(4.2)--2第四章第二节热传导.ppt

* 第四章 传热 一、基本概念和傅立叶定 律 二、导热系数 三、平壁的稳定热传导 四、圆筒壁的稳定热传导 第二节 热传导 * 一、基本概念和傅立叶定律 1、温度场和等温面 温度场 物体或系统内部的各点温度分布的总和 温度场的数学表达式为 定态传热 非定态传热 温度场中各点的温度随时间而改变 温度场中各点的温度不随时间而改变 等温面： 温度场中温度相同的点组成的面 * * 2、温度梯度 温度梯度 ： 等温面法线方向上的温度变化率，用gradt表示 。 温度梯度是向量，正方向指向温度增加的方向。 对于一维稳定的温度场，温度梯度可表示为 ： 3、傅立叶定律 t - 温度，n - 距离 是一个经验性的定律 即：随传热距离而引起的温度变化 * * λ—比例系数，称为导热系数，或热导率；W/m·K Φ—传热速率；W（即J/s） Q—传热量；J A—传热面积；m2 dt/dδ—温度梯度 dt—温差；K dδ—传导距离；m ——傅立叶定律 实践证明：单位时间内的传热量（Φ= Q /τ)即传热速率，与垂直于热流方向的导热截面面积 A 和温度梯度（dt / dδ）成正比。（负号表示传热的方向与温度升高的方向相反） * * 二、导热系数 1、导热系数的定义 导热系数是物质的物理性质之一 ，是物质导热能力的标志，因物料的不同而有所不同。 一般，金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体的较小，气体的最小。 物理意义：当两个等温面之间的温差为1K，厚度为1m时，每秒（1s）经过1m2传热面积所能传导的热量J 。其单位为 * * 2、固体的导热系数 纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低， 金属的导热系数大都随纯度的增加而增大。 非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数随密度增加而增大，也随温度升高而增大。 3、液体的导热系数 在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外， 绝大多数液体的导热系数随温度的升高而略有减小，纯液体的导热系数比溶液的导热系数大。 λ0—0℃时固体的导热系数，α—温度系数。大多数金属的α为负值，非金属固体的α一般为正值。 * * 3、气体的导热系数 气体的导热系数很小，不利于导热，但有利于保温。 例：双层玻璃窗、保温材料空隙中的气体等。 气体的导热系数随温度升高而加大 。 在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强变化极小。 注意： 在传热过程中，物质内不同位置的温度可能不相同，因而导热系数也不同，在工程计算中常取导热系数的算术平均值 * * 三、通过平壁的稳定热传导 1、单层平壁的稳定热传导 边界条件为： x=0时，t=t1 x=δ时，t=t2 根据傅立叶定律： * * —导热热阻，K/W 　　传导距离δ越大，传热面积A和导热系数λ越小，传导热阻越大 Δt　—传热推动力，K或℃ —单位面积的热流量 ，称为热流密度，或传热强度；即单位时间单位面积所传递的热量。W/m2 与欧姆定律 I=V/R 相比较，可得： * * 2、多层平壁的稳定热传导 * * 推广到n层平壁有： 多层平壁导热是一种串联的导热过程，串联导热过程的推动力为各分过程温度差之和，即总温度差，总热阻为各分过程热阻之和，相当于串联电阻叠加原则。 根据数学上的等比定律： * * 四、圆筒壁的稳定热传导 1、单层圆筒壁的热传导 仿照平壁热传导公式，通过该圆筒壁的傅立叶定律可以表示为： * * 分离变量积分： ——圆筒壁的导热热阻 注意：r2/r1为外壁/内壁 这个式子也可以写成与平壁传导速率方程类似的形式 P108页（4-8）式 * * ——圆筒壁的内外表面的对数平均面积，m2 当r2 / r1≤2时可用算术平均值 代替对数平均值 类似P106页 * * 2、多层圆筒壁的热传导 与多层平壁的稳定热传导计算类似，可导出： -刘宇- * *