4.2概述和热传导（课件）《化工原理（第五版）》同步教学（化学工业出版社）

1 4.2 概述和热传导 1 PART ONE 第一节 概 述 3 第一节 概 述 返回 第四章 传 热 一、传热过程的应用 1、物料的加热或冷却 2、热量与冷量的回收利用 3、设备与管路的保温 3 4 二、热量传递的基本方式 （一）热传导 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 固体 导电体：自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格结构的振动实现 液体 机理复杂 特点：静止介质中的传热，没有物质的宏观位移 4 5 （二）对流 （三）热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。 自然对流：由于流体内温度不同造成的浮升力 引起的流动。 强制对流：流体受外力作用而引起的流动。 能量转移、能量形式的转化 不需要任何物质作媒介 特点：流动介质中的传热，流体作宏观运动 5 6 三、两流体通过间壁换热与传热速率方程式 冷流体t1 t2 热流体T1 T2 （一）间壁式换热器 夹套式换热器 6 7 传热速率Q（热流量）：单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位 J/s或W。 热流密度q （热通量） ：单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位 J/(s. m2)或W/m2。 （二）传热速率与热流密度 7 8 非稳态传热 （三）稳态与非稳态传热 稳态传热 8 9 （四）两流体通过间壁的传热过程 t2 t1 T1 T2 对流 对流 传导 冷流体 Q 热流体 稳态传热： 9 10 式中 tm──两流体的平均温度差，℃或K； A──传热面积，m2； K──总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)。 （五）总传热速率方程 10 11 2、温度梯度 n n x t+t t x Q 方向：法线方向，以温度增加的方向为正。 11 PART ONE 第二节 热传导 13 一、傅里叶定律 1、温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。 （一）温度场和温度梯度 非稳态温度场 稳态温度场 等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相 同的点组成的面。 第二节 热传导 不同温度的等温面不相交。 13 14 （二）傅立叶定律 式中 dQ ── 热传导速率，W或J/s； dA ── 导热面积，m2； t/n ── 温度梯度，℃/m或K/m；  ── 导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。 负号表示传热方向与温度梯度方向相反 14 15 二、热导率 在数值上等于单位温度梯度下的热通量  = f(结构, 组成, 密度, 温度, 压力） 金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体 表征材料导热性能的物性参数 1、物理意义 15 16 2、固体热导率 金属材料 10～102 W/(m•K) 建筑材料 10-1～10 W/(m•K) 绝热材料 10-2～10-1 W/(m•K) 在一定温度范围内： 对大多数金属材料a < 0 ，t   对大多数非金属材料a > 0 ， t    16 17 3、液体热导率 金属液体较高，非金属液体低； 非金属液体水的最大； 水和甘油：t  ，  其它液体：t  ， 0.09～0.6 W/(m·K) 17 18 4、气体热导率 t ， 一般情况下，随p的变化可忽略； 气体不利于导热，有利于保温或隔热。 0.006～0.4 W/(m·K) 18 19 t1 t2 b t x dx Q 三、平壁的稳态热传导 （一）单层平壁的稳态热传导 假设： 材料均匀，为常数； 一维温度场，t沿x变化； A/b很大，忽略端损失。 19 20 积分： 20 21 （二）多层平壁的稳态热传导 假设： 各层接触良好，接触面 两侧温度相同。 t1 t2 b1 t x b2 b3 t2 t4 t3 21 22 各层的温差 22 23 结论： 多层平壁热传导，总推动力为各层推动力之和，总热阻为各层热阻之和； 各层温差与热阻成正比。 推广至n层： 23 24 四、圆筒壁的稳态热传导 （一）单层圆筒壁的稳态热传导 特点： 传热面积随半径变化， A=2rl (2) 一维温度场，t沿r变化。 24 25 在半径r处取dr同心薄层圆筒 积分 25 26 讨论： ——对数平均面积 热阻 令 ——对数平均半径 一般