1、化工原理熱傳導2022/9/4第1頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二一、基本概念和傅立葉定律 1、溫度場和等溫面 溫度場 物體或系統內部的各點溫度分布的總和 溫度場的數學表達式為 穩定溫度場 不穩定溫度場 溫度場中各點的溫度隨時間而改變 溫度場中各點的溫度不隨時間而改變 等溫面： 溫度場中溫度相同的點組成的面 2022/9/4第2頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二2、溫度梯度 溫度梯度 ：等溫面法線方向上的溫度變化率，用gradt表示 。 溫度梯度是向量，正方向指向溫度增加的方向。對于一維穩定的溫度場，溫度梯度可表示為 ：3、付立葉定律 導熱速率與溫

2、度梯度及傳熱面積成正比2022/9/4第3頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二比例系數，稱為導熱系數。w/mk負號表示熱流方向與溫度梯度方向相反。 付立葉定律 2022/9/4第4頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二二、導熱系數 1、導熱系數的定義 在數值上等于單位溫度梯度下的熱通量 ， 是物質的物理性質之一 。 一般，金屬的導熱系數最大，非金屬的固體次之，液體的較小，氣體的最小。 2022/9/4第5頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二2、固體的導熱系數 純金屬的導熱系數一般隨溫度的升高而降低，金屬的導熱系數大都隨純度的增加而增大。

3、非金屬的建筑材料或絕熱材料的導熱系數隨密度增加而增大，也隨溫度升高而增大。3、液體的導熱系數 在非金屬液體中，水的導熱系數最大。除水和甘油外，絕大多數液體的導熱系數隨溫度的升高而略有減小，2022/9/4第6頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二純液體的導熱系數比溶液的導熱系數大。3、氣體的導熱系數 氣體的導熱系數很小，不利于導熱，但有利于保溫。氣體的導熱系數隨溫度升高而加大 。在相當大的壓強范圍內，氣體的導熱系數隨壓強變化極小 注意：在傳熱過程中，物質內不同位置的溫度可能不相同，因而導熱系數也不同，在工程計算中常取導熱系數的算術平均值。2022/9/4第7頁，共18頁，20

4、22年，5月20日，0點38分，星期二三、通過平壁的穩定熱傳導 1、單層平壁的穩定熱傳導 邊界條件為：x=0時，t=t1 x=b時，t=t2 2022/9/4第8頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二 R導熱熱阻，K/W ； r單位面積的導熱熱阻 。傳導距離b越大，傳熱面積和導熱系數越小，傳導熱阻越大2022/9/4第9頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二2、多層平壁的穩定熱傳導 2022/9/4第10頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二推廣到n層平壁有： 多層平壁導熱是一種串聯的導熱過程，串聯導熱過程的推動力為各分過程溫度差之和，即總

5、溫度差，總熱阻為各分過程熱阻之和，也就是串聯電阻疊加原則。 2022/9/4第11頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二四、圓筒壁的穩定熱傳導1、單層圓筒壁的熱傳導仿照平壁熱傳導公式，通過該圓筒壁的導熱速率可以表示為： trdrt1r1r2t1t2圓筒壁的熱傳導Qdrrr1r2t1t22022/9/4第12頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二分離變量積分： 圓筒壁的導熱熱阻 這個式子也可以寫成與平壁傳導速率方程類似的形式 2022/9/4第13頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二圓筒壁的內外表面的對數平均面積，m2 當r2/r12時可用

6、算術平均值代替對數平均值 2022/9/4第14頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二2、多層圓筒壁的熱傳導 與多層平壁的穩定熱傳導計算類似，可導出：2022/9/4第15頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二【例1】工業爐的爐壁，由下列三層組成：耐火磚 1=1.4W/(mK), b1=225mm保溫磚 2=0.15W/(mK), b2=115mm保溫磚 3=0.8W/(mK), b3=225mm今測得其內壁溫度為930，外壁溫度為55，求單位面積的熱損失。 解：由串聯熱阻的概念 2022/9/4第16頁，共18頁，2022年，5月20日，0點38分，星期二【例2】 在一的鋼管外包有兩層絕熱材料，的氧化鎂粉，平均導熱系數外層為的石棉層，其平均導熱系數現用熱電偶測得管內壁溫度為，最外層表面溫度為，管壁導熱系數試求每米管長的熱損失及保溫層界面溫度。里層為每米