第二章-传热-傅里叶定律(课堂PPT).ppt

第二章 传热,Heat Transfer,1.,温度梯度,温度场,：,某,一瞬间,，,空间,(,物体,),所有,各点温度分布,。,t,=,f,(x,y,z,),温度，,或,K,时间,s,2.2,传导,传热,一,.,基本概念和傅立叶定律,稳态传热,非稳态传热,物体的温度分布,随时间变化,物体中各点温度,与时间无关,温度场,稳态一维温度场,温度场中,同一时刻下相同温度,各点所组成的,曲,面为等温面,。,沿等温,面,无热量传递,温度不同的等温面彼此,不相交,沿和等温面相交的任何方向，因温度发生变化则有热量的传递,等温面,温度差,D,t,与,法向,垂直距离,D,之,间的,比值,温度梯度,称为,温度梯度,d,t,d,gradient,t,+,D,t,t,t,-,D,t,d,t,d,不同温度的等温面,之间存在温度差,标量,：只有大小，没有方向,=,Q,/,传,热速率，,W,；,A,等温表面的面积，,m,2,；,比例系数，称为导热系数，,W,/,(m),2.,傅立叶定律,传导的热量,与,温度梯度,、,传热面积,和,传热时间,成正比,d,Q,-d,A,d,t,d,或,负号,表示热流方向总是和温度梯度的方向相反,。,F,=,A,dv,d,对比,牛顿黏性定律,=-,l,Q,A,d,t,d,；,=-,l,A,d,t,d,-,A,d,t,d,l,=,3.,热导率，又称,导热系数,1,物理意义,：表征物质的导热能力，物质的热物性参数。,导热系数越大，物体的导热性能越好,，即在相同的温度梯度下传热速率越大。,2,影响因数,：主要有,物质种类,、,组成,和,温度,，并与结构,疏松程度,有关。,3,导热系数通常用实验方法测定,表,1,物质,导热系数,的数量级,物质种类,气体,液体,绝热材料,建筑材料,金属,/,Wm,-,1,K,0.0,1,0.,1,0.,1,0.,01,0.1,0.1,1,10,100,1).,固体的导热系数,所有固体中，金属,是最好的导热体,纯度,l,纯金属,温度,合,金,纯金属,密度,l,非,金属,温度,对大多数固体，,值与温度大致成线性关系,自由电子热运动时,做,杂乱无章,地运动,。,在很低的,温度下,金属热阻很小，,温度越高，热阻越大,。,2).,液体的导热系数,液体可分为金属液体和非金属液体,l,液态,金属,l,一般,液体,在非金属液体中，,水的导热系数最大,l,溶液,纯液体,3).,气体的导热系数,(0.010.1W/m,K,),气体的导热系数,低,，适用于,保温隔热,。,气体的,导热系数,，,随,温度升高而增大,。,在相当大的压强范围内，气体的导热系数,随压强的变化甚微,，可以忽略不计。只有在过高或过低的压强,(,2,10,5,kPa,或,t,2,t,1,t,2,t,0,=,A,(t,1,t,2,),l,=-,l,A,dt,d,=,A,(t,1,t,2,),l,q=,A,=,(t,1,t,2,),l,传热强度,单层平壁的热传导,公式,每一层由不同种类材料构成，,不同,；,各复合层传热面积相同,2.,多,层平壁的热传导,多层平面壁的热传导,t,1,t,2,t,3,t,4,对第一层：,1,=,A,1,(,t,1,t,2,),t,1,=,t,1,t,2,=,对第二层：,2,=,A,2,(,t,2,t,3,),t,2,=,t,2,t,3,=,对第三层：,3,=,A,3,(,t,3,t,4,),t,3,=,t,3,t,4,=,因,1,=,2,=,3,=,，,A,1,=A,2,=A,3,=A,t,1,t,4,=,t,=,多,层平壁的热传导,公式,圆筒壁传导传热时传热面积,A=2rl,傅立叶定律写为：,3.,单层,圆筒,壁的热传导,=2,rl,积分：,=,单层圆筒壁传,导传热公式：,L,因圆筒壁厚度,=,r,2,r,1,上式可写成：,=,其中,r,m,=(,r,2,-,r,1,)/ln,半径的对数平均值,当,r,2,/,r,l,2,时，用算术平均值,r,m,=(,r,1,+,r,2,)/2,4.,多,层,圆筒,壁的热传导,=,对比第一章流动边界层概念，边界层存在速度梯度,2.3,对流传热,间,壁,热流体,冷流体,对流,对流,导热,一,.,对流传热机理,热量从流体的主,体传递给器壁，,或由器壁传递给,流体主体,热流体,冷流体,壁面,流体通过间壁的热交换经过,“,对流传导对流”三个串联步骤,。,T,w,t,w,T,t,热流体,冷流体,A,1,A,2,流体的流动形态对于流体的传热有决定性的影响,以湍流流体向壁面给热的情况为例：,湍流层,：对流传热，没有温度降；,过渡层,：传导传热和对流传热，有较小温度降；,层流内层,：传导传热，有较大的温度降。,层流内层的热阻的对流传热的控制因素。,二,.,牛顿传热方程,影响对流传热的因素相当多，工程上将它们归纳起来，用牛顿（,Newton,）传热方程来表示：,=,Q/,=,(,t,1,t,2,),A,：传热膜系数，,Wm,-2,K,-1,t,1,：湍流主体温度,t,2,：壁面温度,A,：,壁面面积,