传热傅里叶定律PPT讲稿.ppt

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1、传热傅里叶定律第1页，共24页，编辑于2022年，星期四1.1.温度梯度温度梯度温度梯度温度梯度 温度场温度场：某某某某一瞬间一瞬间，空间空间(物体物体)所有所有所有所有各点温度分布各点温度分布。t t=f(x,y,z,)温度，温度，或或K时间时间,s2.2传导传导传热传热一一.基本概念和傅立叶定律基本概念和傅立叶定律基本概念和傅立叶定律基本概念和傅立叶定律 稳态传热稳态传热稳态传热稳态传热非稳态传热非稳态传热非稳态传热非稳态传热物体的温度分布物体的温度分布物体的温度分布物体的温度分布随时间变化随时间变化随时间变化随时间变化 物体中各点温度物体中各点温度与时间无关与时间无关与时间无关与时间无关

2、温度场温度场 稳态一维温度场稳态一维温度场稳态一维温度场稳态一维温度场第2页，共24页，编辑于2022年，星期四温度场中温度场中温度场中温度场中同一时刻下相同温度同一时刻下相同温度同一时刻下相同温度同一时刻下相同温度各点所组成的各点所组成的曲曲面为等温面面为等温面。沿等温沿等温面面面面无热量传递无热量传递 温度不同的等温面彼此温度不同的等温面彼此不相交不相交 沿和等温面相交的任何方向，因温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度发生变化则有热量的传递 等温面等温面第3页，共24页，编辑于2022年，星期四温度差温度差 D D D Dt t 与与与与法向法向垂直距离垂直距离 D

3、D 之之间的间的比值比值比值比值温度梯度温度梯度称为称为温度梯度温度梯度 dtdgradientgradientt+D Dttt-D Dtdtd不同温度的等温面不同温度的等温面之间存在温度差之间存在温度差 标量标量：只有大小，没有方向：只有大小，没有方向第4页，共24页，编辑于2022年，星期四=Q/=Q/传传传传热速率，热速率，热速率，热速率，WW；AA等温表面的面积，等温表面的面积，等温表面的面积，等温表面的面积，mm2 2；比例系数，称为导热系数，比例系数，称为导热系数，比例系数，称为导热系数，比例系数，称为导热系数，W/(mW/(m)2.傅立叶定律傅立叶定律传导的热量传导的热量传导的热

4、量传导的热量与与温度梯度温度梯度温度梯度温度梯度、传热面积传热面积和和和和传热时间传热时间成正比成正比 dQ-dAdtd或或负号负号负号负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反表示热流方向总是和温度梯度的方向相反表示热流方向总是和温度梯度的方向相反表示热流方向总是和温度梯度的方向相反。F=Advd对比对比牛顿黏性定律牛顿黏性定律=-QAd td；=-Ad td第5页，共24页，编辑于2022年，星期四-Adtd =3.热导率，又称热导率，又称导热系数导热系数1 1物理意义物理意义物理意义物理意义：表征物质的导热能力，物质的热物性参数。：表征物质的导热能力，物质的热物性参数。：表征物质的导热能力

5、，物质的热物性参数。：表征物质的导热能力，物质的热物性参数。导热系数导热系数导热系数导热系数越大，物体的导热性能越好越大，物体的导热性能越好越大，物体的导热性能越好越大，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。，即在相同的温度梯度下传热速率越大。，即在相同的温度梯度下传热速率越大。，即在相同的温度梯度下传热速率越大。2 2影响因数影响因数影响因数影响因数：主要有：主要有：主要有：主要有物质种类物质种类物质种类物质种类、组成组成组成组成和和和和温度温度温度温度，并与结构，并与结构，并与结构，并与结构疏松程度疏松程度疏松程度疏松程度有有有有关。关。关。关。3 3第6页，共24页，编辑

6、于2022年，星期四导热系数通常用实验方法测定导热系数通常用实验方法测定 表表表表11物质物质物质物质导热系数导热系数的数量级的数量级的数量级的数量级物质种类物质种类气体气体 液体液体绝热材料绝热材料建筑材料建筑材料金属金属/Wm/Wm-1-1KK0.010.10.010.10.10.10.010.10.010.10.110.111010010100第7页，共24页，编辑于2022年，星期四1).固体的导热系数固体的导热系数所有固体中，金属所有固体中，金属是最好的导热体是最好的导热体是最好的导热体是最好的导热体 纯度纯度 纯金属纯金属 温度温度 合合金金 纯金属纯金属 密度密度 非非金属金属

7、温度温度 对大多数固体，对大多数固体，对大多数固体，对大多数固体，值与温度大致成线性关系值与温度大致成线性关系自由电子热运动时自由电子热运动时自由电子热运动时自由电子热运动时做做做做杂乱无章杂乱无章杂乱无章杂乱无章地地地地运动运动运动运动。在很低的在很低的在很低的在很低的温度下温度下温度下温度下金属热阻很小，金属热阻很小，金属热阻很小，金属热阻很小，温度越高，热阻越大温度越高，热阻越大温度越高，热阻越大温度越高，热阻越大。第8页，共24页，编辑于2022年，星期四2).液体的导热系数液体的导热系数液体可分为金属液体和非金属液体液体可分为金属液体和非金属液体液体可分为金属液体和非金属液体液体可分

8、为金属液体和非金属液体 液态液态金属金属 一般一般液体液体 在非金属液体中，在非金属液体中，水的导热系数最大水的导热系数最大 溶液溶液 纯液体纯液体 第9页，共24页，编辑于2022年，星期四3).气体的导热系数气体的导热系数(0.010.1W/mK)气体的导热系数气体的导热系数低低，适用于，适用于，适用于，适用于保温隔热保温隔热。气体的气体的导热系数导热系数，随随温度升高而增大温度升高而增大。在相当大的压强范围内，气体的导热系数在相当大的压强范围内，气体的导热系数在相当大的压强范围内，气体的导热系数在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强的变随压强的变随压强的变随压强的变化甚微化甚微化甚微

9、化甚微，可以忽略不计。只有在过高或过低的压强，可以忽略不计。只有在过高或过低的压强，可以忽略不计。只有在过高或过低的压强，可以忽略不计。只有在过高或过低的压强(2(2 105kPakPa或或或或3kPa)t2t1t2t0=A(t1t2)l l=-Adtd第13页，共24页，编辑于2022年，星期四=A(t1 t2 2)l lq=q=A=(t1 t t2)l l传热强度传热强度 单层平壁的热传导单层平壁的热传导公式公式第14页，共24页，编辑于2022年，星期四每一层由不同种类材料构成，每一层由不同种类材料构成，不同不同不同不同；各复合层传热面积相同各复合层传热面积相同2.多多层平壁的热传导层平

10、壁的热传导多层平面壁的热传导多层平面壁的热传导t1t2t3t4第15页，共24页，编辑于2022年，星期四对第一层：1=A1(t1t2)t1=t1t2=对第二层：2=A2(t2t3)t2=t2t3=对第三层：3=A3(t3t4)t3=t3t4=因因1=2=3=，A1=A2=A3=A 第16页，共24页，编辑于2022年，星期四t1t4=t=多多层平壁的热传导层平壁的热传导公式公式第17页，共24页，编辑于2022年，星期四n圆筒壁传导传热时传热面积圆筒壁传导传热时传热面积A=2rl 傅立叶定律写为：傅立叶定律写为：3.单层单层圆筒圆筒壁的热传导壁的热传导 =2rl 积分：积分：=单层圆筒壁传单

11、层圆筒壁传导传热公式：导传热公式：L第18页，共24页，编辑于2022年，星期四n因圆筒壁厚度因圆筒壁厚度=r2r1 上式可写成：上式可写成：=其中其中 rm=(r2-r1)/ln半径的对数平均值半径的对数平均值 当当r2/rl2时，用算术平均值时，用算术平均值rm=(r1+r2)/2 第19页，共24页，编辑于2022年，星期四n 4.多多层层圆筒圆筒壁的热传导壁的热传导=第20页，共24页，编辑于2022年，星期四对比第一章流动边界层概念，边界层存在速度梯度对比第一章流动边界层概念，边界层存在速度梯度2.3对流传热对流传热间间壁壁热流体热流体冷流体冷流体对对流流对对流流导导热热一一.对流传

12、热机理对流传热机理热量从流体的主热量从流体的主体传递给器壁，体传递给器壁，或由器壁传递给或由器壁传递给流体主体流体主体第21页，共24页，编辑于2022年，星期四热流体热流体冷流体冷流体壁面壁面流体通过间壁的热交换经过流体通过间壁的热交换经过“对流对流传导传导对流对流”三个串联步骤三个串联步骤。TwtwTt热流体冷流体A1A2第22页，共24页，编辑于2022年，星期四n流体的流动形态对于流体的传热有决定性的影响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：以湍流流体向壁面给热的情况为例：湍流层湍流层：对流传热，没有温度降；：对流传热，没有温度降；过渡层过渡层：传导

13、传热和对流传热，有较小温度降；：传导传热和对流传热，有较小温度降；层流内层层流内层：传导传热，有较大的温度降。：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。层流内层的热阻的对流传热的控制因素。第23页，共24页，编辑于2022年，星期四二二.牛顿传热方程牛顿传热方程 n影响对流传热的因素相当多，工程上将它们归纳起来，用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（牛顿（NewtonNewton）传热方程来表示：）传热方程来表示：=Q/=(t1 t2)A：传热膜系数，膜系数，Wm-2K-1t1：湍流主体温度：湍流主体温度t2：壁面温度：壁面温度A：壁面面积壁面面积第24页，共24页，编辑于2022年，星期四