2-2第2章 热量传递.ppt

《2-2第2章 热量传递.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第2章热量传递傅立叶定律的应用2.2.1.3平壁导热(1)单层平壁导热如图2-4所示，假设平壁的导热系数为常数，面积相对于厚度很大，边缘与外界的传热可以忽略，壁内温度只沿传热方向变化，即所有等温面是与传热方向垂直的平面，且壁面的温度不随时间变化。对此种平壁的稳态导热，导热速率Q和导热面积S均为常数。应用式2-1得t1t2b当x=0时，t=t1；x=b时，t=t2；且t1>t2，积分上式可得：（2-3）或（2-3a）或（2-3b）式中:q—单位面积上的传热热速率，称为热通量，W/m2；b—平壁厚度，m

2、；t＝t1－t2——平壁两侧温度差，导热推动力，K；——导热热阻，K/W；——比导热热阻，K/(m2∙W)。由式2-3a可以看出，对于导热，壁面越厚，导热面积和导热系数越小，其热阻越大。【例2-1】普通砖平壁厚度为0.5m，一侧为300℃，另一侧温度为30℃，已知平壁的平均导热系数为0.9W/(m∙℃)，试求：⑴通过平壁的导热通量，W/m2；⑵平壁内距离高温侧300mm处的温度。【解】⑴由式2-3b有：W/m2⑵由式2-3b可得：⑵多层平壁导热工程上常常遇到多层不同材料组成的平壁，例如工业用的窑炉

3、，其炉壁通常由耐火砖、保温砖以及普通建筑砖由里向外构成。像这种通过多层平壁传导热量的过程称为多层平壁导热。以图2-5所示的三层平壁为例，说明多层平壁导热的计算方法。由于是平壁，各层壁面面积可视为相同，设均为S，各层壁面厚度分别为b1、b2和b3，导热系数分别为1、2和3，假设层与层之间接触良好，即互相接触的两表面温度相同。各表面温度分别为t1、t2、t3和t4，且t1>t2>t3>t4，则在稳态导热时，通过各层的导热速率必定相等，即Q1=Q2=Q3=Q从式2-4可知，某层的热阻越大，该层的温度

4、差也越大。多层平壁的导热，总推动力等于各层推动力之和，总热阻等于各层热阻之和，这一规律称为热阻叠加原理，对其它传热场合同样适用。这与串联电路的欧姆定律是相似的。即（2-4）（2-5）推广推而广之，对n层平壁，其导热速率方程式为：式中下标i为平壁的序号。【例2-2】某平壁燃烧炉由一层0.10m厚的耐火砖和0.08m厚的普通砖砌成，其导热系数分别为1.0W/(m∙℃)和0.8W/(m∙℃)。操作稳定后，测得炉内壁温度700℃，外表面温度为100℃。为减少热损，在普通砖的外表面增加一层厚为0.03m，导热

5、系数为0.03W/(m.℃)的隔热材料。待操作稳定后，又测得炉内壁温度为800℃，外表面温度为70℃。设原有两层材料的导热系数不变，试求：⑴加保温层前后的热损失；⑵加保温层后各层的温度差。解：⑴加变温层前，为双层平壁的导热，单位面积的热损失为：加保温层后，为三层平壁导热，单位面积的热损失为：⑵已求得W/m2，则由式2-4，有：W/m2W/m2℃℃℃2.2.1.4圆筒壁导热1、单层圆筒壁导热化工生产中的导热问题大多是圆筒壁中的导热问题。例如，管式换热器、蒸汽及液氨导管壁面中的传热过程等均属于此类。它与

6、平壁导热的不同之处在于：温度随半径而变；此时傅立叶定律应改写为圆筒壁的导热面积随半径而变，S＝2πrL。如图所示，设圆筒壁的内、外半径分别为r1和r2，长度为L；内、外表面温度分别为t1和t2，且t1>t2；管材导热系数为λ。则由傅立叶定律有：因稳定过程导热体的导热速率为常数，若导热体的导热系数可视为常数或可取平均值，则上式中仅包含温度t和半径r两个变量。将上式分离变量，并根据r=r1，t=t1；r=r2，t=t2的边界条件积分。即：积分得：即为圆筒壁的导热热阻。上式为单层圆筒壁的导热速率方程式，该

7、式也可以改写成类似单层平壁的导热速率计算式的形式（P63）。（2-7）⑵多层圆筒壁导热在工程上，多层圆筒壁的导热情况比较常见。例如，在高温或低温管道的外部包上一层乃至多层保温材料，以减少热量（或冷量）损失；在反应器或其他容器内衬以工程塑料或其他材料，以减小腐蚀；在换热器内换热管的内、外表面形成污垢等等。以三层圆筒壁为例，如图2-7所示，假设各层之间接触良好，各层的导热系数分别为1、2和3，厚度分别为b1=r2－r1，b2=r3－r2和b3=r4－r3，根据串联过程的规律，可写出三层圆筒壁的导热

8、速率方程式为：或对n层圆筒壁：或2.2.2对流传热2.2.2.1对流传热的分析1、滞流内层：流体呈滞流流动，沿壁面法向没有质点的移动和混合，即没有对流传热，传热方式仅是热传导。因为液体导热系数小，因此热阻较大，温度梯度大。2、缓冲层：流体流动介于滞流和湍流之间，热传导和对流传热同时起作用，热阻较小。3、湍流主体：质点剧烈运动，完全混合，温度基本均匀，无温度梯度。对流传热的热阻主要集中在滞流内层，减薄其厚度是强化传热过程的关键。2.2.2.2对流传热速率方程对流传热计算