[工学]化工流体流动第二节 热传导

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1、间壁式换热和间壁式换热器图4-3间壁两侧流体间传热第4章传热4.1概述4.2热传导4.2热传导4.2.1基本概念和傅立叶定律1.温度场和温度梯度1.温度场和温度梯度（1）温度场定义：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和。温度场的数学表达式:tfx，y，z，定态温度场:tfx，y，z定态一维温度场：tfx1.温度场和温度梯度（2）等温面定义：温度场中同一时刻下相同温度各点所组成的面积。特点：a温度不同的等温面彼此不相交；b沿等温面无热量传递;c沿和等温面相交的任何方向上，温度随距离的变化程度以沿与等温面的垂直方向为最大。1.温度场和温度梯度(3)温度梯度定

2、义：通常，将温度为tt与t两相邻等温面之间的温度差t，与两面之间的垂直距离n之比值的极限称为温度梯度。数学定义式：ttgradtlimn0nn1.温度场和温度梯度(3)温度梯度温度梯度为向量，它的正方向是指向温度增加的方向；通常将温度梯度的标量也称为温度梯度。定态的一维温度场：dtgradtdx4.2.1基本概念和傅立叶定律1.温度场和温度梯度2.傅立叶定律2.傅立叶定律定义式：tdQdSntdQdSn表示通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比。傅立叶定律与牛顿定律相类似，导热系数是粒子微观运动特性的表现。4.2热传导4.

3、2.1基本概念和傅立叶定律4.2.2导热系数4.2.2导热系数dQ定义式：tdSn导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量；导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一；一般来说，金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体较小，气体最小。4.2.2导热系数导热系数[W/(m·oC)]气体0.006～0.06液体0.07～0.7非导电固体0.2～3.0金属15～420绝热材料<0.25与组成、温度和密度等因素有关4.2.2导热系数1.固体的导热系数纯金属导热系数一般随温度升高而降低；金属的导热系数大多随着其纯度的增加而增大；非金属随着密度增加而增大，随着温度升高而

4、增大。4.2.2导热系数1.固体的导热系数对大多数均质固体，导热系数与温度近似呈线性关系01'tα′为常数，又称温度系数，1/℃。对大多数金属材料，α′为负值;对大多数非金属材料，α′为正值。4.2.2导热系数2.液体的导热系数液态金属导热系数比一般液体的要高；大多数液态金属的导热系数随温度升高而降低；非液态金属，除水和甘油外，液体的导热系数随温度升高而减小；纯液体的导热系数比其溶液的要大。4.2.2导热系数2.液体的导热系数有机化合物水溶液的导热系数的估算式为m0.9aii有机化合物的互溶混合液的导热系数的估算式为maii4.2.2导热系数3.气体

5、的导热系数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变化甚微。在过高或过低的压强下，考虑压强的影响，此时随压强增高导热系数增大。常压下混合气体的导热系数计算式为13iyiMim13yiMi4.2热传导4.2.1基本概念和傅立叶定律4.2.2导热系数4.2.3平壁的热传导4.2.3平壁的热传导1.单层平壁的热传导假设：（1）平壁材料均匀；（2）导热系数不随温度而变；4.2.3平壁的热传导1.单层平壁的热传导假设：（3）平壁内的温度仅沿垂直于壁面的x方向变化；（4）平壁面积与厚度相比很大，可以忽略边缘处的热损失。1.单层平壁的热传导x0，t

6、t；1xb，tt；2且t1t2dtQSdxQStt12btttQttQ12qbRSbRS1.单层平壁的热传导t1t2tQttQqbRSbRS传递过程的普遍关系式及热阻过程的推动力过程传递速率过程的阻力由热阻可判断界面温度和温度差。1.单层平壁的热传导平均导热系数两侧面导热系数的算术平均值，或两侧面温度之算术平均值之下的导热系数。导热系数为常数时，平壁内温度分布为常数；导热系数为温度的函数时，平壁内温度分布为曲线。4.2.3平壁的热传导1.单层平壁的热传导2.多层平壁的热传导2.多层平壁的热传导

7、图4-9三层平壁热传导2.多层平壁的热传导接触热阻由于表面粗糙不平，不同材料构成的界面之间可能出现明显的温度降低而产生接触热阻。2.多层平壁的热传导接触热阻因两个接触面间有空穴，而空穴内又充满空气，因此，传热过程包括通过实际接触面的热传导和通过空穴的热传导(高温时还有辐射传热)。一般来说，因气体的导热系数很小，接触热阻主要由空穴造成。2.多层平壁的热传导接触热阻接触热阻与接触面材料、表面粗糙度及接触面上压强等因素有关，主要依靠实验测定。2.多层平壁的热传导假设：(1)导热系数不随