熱量傳遞篇-傳熱原理

熱量傳遞篇－－傳熱原理第十四講傳熱概述熱傳導(dǎo)Chapter14IntroductionofHeatTransferThermalConductionKeywords:Heattransfer,Conduction,Fourier’sLaw,Convection,RadiationHeatTransfer.主要內(nèi)容傳熱概述

1.傳熱過(guò)程

2.傳熱速率熱傳導(dǎo)

1.傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)

2.一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱三.本講小結(jié)作業(yè)：習(xí)題19-1，19-3一.傳熱概述物料的預(yù)熱和冷卻合理利用能源可持續(xù)發(fā)展減少熱損失煤與石油熱力學(xué)第二定律指出，凡是有溫度差存在的地方，就必然有熱量傳遞，故在幾乎所有的工業(yè)部門，如化工、能源、冶金、機(jī)械、建筑等都涉及傳熱問題。

研究的目的：強(qiáng)化傳熱；削弱傳熱

化工過(guò)程中需要解決的傳熱問題：傳熱計(jì)算：設(shè)計(jì)或校核換熱器；改進(jìn)和強(qiáng)化傳熱設(shè)備1.傳熱過(guò)程1)傳熱過(guò)程中冷熱流體的接觸方式直接接觸式傳熱間壁式傳熱蓄熱式傳熱只適用于氣體介質(zhì)工業(yè)應(yīng)用最多熱傳導(dǎo)：冷熱物體直接接觸對(duì)流傳熱：流體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移輻射傳熱：電磁波傳遞能量，不需介質(zhì)三種類型一般的傳熱過(guò)程都是兩種或兩種以上類型的傳熱方式的組合作用。例如工業(yè)上常用的套管式換熱器。2）主要傳熱類型穩(wěn)態(tài)傳熱：各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間發(fā)生變化不穩(wěn)態(tài)傳熱：各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間發(fā)生變化2.傳熱量與傳熱速度：傳熱量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)傳熱面A的熱量，又稱熱流量或換熱量，單位為W。傳熱速度q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積傳熱面的熱量，又稱熱通量或熱流密度，單位為W/m2。傳熱量和傳熱速度之間的關(guān)系：穩(wěn)態(tài)與不穩(wěn)態(tài)傳熱與其它傳遞過(guò)程類似，傳熱速度也可以表示成傳熱推動(dòng)力和熱阻的比值的形式：：冷熱流體的溫度差，為傳熱推動(dòng)力：傳熱阻力：傳熱系數(shù)，W/(m2·K)二.熱傳導(dǎo)1.傅立葉定律與導(dǎo)熱系數(shù)（Fourier’sLaw）

1）傅立葉定律λ：導(dǎo)熱系數(shù)，反映了不同物質(zhì)的導(dǎo)熱能力。負(fù)號(hào)表示方向2）導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)定義式。導(dǎo)熱系數(shù)為單位導(dǎo)熱梯度下的熱通量，單位為W/(m·K)或J/(m·s·K)。說(shuō)明：1.各種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)通常由實(shí)驗(yàn)確定；2.各種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)差別很大：金屬>非金屬固體>液體>氣體材料金屬建筑材料絕熱材料液體氣體導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K）101～10210-1～10010-2～10-110-110-2～10-1各種材料導(dǎo)熱系數(shù)的范圍3.各種物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素1).氣體導(dǎo)熱系數(shù)氣體導(dǎo)熱系數(shù)很小，不利于傳熱，但利于絕熱、保溫。例如棉花、軟木塞、羽絨等。氣體導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而加大。氣體的分子運(yùn)動(dòng)。原因？2).液體導(dǎo)熱系數(shù)非金屬液體的導(dǎo)熱系數(shù)以水最大。除水和甘油外，液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而略有減小。如右圖所示。3).固體導(dǎo)熱系數(shù)λ為溫度為t時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)λ0為溫度為零度時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)β為溫度系數(shù)，對(duì)大多數(shù)金屬材料為負(fù)值；但對(duì)大多數(shù)非金屬材料為正值。純金屬的隨溫度的升高而減??；金屬的純度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)影響很大，合金的導(dǎo)熱系數(shù)一般比純金屬低。非金屬建筑材料或絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)的致密程度及溫度有關(guān)。2.一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)1)通過(guò)平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)依傅立葉定律，有：邊界條件：x=0,t=T1;x=b,t=T2傳導(dǎo)距離越大，傳熱面積和導(dǎo)熱系數(shù)越小，熱阻越大。2)通過(guò)多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)依據(jù)等比定理，有：推廣到通過(guò)n層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),例題：鍋爐爐墻由耐火磚、硅藻土磚和石棉水泥磚三層組成，各層的厚度、導(dǎo)熱系數(shù)由下表所示，爐墻內(nèi)外表面的溫度分別為495℃

和60℃

，試求每平方米爐墻每小時(shí)的熱損失及各層界面上的溫度。耐火磚硅藻土磚石棉水泥磚厚度（mm）11512570導(dǎo)熱系數(shù)(w/(m2·K))1.160.1160.350解：設(shè)T2、T3分別為耐火磚與硅藻土磚的界面溫度、硅藻土磚和石棉水泥磚的界面溫度。依題意，知道熱損失即為由爐墻內(nèi)向爐墻外的傳熱量，有：同理：溫度差ΔT/K熱阻R＝b/λ（m2/W）耐火粘土磚31.30.099硅藻土磚340.61.078石棉水泥磚63.20.2003)通過(guò)圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)對(duì)于半徑為r的等溫圓柱面，依傅立葉定律，有：將上式分離變量并積分，有：特點(diǎn)：與穩(wěn)態(tài)平壁熱傳導(dǎo)不同，圓筒壁的導(dǎo)熱量Q為定值，導(dǎo)熱通量q隨半徑的增大而減小。若T1>T2，上式整理得：為熱阻。為將熱阻表示為與平壁熱阻相同的形式，對(duì)熱阻作如下變形：當(dāng)時(shí)，對(duì)數(shù)平均半徑rm可用算術(shù)平均半徑代替。稱對(duì)數(shù)平均半徑。4)通過(guò)多層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)與多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)類似，依據(jù)等比定理，多層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)表示為：推廣到通過(guò)n層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),注意：A.圓筒導(dǎo)熱的推動(dòng)力與平壁導(dǎo)熱相同，亦為總溫度差，總熱阻亦為各層熱阻之和；但計(jì)算熱阻的傳熱面積不相等，為各層的平均面積。B.雖然通過(guò)各層的傳熱量Q相同，但由于傳熱面積不同，各層的熱通量q均不相同。C.接觸熱阻：接觸系數(shù)αc，W/(m2

·K)本講小結(jié)1.基本概念要清楚：三種主要傳熱