热工基础及设备讲稿2

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1、第三章热量传递的基本理论传热学是研究热量传递规律的学科。凡有温差的地方就有热量的传递，而温差普遍存在于口然界与各个技术领域Z中，因此，传热就称为口然界与工程技术当中非常普遍的现彖。若传递现象千变万化，错综复杂，为学习和研究的方便，我们吧它们归结为三种基木的若传递方式：热传导、热对流、热辐射。实际的传热过程是这三种基本方式的复杂组合。从传热过程的要求来看，工程中的传热问题可以分为两种类型：一是增强传热，即提高换热设备的传热能力，或在满足热量传递的前提下使设备的尺寸尽量缩小；二是削弱传热,即减少热损失或保持设备内适宜的工作温度。学习传热7的目的就在于分析和认识热传规律，能动的控制热最传递，有

2、效的解决工程技术屮增强或削弱传热的问题，实现能源的合理使用，提高设备的生产能力。第一节导热一、基本概念1、导热热传导简称导热。热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分，或者从温度较高的物体传递到与之接触的温度较低的另一物体的现象称为导热。导热过程进行时，物体各部分Z际按不发生宏观的相对位移，仅依靠微观粒了的热运动而进行热量传递。因此，单纯的导热只发生在固体内部。液体和气体也发生导热现象，但因其貝有流动特性，在发生导热的同时往往伴随着对流的发牛。从微观角度看，不同种类的物体，其导热机理有所差异。例如，气体的导热是气体分子不规则运动时相互碰撞的结果，气体的温度越高，其分了运动的动能越人

3、，动能人的分了与动能小的分子相互碰撞时，热量传递由高温传导了低温。金属导体中有相当多的自山电子,导热主耍依靠口由电子的运动来完成。非金属固体中的导热则是通过原子、分子再起平衡位置附近的振动来实现的。总之，导热时热最的传递是依靠物质的分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动而进行的。2、温度场热量传递是由温差引起的。任一瞬间，在所研究空间屮所有点上温度分布的总称，是空间处标和时间的函数。稳态温度场〔非稳态温度场r=/(x,y,z,r)它是一个矢量,grad图3・1温度梯度等温面与等温线：在稳定温度场屮，如果物体内部的温度仅沿一个方向变化，则称为一维温度场。将温度相等的点连成而即为等温面。等

4、温面与任一平面的交线便是等温线。等温线与另一条温度不同的等温线不可能相交，它可以是封闭曲线或者终止于物体的界面上。3、温度梯度在温度场屮，温度在空间上改变的人小程度,用gradt表示。它是在等温而法线方向n上单位长度的温度增指向温度增大的方向。r=limf—^=—加赳An)dn热流的方向与温度梯度方向相反，热流线与等温线垂lL指向温度降低的方向。二、导热的基本定律1、傅里叶定律q=-AgradtW/m2dn热流密度热流最导热的基本定律是法国物理学家傅里叶在1822年研究固体导热试验的基础上总结得出的。该定律说明，单位时间内通过单位而积的热量(即热流密度q)正比于该处的温度梯度,即Q=-Z

5、Agradt=-AA—W一dn式中，X——比例系数，称为热导律，单位为W/(m-K)；负号表示热流密度与温度梯度的方向相反，永远指向温度降低的方向。2、热导律Z=w/(加・K)graclt热导律表明物体导热能力的程度，是每单位温度梯度所传导的热流密度值。热导律是物性参数，其人小主要取决于物质的种类和温度，其他如材料的密度和湿度等因素也对热导律冇一定的影响。不同物质的热导律相差很大：1)以物质的种类来区分,九值的大小以金属为大(范围是36・4〜458.2W/(m・K)),非金属固体次之，液体(范围是0・1〜0・7W/(m・K))更次之，而以气体(0.006〜0・6W/(m・K))为最小。2

6、)各种物质的九值都是温度的函数。3)多孔物质的九值较小，吸水后导热系数急剧增人。材料的热导律主要通过试验测定，一般生产材料的厂家都会在材料出厂时随材料提供热导律的数据。查取热导律数据时，要注意材料的名称、密度和最高使用温度等是否符合要求。工程中一些常用材料的热导律课参看附表A-10o我国国家标准规定，凡平均温度不高于35()°C时热导律不人于0.12W/(m-K)的材料称为保温材料或绝热材料。这些保温材料都是多孔型结构材料，孔隙内充满了热导律小的空气,由于孔隙很小，限制了空气的流动，这些空气几乎只有导热作用，使多孔性材料具有较小的热导律。石棉、矿渣棉、硅藻土、膨胀珍珠岩和超细玻璃棉等等都

7、是发电厂普遍采用的轻质保温材料。湿度对保温材料的热导律影响极人。多孔性保温材料若受潮，则材料中原来被空气所占据的孔隙将部分被水沾据，水的热导律是空气的20〜30倍，仇在温度梯度的推动下还会引起水分迁移，故热导律明显提高。三、平壁的稳定导热在工程应用中，当热力设备正常和稳定运行时，其温度场可认为是稳定的。为研究方便,我们这里所讨论的平壁是指厚度壁长度及宽度小很多的平壁，称为无限人平壁。实践经验表明，当长度及宽度为厚度的8〜10倍以上时