1、第第4 4章章 传热传热4.1 4.1 概述概述(1) 传热原理传热原理热力学第二定律热力学第二定律：只要存在温度差，热量会自发从高温 传递向低温，直至温度相等。传热方向传热方向：传热极限传热极限：传热推动力传热推动力：高温低温温度相等温度差传热应用：科研、生产、生活传热应用：科研、生产、生活(2)(2)传热的基本方式传热的基本方式热传导热传导： 对流对流： 辐射辐射： 实际传热过程实际传热过程：固体的主要传热方式分子无规则热运动，使相邻分子间传热传热速率相对较慢单纯的导热，物体各部分之间无宏观运动流体主要传热方式流动中，流体质点相互碰撞，传热传热速率与流动状态密切相关物体发射电磁波，在红外、
2、可见光范围内具有热效应。不需传播介质，两物体不需接触物体温度，热辐射能力。三种方式同时存在 传热的目的：传热的目的：1）加热或冷却，使物料达到指定的温度；2）通过换热，回收利用热量；3）保温，以减少热损失。典型换热设备：典型换热设备： 间壁式换热器间壁式换热器(冷,热流体间换热)(4)传热在传热在工业的应用工业的应用 （3）稳态传热和非稳态传热）稳态传热和非稳态传热 稳态传热：各点温度分布不随时间而改变 非稳态传热：各点温度随位置和时间而变列管换热器列管换热器( (间壁式间壁式) )热流体冷流体对流传热对流传热Q导热图4-2 间壁换热 (5)(5) 本章研究的主要问题本章研究的主要问题1）三种
3、传热机理（计算热流量）2）换热器计算（设计、校核）3）换热设备简介热传导机理热传导机理 气体气体： 温度不同的相邻分子相互碰撞，造成热量传递。 液体液体： 分子间作用力较强，由相邻分子振动导致热传递。 固体：固体： 相邻分子的碰撞或电子的迁移。4.2 热传导（导热）热传导（导热）4.2.1 基本概念和傅立叶定律基本概念和傅立叶定律（1）温度场）温度场 指指：所研究的具有一定温度分布的空间范围。稳态温度场：稳态温度场： 非稳态温度场：非稳态温度场：稳态传热稳态传热：稳态温度场中的传热 各点热流量不随时间变化 （2）描述温度场特性的几个参数描述温度场特性的几个参数 等温面等温面 指指：具有相同温度
4、的点组成的面 特点特点：等温面不会相交 温度梯度温度梯度 指指：沿等温面法线方向的温度变化率方向方向：沿温度增高方向为正，且与等温面垂直（3）热流量热流量：，w (J/s) 热流密度热流密度：（4 4） 傅立叶定律傅立叶定律 ：热导率，w/mK，w/m A：传热面积，m2 垂直于热流方向的面积 - -：与 方向相反(热流量从高温低温)付立叶定律表明付立叶定律表明： 4.2.2 4.2.2 热导率热导率说明：说明： 物性参数，标志物质导热性能物性参数，标志物质导热性能 (书P239-240) 影响因素：影响因素：=f(=f(材料材料, ,结构结构, ,温度温度, ,湿度湿度, ,压强压强) )
5、定义式定义式: 一般规律：一般规律：气体- 液体- 固体- t1t24.2.3 4.2.3 平壁的稳态导热平壁的稳态导热(1) (1) 单层平壁稳态导热单层平壁稳态导热 条件条件：平壁、一维稳态导热(x方向)内容内容：热流量计算、温度分布 对平壁做热量衡算对平壁做热量衡算：对稳态传热：对稳态传热：热导率为常数热导率为常数平壁内的温度分布：平壁内的温度分布： 即：沿壁厚方向，温度分布为一直线沿壁厚方向，温度分布为一直线.跳转到第一页 热导率和温度有关热导率和温度有关 方法一方法一方法二方法二：按：按=const公式做，把公式做，把 m m即：即：=f(t)时，时，沿壁厚方向，温度分布为非线性沿壁
6、厚方向，温度分布为非线性平壁内的温度分布：平壁内的温度分布：(2) (2) 多层平壁的稳态导热多层平壁的稳态导热 条件条件：多层平壁 一维稳态导热(x方向) 则则：2 2、各层厚度相同时，哪层温差大、各层厚度相同时，哪层温差大 问题：问题：1 1、多层平壁温度分布、多层平壁温度分布( ( ) ) L与平壁稳态导热的异同点与平壁稳态导热的异同点相同点：相同点：一维稳态导热，=常数不同点：不同点：热流方向（径向）传热面积沿径向不同4.2.4 4.2.4 长圆筒壁的稳态导热长圆筒壁的稳态导热 (1)(1)计算热流量计算热流量 单层圆筒壁单层圆筒壁 沿径向取一小薄层，由傅立叶定律： 多层圆筒壁多层圆筒
7、壁(2) (2) 圆筒壁内温度分布圆筒壁内温度分布 可由傅立叶定律得出： 即：沿半径方向，温度分布为非线性.4.2.5 4.2.5 圆球壁的稳态导热（圆球壁的稳态导热（自学） 热流量：热流量： 温度分布：温度分布：非线性跳转到第一页稳态导热时，平板上两层保温材料的温度分布如图，（A、B两层厚度相等），则：A层的热导率层的热导率 B层的热导率；层的热导率；大于大于A Bxt提出提出问题问题?跳转到第一页解：换位置：一蒸汽管外壁温为一蒸汽管外壁温为160，管外径为，管外径为100，采用石棉及采用石棉及85%氧化镁粉保温，保温层厚度均为氧化镁粉保温，保温层厚度均为5cm，石棉保温石棉保温层在内侧，设环境温度为层在内侧，设环境温度为40。 (1) 试求单位管长的试求单位管长的热损失，热损失，(2) 将保温层位置交换，热损失有何变化？将保温层位置交换，热损失有何变化？r1r2r3跳转到第一页作业作业: P338 2 5 6: P338 2 5 6
