1，外界溫度，外界溫度T2 ，當(dāng)，當(dāng)T1T2，其間的熱損失其間的熱損失4 . 減少熱輻射損失的方法減少熱輻射損失的方法設(shè)置熱屏設(shè)置熱屏42432323100100AQTTC43413131100100AQTTC2331QQ42412121100100AQTTC為減小熱損失，可在中間加一塊黑度較小為減小熱損失，可在中間加一塊黑度較小的熱屏作為遮熱擋板，減少輻射散熱量。的熱屏作為遮熱擋板，減少輻射散熱量。山東輕工業(yè)學(xué)院585.5.氣體熱輻射的特點：氣體熱輻射的特點：不同氣體發(fā)射能力不同：不同氣體發(fā)射能力不同：對稱雙原子對稱雙原子透熱體；透熱體；不對稱雙原子和多原子不對稱雙原子和多原子有大的發(fā)射能力和吸收率有大的發(fā)射能力和吸收率氣體輻射對波長具有選擇性：