传热之热传导.pptx

传传 热热本章章节本章章节第一节第一节 概述（重点）概述（重点）第二节第二节 热传导（重点）热传导（重点）第三节第三节 对流传热（重点）对流传热（重点）第四节第四节 传热过程计算（重点）传热过程计算（重点）第五节第五节 对流传热系数经验关联式对流传热系数经验关联式第六节第六节 辐射传热辐射传热第七节第七节 换热器换热器章节小结章节小结第二节第二节 热传导（重点）热传导（重点）一、一、一、一、热传导的基本概念和定律热传导的基本概念和定律热传导的基本概念和定律热传导的基本概念和定律二、二、二、二、通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导三、三、三、三、通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导热热 传传 导导热传导的热传导的热传导的热传导的基本概念基本概念基本概念基本概念和定律和定律和定律和定律热通量热通量热通量热通量q q（热流密度）：（热流密度）：（热流密度）：（热流密度）：单位时间内通过单位传热面积的热量，单位时间内通过单位传热面积的热量，单位时间内通过单位传热面积的热量，单位时间内通过单位传热面积的热量，W/mW/m2 2传热速率传热速率传热速率传热速率QQ：单位时间内通过传热面的热量，单位时间内通过传热面的热量，单位时间内通过传热面的热量，单位时间内通过传热面的热量，J/sJ/s或或或或WW对于定态传热，对于定态传热，对于定态传热，对于定态传热，通过换热器各传热面的通过换热器各传热面的通过换热器各传热面的通过换热器各传热面的传热速率为定值传热速率为定值传热速率为定值传热速率为定值，而，而，而，而热热热热通量与所选择的面积有关通量与所选择的面积有关通量与所选择的面积有关通量与所选择的面积有关，选，选，选，选内侧、外侧和平均面积时内侧、外侧和平均面积时内侧、外侧和平均面积时内侧、外侧和平均面积时q q值不同。值不同。值不同。值不同。温度场：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布情况温度场：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布情况温度场：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布情况温度场：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布情况定态温度场：定态温度场：定态温度场：定态温度场：定态一维温度场：定态一维温度场：定态一维温度场：定态一维温度场：热热 传传 导导热传导的热传导的热传导的热传导的基本概念基本概念基本概念基本概念和定律和定律和定律和定律等温面：同一时刻温度场中由温度相同的点所组成的面。等温面：同一时刻温度场中由温度相同的点所组成的面。等温面：同一时刻温度场中由温度相同的点所组成的面。等温面：同一时刻温度场中由温度相同的点所组成的面。等温面上无热量传递，并且等温面各不相交等温面上无热量传递，并且等温面各不相交等温面上无热量传递，并且等温面各不相交等温面上无热量传递，并且等温面各不相交温度梯度：两等温面温度差与其垂直距离之比的极限。温度梯度：两等温面温度差与其垂直距离之比的极限。温度梯度：两等温面温度差与其垂直距离之比的极限。温度梯度：两等温面温度差与其垂直距离之比的极限。方向：垂直于等温面，方向：垂直于等温面，方向：垂直于等温面，方向：垂直于等温面，沿沿沿沿 温度增加的方向，温度增加的方向，温度增加的方向，温度增加的方向，与热量传递的方向与热量传递的方向与热量传递的方向与热量传递的方向 相反相反相反相反热热 传传 导导热传导的基本概念和热传导的基本概念和热传导的基本概念和热传导的基本概念和定律定律定律定律傅立叶定律傅立叶定律傅立叶定律傅立叶定律热传导的基本定律，表示单位时间内传导的热量与温热传导的基本定律，表示单位时间内传导的热量与温热传导的基本定律，表示单位时间内传导的热量与温热传导的基本定律，表示单位时间内传导的热量与温度梯度及垂直热流方向的截面积成正比度梯度及垂直热流方向的截面积成正比度梯度及垂直热流方向的截面积成正比度梯度及垂直热流方向的截面积成正比导热速率导热速率导热速率导热速率WW导热面积导热面积导热面积导热面积mm2 2温度梯度温度梯度温度梯度温度梯度传热方向和温度梯度相反传热方向和温度梯度相反传热方向和温度梯度相反传热方向和温度梯度相反物质热导率物质热导率物质热导率物质热导率W/mW/mKK 物质的物理性质之一物质的物理性质之一物质的物理性质之一物质的物理性质之一，越大越大越大越大,导热越快，导热性能越好导热越快，导热性能越好导热越快，导热性能越好导热越快，导热性能越好 非金属液体中水的热导率最大，气体热导率很小，利于保温非金属液体中水的热导率最大，气体热导率很小，利于保温非金属液体中水的热导率最大，气体热导率很小，利于保温非金属液体中水的热导率最大，气体热导率很小，利于保温热热 传传 导导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导 模型条件：模型条件：模型条件：模型条件：1.1.定态传热，即传热速率为常数；定态传热，即传热速率为常数；定态传热，即传热速率为常数；定态传热，即传热速率为常数；2.2.平壁厚度为平壁厚度为平壁厚度为平壁厚度为b b；3.3.平壁两侧温度恒定，分别为平壁两侧温度恒定，分别为平壁两侧温度恒定，分别为平壁两侧温度恒定，分别为t t1 1、t t2 2.积分：积分：积分：积分：得：得：得：得：-单层平壁热传导计算公式单层平壁热传导计算公式单层平壁热传导计算公式单层平壁热传导计算公式热热 传传 导导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导-单层平壁热传导计算公式单层平壁热传导计算公式单层平壁热传导计算公式单层平壁热传导计算公式-导热热阻，导热热阻，导热热阻，导热热阻，/W/W热通量热通量热通量热通量单位面积导热热阻，单位面积导热热阻，单位面积导热热阻，单位面积导热热阻，mm2 2/W/W热热 传传 导导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导实际工业生产中常见的是实际工业生产中常见的是实际工业生产中常见的是实际工业生产中常见的是多层平壁传热多层平壁传热多层平壁传热多层平壁传热解决思路：分解成单层平壁，再整体计算解决思路：分解成单层平壁，再整体计算解决思路：分解成单层平壁，再整体计算解决思路：分解成单层平壁，再整体计算 模型条件：模型条件：模型条件：模型条件：1.1.定态传热，即传热速率为常数；定态传热，即传热速率为常数；定态传热，即传热速率为常数；定态传热，即传热速率为常数2.2.各层平壁厚度为各层平壁厚度为各层平壁厚度为各层平壁厚度为b b1 1，b b2 2，b b3 3；3.3.各平壁两侧温度恒定，分别为各平壁两侧温度恒定，分别为各平壁两侧温度恒定，分别为各平壁两侧温度恒定，分别为t t1 1、t t2 2、t t3 3、t t4 4.热热 传传 导导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导实际工业生产中常见的是实际工业生产中常见的是实际工业生产中常见的是实际工业生产中常见的是多层平壁传热多层平壁传热多层平壁传热多层平壁传热单层平壁两侧温度差与其导热热阻成正比，即导热热阻单层平壁两侧温度差与其导热热阻成正比，即导热热阻单层平壁两侧温度差与其导热热阻成正比，即导热热阻单层平壁两侧温度差与其导热热阻成正比，即导热热阻大的平壁，其两侧温度差也大大的平壁，其两侧温度差也大大的平壁，其两侧温度差也大大的平壁，其两侧温度差也大问题：某薄铁桶外壁包裹一层相同厚度的泡沫，其热导率分别为问题：某薄铁桶外壁包裹一层相同厚度的泡沫，其热导率分别为问题：某薄铁桶外壁包裹一层相同厚度的泡沫，其热导率分别为问题：某薄铁桶外壁包裹一层相同厚度的泡沫，其热导率分别为350350和和和和0.02 w/(m),0.02 w/(m),那么其两侧温度差之比为？那么其两侧温度差之比为？那么其两侧温度差之比为？那么其两侧温度差之比为？热热 传传 导导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导通过平壁的定态热传导例例例例某炉膛由三种材料的平砖构成，内层为耐火砖，厚度为某炉膛由三种材料的平砖构成，内层为耐火砖，厚度为某炉膛由三种材料的平砖构成，内层为耐火砖，厚度为某炉膛由三种材料的平砖构成，内层为耐火砖，厚度为150 mm150 mm；中间层为绝热层砖，厚度；中间层为绝热层砖，厚度；中间层为绝热层砖，厚度；中间层为绝热层砖，厚度为为为为130 mm130 mm；外层为普通砖，厚度为；外层为普通砖，厚度为；外层为普通砖，厚度为；外层为普通砖，厚度为230 mm230 mm。已知炉内外壁表面温度分别为。已知炉内外壁表面温度分别为。已知炉内外壁表面温度分别为。已知炉内外壁表面温度分别为900 900 和和和和40 40，求耐火砖与绝热砖之间的温度。（热导率求耐火砖与绝热砖之间的温度。（热导率求耐火砖与绝热砖之间的温度。（热导率求耐火砖与绝热砖之间的温度。（热导率w/(m),w/(m),：耐火砖：耐火砖：耐火砖：耐火砖1.151.15，绝热砖，绝热砖，绝热砖，绝热砖0.150.15，普通砖，普通砖，普通砖，普通砖0.80.8）解解解解示意图如图所示示意图如图所示示意图如图所示示意图如图所示b b1 1=150 mm=150 mmb b2 2=130 mm=130 mmb b3 3=230 mm=230 mm900 900 40 40 等号两侧消去等号两侧消去等号两侧消去等号两侧消去A A，代入数据得代入数据得代入数据得代入数据得 热热 传传 导导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导 模型条件：模型条件：模型条件：模型条件：1.1.定态传热，即传热速率为常数，但热通量变化；定态传热，即传热速率为常数，但热通量变化；定态传热，即传热速率为常数，但热通量变化；定态传热，即传热速率为常数，但热通量变化；2.2.圆筒壁长圆筒壁长圆筒壁长圆筒壁长L L，内外径为，内外径为，内外径为，内外径为r r1 1、r r2 2；3.3.内外壁温度恒定，分别为内外壁温度恒定，分别为内外壁温度恒定，分别为内外壁温度恒定，分别为t t1 1、t t2 2.解决思路：解决思路：解决思路：解决思路：微元法微元法微元法微元法，即取一半径为，即取一半径为，即取一半径为，即取一半径为r r、厚度为、厚度为、厚度为、厚度为drdr的微元圆筒壁，的微元圆筒壁，的微元圆筒壁，的微元圆筒壁，因为因为因为因为drdr趋于趋于趋于趋于0 0，因此传热面积可视为未发生变化，因此传热面积可视为未发生变化，因此传热面积可视为未发生变化，因此传热面积可视为未发生变化L L分离变量分离变量分离变量分离变量积分得积分得积分得积分得-单层圆筒壁热单层圆筒壁热单层圆筒壁热单层圆筒壁热传导计算公式传导计算公式传导计算公式传导计算公式热热 传传 导导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导L L-单层圆筒壁热传导计算公式单层圆筒壁热传导计算公式单层圆筒壁热传导计算公式单层圆筒壁热传导计算公式圆筒壁导圆筒壁导圆筒壁导圆筒壁导热热阻热热阻热热阻热热阻单层平壁热传单层平壁热传单层平壁热传单层平壁热传导计算公式导计算公式导计算公式导计算公式热热 传传 导导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导A Amm-圆筒壁内、外表面积的对数平均面积圆筒壁内、外表面积的对数平均面积圆筒壁内、外表面积的对数平均面积圆筒壁内、外表面积的对数平均面积圆筒壁的对圆筒壁的对圆筒壁的对圆筒壁的对数平均半径数平均半径数平均半径数平均半径A A1 1、A A2 2-圆圆圆圆筒壁的内外筒壁的内外筒壁的内外筒壁的内外壁表面积壁表面积壁表面积壁表面积热热 传传 导导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导A Amm-圆筒壁内、外表面积的对数平均面积圆筒壁内、外表面积的对数平均面积圆筒壁内、外表面积的对数平均面积圆筒壁内、外表面积的对数平均面积A Amm求法求法求法求法1 1：A Amm求法求法求法求法2 2：如果如果如果如果圆筒壁外壁半径圆筒壁外壁半径圆筒壁外壁半径圆筒壁外壁半径/内壁半径内壁半径内壁半径内壁半径 2 2，可用算术平均值代替对数平均值，可用算术平均值代替对数平均值，可用算术平均值代替对数平均值，可用算术平均值代替对数平均值热热 传传 导导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导多层圆筒壁的热传导多层圆筒壁的热传导多层圆筒壁的热传导多层圆筒壁的热传导热热 传传 导导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导通过圆筒壁的定态热传导例例例例某规格为某规格为某规格为某规格为606033的钢管，其外用的钢管，其外用的钢管，其外用的钢管，其外用100 mm100 mm厚的保温层进行保温，测得钢管外壁面温度为厚的保温层进行保温，测得钢管外壁面温度为厚的保温层进行保温，测得钢管外壁面温度为厚的保温层进行保温，测得钢管外壁面温度为-110-110，绝热层外壁面温度为，绝热层外壁面温度为，绝热层外壁面温度为，绝热层外壁面温度为1010，试求每米管长的冷量损失量，试求每米管长的冷量损失量，试求每米管长的冷量损失量，试求每米管长的冷量损失量，W/mW/m。（保温层热导率。（保温层热导率。（保温层热导率。（保温层热导率w/(m),w/(m),：0.070.07）解解解解示意图如图所示示意图如图所示示意图如图所示示意图如图所示100 mm100 mm其中其中其中其中章节小结章节小结第二节第二节 热传导（重点）热传导（重点）传热方向和温度梯度相反传热方向和温度梯度相反传热方向和温度梯度相反传热方向和温度梯度相反物质热导率物质热导率物质热导率物质热导率W/mW/mKK 物质的物理性质之一物质的物理性质之一物质的物理性质之一物质的物理性质之一，越大越大越大越大,导热越导热越导热越导热越 快，导热性能越好快，导热性能越好快，导热性能越好快，导热性能越好 非金属液体中水的热导率最大，气体热非金属液体中水的热导率最大，气体热非金属液体中水的热导率最大，气体热非金属液体中水的热导率最大，气体热 导率很小，利于保温导率很小，利于保温导率很小，利于保温导率很小，利于保温单层平壁热传导计算公式单层平壁热传导计算公式单层平壁热传导计算公式单层平壁热传导计算公式多层平壁热传导计算公式多层平壁热传导计算公式多层平壁热传导计算公式多层平壁热传导计算公式 单层圆筒壁热传导计算公式单层圆筒壁热传导计算公式单层圆筒壁热传导计算公式单层圆筒壁热传导计算公式A Amm求法求法求法求法1 1：A Amm求法求法求法求法2 2：