PDF《传热基本方式之热传导》

传热基本方式之热传导 热传导源于物体内部分子微观运动,如 固体内部相邻分子在碰撞时传递振动能;

流体中既有分子间的振动能,还有分子的不规则运动;

金属内部自由电子的转移.

热传导基本概念 GLL 温度场:某一时刻物体内部各点温度分布的总和. 定态温度场:如果温度场内各点温度不随时间而变化 等温面:定态温度场中,相同温度点组成的面. 温度梯度:两等温面的温度差与其之间 的法向距离之比,在Δn趋于零时的极限 傅立叶定律和导热系数 傅立叶(Fourier)定律 描述热传导的宏观规律 热流密度正比于传热面的法向温度梯度,负号表示热流 方向与温度梯度方向相反. ?(W/m℃):导热系数,其值越大,导热性越好;

越小,保温性越好. GLL 物体的导热系数?(W/m℃) 导热率是表征物质导热能力的物理量,为物质的物理性质 之一.与材料的组成、结构、温度、压强以及聚集状态等 诸多因素有关.一般通过实验测定. ①金属>液体>气体;

液态金属>一般液体;

纯金属>合金 纯液体>溶液;

金属>建筑材料>绝缘材料;

②随温度的上升,液体的下降,但水、甘油例外;

随温度的上升,气体的上升;

③固体的随温度呈线性关系, ,a为温度系数 1/℃.对多数金属a是负值,而对非金属为正值. ④只有压强很高或很低时,才考虑压强的影响. ⑤气体的导热系数比液体更小,约为液体的1/10 . 物质种类 金属 建筑材料 液体 绝热材料 气体 W/(m・ ℃) 20~400 0.2~2.0 0.1~0.7 0.02~0.2 0.01~0.6 GLL t x x δ dx t1 t2 通过单层平壁的定态热传导 A dt Q 厚度为?,高和宽为无限的平壁, 两侧表面温度保持均匀,分别是t1 t2,且不随时间而变化,则壁内 传热为一维定态热传导.即: 对定态导热, ,薄层内无热 量累积,故而: 即平壁内温度变化呈线性分布. GLL 热流量 利用边界条件,x=x1,t=t1;

x=x2,t=t2 得: 即: λ 的取值GLL 多层平壁的定态导热过程 推动力和阻力的加和性 通过多层壁的定态热传导,总热阻 等于各层热阻之和,总推动力等于 各层推动力之和. 对多层平壁,若各层间的接触无间 隙,并且导热系数为常数,则txt1 t2 t3 t4 δ1 δ2 δ3 λ1 λ2 λ3 哪层热阻大,哪层温差就大;

反之亦然. GLL t x t1 t2 δ1 δ2 δ3 λ

1 λ

2 【例4-1】某平壁燃烧炉由δ1=100 mm的耐火砖 和δ2=80 mm的普通砖砌成,其λ1=1.0 W/(m・ ℃) 及λ2= 0.8 W/(m・ ℃).操作稳定后,测得炉壁内 表面温度t1=700℃,外表面温度t3=100℃. 为减小燃烧炉的热损失,在普通砖的外增加一层 δ3=30 mm,λ3=0.03 W/(m・ ℃)的保温材料. 待操作稳定后,又测得炉壁内表面温度t'1=900℃, 外表面温度t'4 =

60 ℃.设原有λ1和λ2不变,试求 (1)加保温层后炉壁的热损失比原来减少的百分数 (2)加保温层后各层接触面的温度 保温砖层热阻最大,分配于该层的温差也最大 λ

3 t3 t4 GLL 通过圆筒壁的定态导热过程 r2 r1 r1 r2 t1 t2 l t1 t2 r dr r t dt r 对于圆筒壁的定态热传导,因为 圆筒壁的面积随半径增大而增大, 对于一定传热速率Q,热流密度q 随半径增大而减小,若导热系数 不随温度而变(或取均值),则 即为圆筒壁内温度分布. 积分形式: GLL 圆筒壁内的热流量 由边界条件,r=r1,t=t1;

r=r2,t=t2得: 写成傅立叶定律的形式: 对于d2/d1