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《化工原理教案4.2热传导》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、4.2热传导在概述中简单介绍了热传导是起因于物体内部分子微观运动的一种传热方式，虽然其微观机理非常复杂，但热传导的宏观规律可用傅立叶定律來描述。由于只有固体中有纯导热，本节只讨论的对象仅为各向同性、质地均匀固体物质的热传导。4.2.1有关热传导的基本概念等温而ti>t2一、温度场和等温面温度场：某一时刻，物体（或空间）各点的温度分布。/=/（x,y,z,0）式中t——某点的温度，°C；x,y,z某点的坐标；0吋间。不稳定温度场：各点的温度随时间而改变的温度场。t=/（X,z,0）稳定温度场：任一点的温度均不随时间而改变的温
2、度场。r=/（兀,y,z）等温面：在同一时刻，温度场川所有温度相同的点组成的面。不同温度的等温面不相交。t-Att+At二、温度梯度温度梯度：两等温面的温度差&与其间的垂直距离之比，在趋于零时的极限（即表示温度场内某一点等温面法线方向的温度变化率）。，-..卜tdtgraat=lim——=—Aht（）Az?an4.2.2傅立叶定律傅立叶定律：某一微元的热传导速率（单位时间内传导的热量）与该微元等温面的法向温度梯度及该微元的导热而积成正比。6Q=-AdA^-du式中dQ——热传导速率，W或J/s；dA导热面积，n?；dddn
3、——温度梯度，°C/m或K/m；2——导热系数，表征材料导热性能的物性参数，2越大，导热性能越好，W/（m・°C）或W/（m・K）o用热通量来表示：一维稳态热传导：dQ=-AdA—dx423导执系数导热系数定义由傅立叶定律给出：dt[dn物理意义：温度梯度为1时，单位时问内通过单位传热面积的热通量；导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量，2T,导热性能越好。从强化传热来看，选用九大的材料；相反要削弱传热，选用九小的材料。与“相似，九是分子微观运动的宏观表现，与分子运动和分子间相互作用力有关，数值大小取决于物质的结构及组
4、成、温度和压力等因素。各种物质的导热系数可用实验测定。常见物质可查手册。(1)固体纯金属tT,几J,纯金属比合金的几大。非金属",2T,同样温度下，p越大，兄越大。在一定温度范围内(温度变化不太大)，大多数均质固体2与/呈线形关系，可用下式表示：A=久0(1+〃)式中几——t°C时的导热系数，W/(m・°C)或W/(m・K)；心——0°C时的导热系数，W/(m・°C)或W/(m・K)；a温度系数，对大多数金属材料为负值(«<0),对大多数非金属材料为正值(tz>0)o(2)液体液体分为金属液体和非金属液体两类，金属液体导热
5、系数较高，后者较低。而在非金属液体屮,水的导热系数最大。除水和甘油等少量液体物质外，绝大多数液体rT,Al(略微)。一般来说，纯液体的久大于溶液兄。(3)气体气体T?,2T。在通常压力范围内，"对2的彫响一般不考虑。气体不利用导热，但可用来保温或隔热。固体绝缘材料的导热系数之所以小，是因为其结构呈纤维状或多孔，其空隙率很大，孔隙屮含有大量空气的缘故。—般来说，2(金属固体)〉2(非金属固体)>2(液体)>2(气体)。久的大概范围：2(金属固体IO】〜102W/(m・K))、2(建筑材料1070°W/(m・K))、2(绝缘材
6、料1070】W/(m・K))、2(液体W1W/(m・K))、2(气体ICT?〜10】W/(m・K))。424通过平壁的稳定热传导一、通过单层平壁的稳定热传导假设：(1)平壁内温度只沿x方向变化，y和z方向上无温度变化，即这是一维温度场。(2)各点的温度不随时间而变，稳定的温度场。—维稳定的温度场：/=/(兀)傅立叶定律可写为：Q=-AA—dx在平壁内取厚度为血的薄层，并对其作热量衡算：a对于稳定温度场，昙=0,薄层内无热量积累30Qx=Qx^dx-Q-const在稳定温度场中，各传热面的传热速率相同，不随兀而变，统一用Q來
7、表示，代入上面的傅立叶公式中：边界条件为：x=0时，t=t；x=b时，t=t2改变上式形式，得：AAdt设2不随f而变，所以材口Q均可提到积分号外，得:AA式中Q热流量，即单位吋间通过平壁的热量，W或J/s；A——平壁的面积，m2；b——平壁的厚度，m；2——平壁的导热系数，W/（m•。或W/（m-K）；tht2——平壁两侧的温度，°C。上面的积分式=-JAAdt的上限从兀=方时，/=々改为兀=兀时，/=/;积分得:Q=—A©—t)=>X从上式可知，当2不随/变化，/〜兀直线关系；若2随/变化关系为：2=血（1+〃），贝
8、，〜X抛物线关系。二、通过多层平壁的稳定热传导假定：（1）一维、稳定的温度场；（2）各层接触良好，接触面两侧温度相同。_耳一〔2_『2一「3_0一『4A]AA-）A久3AO_工_1]一g_“一》4_总推动力y5十bj〉叫总热阻Z/+1推广至n层：Q=三ybiq一匚+1nD/=1b】I02IbjIr*——
