热传导、对流

Q = ———— = ——
δ/λAm
R
式中: Am为对数平均面积。
当A2/A1 < 2时，热可传导取、对算流 术平均值。
4、通过多层圆筒壁的定态热传导
与多层平壁相似，对于n层圆筒壁，有 t1 –t n
Q = ——————— Σδi/（λi Ami）
5、接触热阻 当两种以上的保温材料一起使用时，由于接触面不
4、导热系数（thermal conductivity）
物理意义： 影响因素：物质的组成、结构、密度、温度、 压力 物质的导热系数可由实验测定，
通常，λ金属 >λ非金属 >λ液 >λ气
(1)固体的导热系数 λ金属 = 420——3 W/m℃ (或 W/mK ) λ非金属 = 1——0.02 W/m℃（常温常压下）
第四章 传热（heat transfer）
4—1 概述
一、热交换在生产加工过程中的作用
1、满足生产工艺要求 2、废热的回收利用 3、设备的保温（或保冷）
热传导、对流
二、热交换的基本方式和传热速率
1.传热的基本方式 (传导、对流、辐射) 2.热交换的方式
直接接触式、间壁式、蓄热式
热传导、对流
3 .间壁式换热器中的传热过程 壁面
② 平壁内的温度分布（t—x关系） 当λ按常量计算时 ，有 t = t1 -（Q/λA）x t—x关系为线性关系
2、通过多层平壁的定态热传导
δ1 δ2 δ3
① Q的计算（三层平壁）
Q
根据Q=Q1= Q2 = Q3 有：
t1 –t2
t2 –t3
t3 –t4
———— = ———— = ————
δ1/λ1A δ2/λ2A δ3/λ3A
一维稳态热传导 grad t=d t/d x 热传导、对流
3、付立叶定律（Fourier's law） 据大量实验结果有
q ∝ grad t
对于一维稳态热传导有
q ∝ d t/d x
引入比例系数有
q =-λd t/d x
或
Q =-λAd t/d x
式中 A—传热面面积，m2；
λ—导热系数，热W传导、/对m流 K（ W/m ℃ ）。
三、传热的条件和方向
1.传热的必要条件（温度差的存在）
2.传热的方向
自动进行
高温
低温
热传导、对流
本章主要内容： 1、通过固体壁面的热传导 2、对流给热 3、间壁式传热计算* 4、热交换器
热传导、对流
4—2 热传导（conduction）
一、 基本概念和付立叶定律
1、温度场(temperature field)
热传导、对流
(A)对于大多数均质的固体
λ = λ0(1+αt)
式中 λ-- t 温度下固体的导热系数, W/m℃; λ0-- 0℃下固体的导热系数, W/m℃; α--温度系数, 1/ ℃; t --固体的温度, ℃.
（B） t↑
λ金属↓，λ非金属↑；
纯度↓ λ金属及λ非金属↓
（C）绝热材料的λ通常 < 0.2 W/m℃
可能完全光滑，层与层之间总是存在着一定的空隙，即 有一空气薄层存在。这一空气薄层产生的热阻，称为接 触热阻。
接触热阻对保温有利。
热传导、对流
例有一单层平壁，δ=0.24m，λ=0.52w/m℃，
A=1 m 2，t1=15℃，t2=0℃ 。 ①求q=? ②将原单层分成两层δ1=δ3=0.12 mm，
t1
1、通过单层平壁的定态热传导
Q
① Q的计算
t2
根据Q=-λAd t/d x ， 当λ按常量计时，
0δ
x
分离变量积分： ∫d t=-（Q/λA）∫d x
积分上下项为 x=0，t=t1 ； x=δ，t=t2
则
t1 –t2
Δt
Q = ———— = ——
δ/λA
R
式中：Δt—导热推动力；R=δ/（λA）—导热热阻。 热传导、对流
（D）热传导过程物质的导热系数通常按平均值计算
热传导、对流
(2)液体的导热系数 (3)气λ体非的金属导液热体 系= 数0.09——0.9 W/m℃ λλ水气== 00..600W6/—m—℃0（.4常W温/常m℃压下） λ空气 = 0.02 W/m℃（常温常压下）
热传导、对流
二、定态热传导
特点：Q为定值。
δ2=9mm，λ1=λ3=0.52w/m℃， λ空气=0.024 w/m℃，且内外壁温度不变， 求q'=?
① q=32.5 w/m2 ②q'=17.9 w/m2
热传导、对流
4—3 对流传热
一、基本概念及牛顿冷却定律
（一）对流传热过程分析
系统中各点温度分布总和，可用以下函数式表示：
t = f (x、y、z、τ)
稳态温度场
t = f (x、y、z)
一维温度场
t = f (x、τ)
一维稳态温度场 t = f (x)
t t+Δt
2、温度梯度(temperature gradient)
gradt=lim（n
热流体
冷流体
Q
传热过程为：
对流
传导
对流
热流体
壁面
另一侧壁面
冷流体
热传导、对流
工业生产中常用的两类间壁式换热器 板式换热器
热传导、对流
管式换热器
热传导、对流
4.传热速率（heat transfer rate） 传热速率（热流量）Q，单位：J/s （W） 热流密度（热通量）q，单位：J/sm2 q = dQ /dA
系，且热阻大的壁层，分配于该层的温度差亦大。
热传导、对流
3、通过单层圆筒壁的定态热传导
①与平壁的区别：圆筒壁的传热面积不是常量， 随半径而变，同时温度也随半径方向变化。
②导热速率
设：r1 圆筒内径， r2圆筒外径，
壁厚δ=r1-r2 ， L 圆筒长度
t1内壁温度， t2外壁温度，
且t1>t2，
Q
传热速率方向垂直于流体流动方向。
t1 t2
t3 t4
热传导、对流
根据加比定律有： t1 –t4
Q = ————————————— δ1/λ1A +δ2/λ2A +δ3/λ3A
同理可得，通过n层平壁的方程式为 t1 –t n
Q = ————— Σδi/λi A
② 多层平壁内的温度分布（t—x关系） 当λ1、λ2、λ3按常量计算时，每一层中t—x呈线性关
此时，付立叶定律可写成
Q =-λAd t/d r=-λ2πr L d t/d r
热传导、对流
将上式分解变量积分得
Q = λ2πL（t1 –t2）/ln（r2/r1）
可将上式整理成与平壁导热相类似的形式：
设 Am= 2πL（r2-r1）/ l n（r2/r1） = 2πr m L
则有
t1 –t2
Δt