热工与流体力学第12章

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1、第三篇传热学8/14/2021学习导引稳态导热是指温度场不随时间变化的导热过程，热力设备在正常工作运行时发生的导热多数可简化为一维稳态导热。本章主要介绍工程上常见的一维稳态导热问题的计算。首先引入有关导热的基本概念，而后阐述了反映导热基本规律的傅里叶定律，并对其公式中的热导率进行了分析，最后讨论了一维稳态导热中傅里叶定律的具体应用，即平壁和圆筒壁的一维稳态导热计算。8/14/2021学习要求本章的重点是掌握平壁、圆筒壁的一维稳态导热计算，通过学习应达到以下要求：1.理解导热的物理概念，了解导热的微观机理。2.理解温度场、等温线、等温面、温度梯度以及稳态导热的概念。3.掌握导热基本定律傅里

2、叶定律的物理意义和数学表达式。4.了解热导率的物理意义及影响热导率的因素。5.掌握单层平壁和多层平壁的一维稳态导热计算公式及其应用。6.掌握单层圆筒壁和多层圆筒壁的一维稳态导热计算公式及其应用。8/14/2021本章难点1.导热基本概念中，理解温度场、等温面（或等温线）及温度梯度等概念有一定的难度，要求初学者从物理概念入手比较容易。2.圆筒壁的导热面积与其半径成正比，虽然稳态导热中通过圆筒壁的热流量不变，但其热流密度却在变化，温度也不呈线性分布。为此圆筒壁的导热公式是由简单的微分方程导出的，必须从物理概念角度充分认识到这一点。8/14/2021第一节导热的基本定律导电体的导热主要靠自由电子

3、的运动来完成；导热又称热传导，是指物体各部分无相对位移或不同物体直接接触时依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而进行的热量传递现象。气体导热是气体分子不规则热运动时碰撞的结果;导热是物质的属性，在固体、液体和气体中均可进行，但微观机理有所不同。一、基本概念固体非导电固体则通过原子、分子在其平衡位置附近的振动来传导热量.8/14/2021单纯的导热一般只发生在密实的固体中。气体与液体因为具有流动特性，在产生导热的同时往往伴随宏观相对位移（即对流）而使热量转移。在工程应用中，一般把发生在换热器管壁、管道保温层、墙壁等固态材料中的热量传递均可看作导热过程处理。导热此现象最为普遍，也最具有应

4、用价值液体其导热机理认为介于气体和固体之间。8/14/2021某一时刻，物体中各点温度分布的状况称为温度场。2.温度场非稳态温度场:一般来说，温度场是空间坐标和时间的函数，其数学表达式为：空间各点温度随时间而变化的温度场。稳态温度场:空间各点温度都不随时间而变化的温度场。t=f（x、y、z）t=f（x、y、z、）二维稳态温度场一维稳态温度场t=f（x、y）t=f（x）最简单,工程应用最多稳态温度场中发生的导热称为稳态导热。稳态导热:如各种热力设备在启动、停机或变工况时的温度场8/14/2021在温度场中，同一时刻温度相同的点所构成的线或面称为等温线或等温面。3.等温线、等温面和温度梯

5、度等温线和等温面的特点：（1）任意两个等温线或等温面永不相交。（2）等温线或等温面可以在物体内部是完全封闭的曲线或曲面，也可终止于物体的边缘，但不可以在物体内部中断。（3）等温线或等温面上温度差为零，没有热量的传递。热量传递只是沿着最短的途径进行，即沿着等温面或等温线的法线方向进行。空间中任何一点不可能同时具有两个不同的温度值等温线、等温面8/14/2021等温面法线方向上的温度增量t与法向距离n的比值的极限，称为温度梯度，记为gradt，单位为℃/m。即：温度梯度对一维稳态温度场，温度梯度为：温度梯度是向量，指向温度增加的方向。热量传递方向与温度梯度方向恰好相反8/14/2021二、

6、导热基本定律也称傅里叶定律。或对于一维稳态导热，傅里叶定律可表示为:热流量，W；A:导热面积，m2；:热导率，W/（mK）;q:热流密度，W/m2;“—”:表示热流方向与温度梯度的方向相反，永远指向温度降低的方向。该定律指出：当导热体内进行的是纯导热时，单位时间内以导热方式传递的热量，与温度梯度及垂直于导热方向的导热面积成正比。热流量和热流密度反映了热量传递快慢的程度，它们之间的关系为：8/14/2021三、热导率热导率表示物质导热能力的大小。影响热导率的因素主要有:热导率在数值上等于单位温度梯度作用下的热流密度物质种类、温度、结构、密度、湿度等。8/14/2021工程上常见物质的热

7、导率可从有关手册查得。如附表14、15热导率物质的热导率一般通过实验测定。常见材料热导率的大致范围及随温度的变化关系见图12-2。气体热导率随温度变化的幅度最大8/14/2021物质的热导率具有如下特点:（1）导电性能好的材料，导热性能也较好。热导率如银、铜、铝等金属（2）液体热导率的范围为0.07～0.7W/（mK）；气体热导率的范围为0.006～0.6W/（mK）。（3）非金属固体材料热导率的范围很大，高限可达6