天津大学版化工原理第四章热传导课件.ppt

1、1、温度场和等温面、温度场和等温面分布。）各点温度在时空中的温度场：物体（或空间),(zyxft 稳定的温度场：等温面等温面温度相同的点所组成的面温度相同的点所组成的面),(zyxft 不稳定的温度场：t1t2t1t2等温面等温面Q2、温度梯度、温度梯度ntntgradtn0lim温度梯度温度梯度是向量，其方向垂直于等温是向量，其方向垂直于等温面，并以温度增加的方向为正。面，并以温度增加的方向为正。dxdtnt一维温度场：单位时间内传导的热量与温度梯度以单位时间内传导的热量与温度梯度以及垂直于热流方向的截面积成正比。及垂直于热流方向的截面积成正比。ntdSdQ反。向与温度梯度的方向相注意：负号

2、表示热流方dxdtSQ且对一维温度场，则是定值，记为任一点的热量通量若材料均匀，流经平壁;/AQqntdSdQq导热系数表示物质的导热能力，是物质的物导热系数表示物质的导热能力，是物质的物理性质之一。理性质之一。（1）固体的导热系数）固体的导热系数)1(0t00./1非金属金属，其中：温度系数，Kntq但水和甘油例外。,t（3）气体的导热系数）气体的导热系数利。对传热不利却对保温有气体的导热系数很小，t气液固有机化合物的互溶混合液：有机化合物的互溶混合液：aii ai:组分的质量分率组分的质量分率常压下气体混合物的导热系数，常压下气体混合物的导热系数，3/13/1iiiiimMyMyy：组分的

3、摩尔分率：组分的摩尔分率 金属 15420W/(m)建筑材料 0.253W/(m)绝缘材料 0.0250.25W/(m)液体 0.070.7W/(m)气体 0.0060.6W/(m)（2）、液体的导热系数液态金属：温度增加导热系数增加，纯钠具有较高的导热系数。非金属液体：水的导热系数最高，除水和甘油外，绝大多数液体导热系数均随温度的升高而略有减小。一般，溶液的导热系数低于纯液体的导热系数。有机化合物的互溶混合液的导热系数估算式为：aiiai:组分的质量分率（3）、气体的导热系数1）随温度的升高而增大2）在常压下，导热系数随压力的增减变化很小，可忽略不计，过高或过低压力(高于210 5 KPa

4、或低于3KPa)压力增加导热系数升高。气体的导热系数很小，对导热不利，但利于保温隔热。常压下气体混合物的导热系数，可用下式估算：m iyiMi1/3/yiMi1/3 y：组分的摩尔分率1、单层平壁的稳定热传导、单层平壁的稳定热传导1、单层平壁的稳定热传导、单层平壁的稳定热传导210ttbdtSdxQRtSbttbttSQ/)(2121dxdtSQ传热阻力传热推动力传热速率传热推动力：温度差Sb导热阻力xSQtt1若对傅立叶定律进行不定积分导热时的温度分布为线性关系导热时的温度分布为线性关系ttxdtSdxQ10假设：多层平壁间密切接触，不存在空隙。假设：多层平壁间密切接触，不存在空隙。过各层的

5、热量必相等在稳定导热过程中，通假设：多层平壁间密切接触，不存在空隙。过各层的热量必相等在稳定导热过程中，通3141321321332211321iiRttRRRtttSbSbSbtttQ1111211RtSbttQ2222322RtSbttQ3333433RtSbttQ1122RtRt推广到推广到n层平壁：层平壁：niinRttQ111某层热阻某层推动力总热阻总推动力传热速率总热阻各层热阻之和drdtrl温度梯度为仅沿半径方向有变化，可忽略不计，认为温度导热相比很长，则沿轴向的与半径假设：圆筒长度1、单层圆筒壁的稳定热传导、单层圆筒壁的稳定热传导drdtrldrdtSQ21221ln2rrtt

6、lQ21212ttrrdtlrdrQlrrtt2)ln(1221Rt12211212122112ln)()(2ln)()()(2rrbttrrlrrrrttrrlQ或mmmlrSrrrrr2ln1212令RtbttSQm21lrrR2ln12导热阻力mSb1、单层圆筒壁的稳定热传导、单层圆筒壁的稳定热传导2、多层圆筒壁的热传导与多层平壁相似，对于多层圆筒壁，其导热速率方程可以表示为：2、多层圆筒壁的热传导、多层圆筒壁的热传导33422311241333222111412/ln2/ln2/ln)(lrrlrrlrrttQRtSbSbSbttQmmm也可写为：总热阻总推动力与多层平壁相似，对于与多

7、层平壁相似，对于多层圆筒壁，其导热速多层圆筒壁，其导热速率方程可以表示为：率方程可以表示为：niiiinnimiiinlrrttSbttQ11111112)/ln(却不相同，其关系为：热通量圆筒壁单位面积的热量但是单位时间通过各层相同，通过各层圆筒的传热量稳定传热时，单位时间说明：qQ44332211443322112222qrqrqrqrlqrlqrlqrlqrQ或 例4-1 有一燃烧炉，炉壁由三种材料组成。最内层是耐火砖，中间为保温砖，最外层为建筑砖。已知 耐火砖 b1=150mm 1=1.06W/m 保温砖 b2=310mm 2=0.15W/m 建筑砖 b3=240mm 3=0.69W/

8、m 今测得炉的内壁温度为1000，耐火砖与保温砖之间界面处的温度为946。试求：(a)单位面积的热损失；(b)保温砖与建筑砖之间界面的温度；(c)建筑砖外侧温度。解 (a)热损失q q=Q/A=1/b1(t1-t2)=1.06/0.15(1000-946)=381.6W/m2 (b)保温砖与建筑砖的界面温度t3 因系稳定热传导，所以 q1=q2=q3=q q=2/b2(t2-t3)381.6=0.15/0.31(946-t3)解得 t3=157.3 (c)建筑砖外侧温度t4 同理 q=3/b3(t3-t4)381.6=0.69/0.24(157.3-t4)解得 t4=24.6 例题4-2 若在

9、热交换器里的一根钢管，管内径是25mm，管壁厚度3.25mm，管长5.0m，管内壁温度是373K。管外壁温度是371K.己知钢的导热系数=49 W/mK，这根钢管传递热量为多少？解 己知 r1=25/2=12.5mm=0.0125m r2=12.5+3.25=15.75mm=0.01575m b=3.25mm=0.00325m L=5.00m =49W/mK t1=373K t2=371K(1)按园壁传导的基本公式计算 (2)按平壁热传导公式计算按平壁热传导公式计算 q=2Lr1+r2/2(t1-t2)/b =23.145.0490.0141(373-371)/0.00325=1.34104

10、W 从上述计算结果可以出，r2/r11.3,用平壁热传导公式计算，误差率为1%左右。1221ln1)(2rrttLqwq41033.10125.001575.0ln)371373(490.514.32为减小热损失，在外径为为减小热损失，在外径为150mm的饱和蒸汽管外覆盖厚度为的饱和蒸汽管外覆盖厚度为100mm的保温层，保温材料的导热系数的保温层，保温材料的导热系数0.103+0.000198t（t的单位为的单位为）W/m.。已知饱和蒸汽温度为。已知饱和蒸汽温度为180，并测得保，并测得保温层中央即厚度为温层中央即厚度为50mm处的温度为处的温度为100，试求：，试求：(1)由于热损失每米管长

11、的蒸汽冷凝量？由于热损失每米管长的蒸汽冷凝量？(2)保温层的外侧温度为多少？保温层的外侧温度为多少？解解：（1）忽略管壁的热阻，则管壁的壁温）忽略管壁的热阻，则管壁的壁温t1=180,t2=100，./131.0140000198.0103.0140221mWtttmmmWddttlQm/6.128150250ln100180131.02ln21221180饱和水蒸气的汽化潜热饱和水蒸气的汽化潜热r=2.019106J/kg，蒸汽的冷，蒸汽的冷凝量为：凝量为：)./(1043.610019.26.12856smkgrlQ2180000198.0103.02331ttttmm，6.1281503

12、50ln180)2180000198.0103.0(2ln2331331ttddttlQm解得t3=41.1或：drdtrlbtadrdtAQ2导热：2211122lnttbttarrlQ23231802000198.0180103.0275175ln6.128tt03976.4103.0000099.0323tt解得t3=41.07【例【例4-1】一套管换热器的内管为】一套管换热器的内管为252.5mm的钢管，钢的的钢管，钢的导热系数为导热系数为45 W/(mK)，该换热器在使用一段时间以后，在换，该换热器在使用一段时间以后，在换热管的内外表面上分别生成了热管的内外表面上分别生成了1mm和和

13、0.5mm厚的污垢，垢层的厚的污垢，垢层的导热系数分别为导热系数分别为1.0 W/(mK)和和0.5 W/(mK)，已知两垢层与流，已知两垢层与流体接触一侧的温度分别为体接触一侧的温度分别为160和和120，试求此换热器单位管，试求此换热器单位管长的传热量。长的传热量。解：换热器的热流密度解：换热器的热流密度143241122332111lnlnlnttQqdddlkdkdkd2160120950120125127lnlnln1.01845200.525qW/m代入数据得7248.0225.015.0115.04.1225.055930iiikbtAQ【例【例4-3】工业炉的炉壁，由下列三层组成：】工业炉的炉壁，由下列三层组成：耐火砖耐火砖 k1=1.4W/(mK),b1=225mm保温砖保温砖 k2=0.15W/(mK),b2=115mm保温砖保温砖 k3=0.8W/(mK),b3=225mm今测得其内壁温度为今测得其内壁温度为930，外壁温度为，外壁温度为55，求单位，求单位面积的热损失。面积的热损失。解：由串联热阻的概念解：由串联热阻的概念 W/m2