传热傅里叶定律.ppt

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1、,第二章 传热 Heat Transfer,1. 温度梯度,温度场：某一瞬间，空间(物体)所有各点温度分布。,t = f (x, y, z, ),2.2 传导传热,一. 基本概念和傅立叶定律,稳态传热,非稳态传热,物体的温度分布随时间变化,物体中各点温度与时间无关,稳态一维温度场,温度场中同一时刻下相同温度各点所组成的曲面为等温面。,沿等温面无热量传递 温度不同的等温面彼此不相交 沿和等温面相交的任何方向，因温度发生变化则有热量的传递,等温面,温度差 Dt 与 法向垂直距离 D 之间的比值,温度梯度,称为温度梯度,gradient,不同温度的等温面 之间存在温度差,标量：只有大小，没有方向,=

2、 Q/传热速率，W； A等温表面的面积，m2； 比例系数，称为导热系数，W/(m),2. 傅立叶定律,传导的热量与温度梯度、传热面积和传热时间成正比,或,负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反。,；,3. 热导率，又称导热系数,1物理意义：表征物质的导热能力，物质的热物性参数。导热系数越大，物体的导热性能越好，即在相同的温度梯度下传热速率越大。 2影响因数：主要有物质种类、组成和温度，并与结构疏松程度有关。 3,导热系数通常用实验方法测定,表1 物质导热系数的数量级,1). 固体的导热系数,所有固体中，金属 是最好的导热体,对大多数固体，值与温度大致成线性关系,自由电子热运动时做杂乱无章地运

3、动。在很低的 温度下金属热阻很小，温度越高，热阻越大。,2). 液体的导热系数,液体可分为金属液体和非金属液体,3). 气体的导热系数 (0.010.1W/m K),气体的导热系数低，适用于保温隔热。 气体的导热系数，随温度升高而增大。 在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强的变化甚微，可以忽略不计。只有在过高或过低的压强(2105kPa或3kPa)下，才考虑压强的影响，此时随压强增高导热系数增大。,傅立叶定律,二. 传导传热计算,1. 单层平壁的热传导,一维稳态热传导,数学模型的三个假设: (1) 导热系数为定值 (2) 无限平壁：平壁面积与厚度之比很大，故从平壁边缘处的热损可以忽略。

4、(3) 稳态热传导：平壁的温度不随时间变化，仅沿垂直壁面的方向变化。,定态的一维平壁热传导，导热速率和传热面积A都为常量,当 x=0时，t = t1； x= 时，t = t2；且t1 t2,=,A(t1 t2),q =,=,(t1 t2),单层平壁的热传导公式,每一层由不同种类材料构成，不同；各复合层传热面积相同,2. 多层平壁的热传导,多层平面壁的热传导,对第一层： 1 =,A1(t1t2),t1 = t1t2 =,对第二层： 2=,A2(t2t3),t2 = t2t3 =,对第三层： 3=,A3(t3t4),t3 = t3t4 =,因1 = 2 = 3 = ，A1 = A2 = A3 =

5、A,t1t4 = t =,多层平壁的热传导公式,圆筒壁传导传热时传热面积 A = 2rl 傅立叶定律写为：,3. 单层圆筒壁的热传导, = 2rl,积分：, =,单层圆筒壁传 导传热公式：,因圆筒壁厚度 = r2 r1 上式可写成：, =,其中 rm = (r2 - r1)/ ln,半径的对数平均值 当r2/rl 2时，用算术平均值 rm = (r1+r2)/2,4. 多层圆筒壁的热传导, =,对比第一章流动边界层概念，边界层存在速度梯度,2.3 对流传热,一. 对流传热机理 热量从流体的主 体传递给器壁， 或由器壁传递给 流体主体,流体通过间壁的热交换经过 “对流传导对流”三个串联步骤。,流体的流动形态对于流体的传热有决定性的影响 以湍流流体向壁面给热的情况为例： 湍流层：对流传热，没有温度降； 过渡层：传导传热和对流传热，有较小温度降； 层流内层：传导传热，有较大的温度降。 层流内层的热阻的对流传热的控制因素。,二. 牛顿传热方程,影响对流传热的因素相当多，工程上将它们归纳起来，用牛顿（Newton）传热方程来表示：, = Q/= (t1 t2)A,：传热膜系数，Wm-2K-1 t1：湍流主体温度 t2：壁面温度 A：壁面面积,