热量传递篇 传热原理

导热系数 (w/(m2·K))
1.16 0.116 0.350
解：
设T2、T3分别为耐火砖与硅藻土砖的界面温度、硅藻 土砖和石棉水泥砖的界面温度。依题意，知道热损失
即为由炉墙内向炉墙外的传热量，有：
? q ?
T1 ? Tn?1
n bi
? i ? 1
i
?
0.115 1.16
495 ? 60 ? 0.125 ?
导热系数 101～102 10-1～100 10-2～10-1 10-1 （W/m·K）
气体 10-2～10-1
3.各种物质导热系数的影响因素
1).气体导热系数 气体导热系数很小，不利于传热，但利于绝热、保温。 例如棉花、软木塞、羽绒等。 气体导热系数随温度升高而加大。 原因？ 气体的分子运动。
2).液体导热系数
2. 一维稳态热传导
1) 通过平壁的稳态热传导
依傅立叶定律，有：
q ? dQ ? ? ? ??t ? ? ? ?dt ? Q
dA
?n
dx A
Q ? ? ? ?A?dt
dx
边界条件： x=0, t=T 1 ; x=b, t=T 2
Q ? ? ?A ?T1 ? T2 ? T1 ? T2
b
b
(? ?A)
主要内容
一. 传热概述
1.传热过程
2.传热速率
二. 热传导
1. 傅立叶定律和导热系数
2. 一维稳态导热
三. 本讲小结
作业：习题19-1，19-3
一.传热概述
热力学第二定律指出，凡是有温度差存在的 地方，就必然有热量传递，故在几乎所有的 工业部门，如化工、能源、冶金、机械、建 筑等都涉及传热问题。
2）导热系数
??? q
? ?t ?
? ?
?n
? ?
导热系数定义式。
导热系数为单位导热梯度下的热通量，单位为 W/(m·K)或J/(m·s·K)。
说明：
1.各种物质的导热系数通常由实验确定；
2.各种物质的导热系数差别很大： 金属>非金属固体>液体>气体
各种材料导热系数的范围
材料
金属 建筑材料 绝热材料 液体
耐火粘土砖 硅藻土砖 石棉水泥砖
温度差 ΔT/K 31.3 340.6 63.2
热阻R ＝b/ λ（m 2/W ） 0.099 1.078 0.200
3) 通过圆筒壁的稳态热传导
特点：与稳态平壁热传导不同， 圆筒壁的导热量Q为定值，导热 通量q 随半径的增大而减小。
物料的预热和冷却 合理利用能源 可持续发展 减少热损失 煤与石油
研究的目的：强化传热；削弱传热
化工过程中需要解决的传热问题：
1. 传热计算：设计或校核换热器； 2. 改进和强化传热设备
1.传热过程
1)传热过程中冷热流体的接触方式 直接接触式传热
间壁式传热 蓄热式传热
工业应用 最多
只适用于 气体介质
Q?
T1 ? T2 ? T2 ? T3 ? T3 ? T4
?
T1 ? T4
b1 (?1 ?A) ? b2 (?2 ?A) ? b3 (?3 ?A) b1 (?1 ?A) ? b2 (? 2 ?A) ? b3 (?3 ?A)
推广到通过n层平壁的稳态热传导,
? Q ?
T1 ? Tn?1 n bi
i?1 (?i ?A)
非金属液体的导 热系数以水最大。
除水和甘油外， 液体的导热系数 随温度的升高而 略有减小。如右 图所示。
3).固体导热系数
? ? ?0 ?(1? ? ?t)
λ为温度为 t 时的导热系数
λ0为温度为零度时的导热系数 β为温度系数，对大多数金属材料为负值；但对大 多数非金属材料为正值。
纯金属的随温度的升高而减小；金属的纯度对导热系 数影响很大，合金的导热系数一般比纯金属低。 非金属建筑材料或绝热材料的导热系数与物质的组成、 结构的致密程度及温度有关。
q?
传热推动力＝ ? T
热阻
r
?
1 ?(T ? r
t) ?
K ?(T ?
t)
? T ? T ? t ：冷热流体的温度差，为传热推动力
r
：传热阻力
K
：传热系数，W/(m 2·K)
二. 热传导
1.傅立叶定律与导热系数 （Fourier's Law ）
1）傅立叶定律
q ? ?? ??t
?n
负号表示方向
λ：导热系数，反映了不同物质的导热能力。
பைடு நூலகம்
型类种三
2）主要传热类型 热传导：冷热物体直接接触 对流传热：流体质点发生相对位移 辐射传热：电磁波传递能量，不需介质
一般的传热过程都是两种或两种以上类型的传热方 式的组合作用。例如工业上常用的套管式换热器。
稳态与不稳态传热 稳态传热：各点的温度不随时间发生变化 不稳态传热：各点的温度随时间发生变化
2. 传热量与传热速度 ：
传热量Q：单位时间内通过传热面A的热量，又称热流量 或换热量，单位为W。 传热速度q：单位时间内通过单位面积传热面的热量，又 称热通量或热流密度，单位为W/m 2。
传热量和传热速度之间的关系： q ? dQ dA
与其它传递过程类似，传热速度也可以表示成传热 推动力和热阻的比值的形式：
0.116
0.070 0.350
?
316W
/ m2
? 1137 kJ /(m2 ?h)
Q
?
?1
?A ?T1
? T2 b1
T2
?
T1
?
q ? b1
?1
?
495 ?
316 ?
0.115 1.16
?
463.7?C
同理：
T3
?
T2
?
q ? b2
?2
?
463.7 ? 316 ?
0.125 0.116
? 123.2?C
? q
?
T1 ? Tn?1 n bi
? i ? 1
i
例题：锅炉炉墙由耐火砖、硅藻土砖和石棉水泥砖三层组 成，各层的厚度、导热系数由下表所示，炉墙内外表面的 温度分别为495℃ 和60℃ ，试求每平方米炉墙每小时的热 损失及各层界面上的温度。
耐火砖 硅藻土砖 石棉水泥砖
厚度（mm ）
115
125
70
传导距离越大，传 热面积和导热系数 越小，热阻越大。
2) 通过多层平壁的稳态热传导
Q?
?1
?A
?T1
? T2 b1
?
T1 ? T2 b1
(?1 ?A)
?
?2
?A?T2 ? T3 b2
?
T2 ? T3 b2
(?2 ?A)
?
?
3
?A
?T3
? b3
T4
?
T3 ? T4 b3
(?3 ?A)
依据等比定理，有：
热量传递篇－－传热原理
第十四讲 传热概述 热传导 Chapter 14 Introduction of Heat Transfer
Thermal Conduction
Key words: Heat transfer, Conduction, Fourier's Law, Convection, Radiation Heat Transfer.