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1、3.2热传导 Foundations of Chemical Engineering Chapter 3 Heat Transfer 傅立叶Fourier定律 T1 T2 T x dx T+dT T 在一化学组成及 物理状态相同的 均匀物体内，热 量以导热方式沿x 方向通过，且 T1T2 实践证明：单位时间通过平板传导的热量与温度梯度及垂 直于热流方向的导热面积成正比 ：热流量，导热速率，J.S-1,W q ： 热流密度，热通量， J.S-1.m-2,W.m-2 A:导热面积，m2 dT/dx:热流方向上的温度梯度，K. m-1 ：比例系数，热导率或导热系数，W/(m)或W/(mK)。 负号表
2、示热流方向与温度梯度的方向相反。 傅立叶定律 傅立叶定律 意义：当温度梯度为1 K. m-1 ，单位时间内通过1 m2导 热面积所传导的热量， 热导率表示物质的导热能力，是物质的物理性质之一 ，其值与物质的组成、结构、密度、压力和温度等有 关，可用实验方法求得。 热导率（导热系数） 热导率（导热系数） 固体的导热率 金属是良好的导热体。纯金属的导热率一般随着温度升 高而略有减小。金属的纯度对热导率的影响很大。纯度 增加，纯金属的 合金的，T，。 非金属建筑材料或绝缘材料的热导率与其组成、结构的 致密程度以及温度等有关。通常T，；， 大多数固体 0、固体在0和t时 的热导率；a 温度系数， a金
3、属 0。 液体的热导率 非金属液体：水 最大；除水和甘油 外，绝大多数液体 的热导率随着温度 的升高而略有减小 。一般来说，纯液 体的热导率大于其 溶液的热导率。 金属液体：较高 ，但T时，。 气体的热导率 气体的热导率很小 ，不利于导热而利 于绝热、保温。T ，。 随压强的变化较 小，可以忽略不计 。除非压力很高或 很低时。 热导率（导热系数） 传导传热计算-单层平壁的导热 假设： a、平壁面积远大于壁厚 ，壁边缘处Q散失=0。 b、温度只沿着垂直于壁 面的x方向变化，等温面 是垂直于x轴的平面。 c、壁面两侧的温度T1 、 T2不随时间而变化。 T1 T2 T x 单层平壁的稳定热传导为一
4、维热传导，傅立叶定律 x=0时 T=T1 ；x=时 T=T2 平壁的单位 面积热阻 平壁的总面 积热阻 导热的 推动力 传导传热计算-单层平壁的导热 以三层平壁为例：假设层与层之间接触良好（相互接触的 两表面的温度相同）； 各表面的温度分别为： T1、T2、T3、T4 ， 且 T1 T2 T3 T4；各层平 壁的厚度分别为：1、 2、3；各层平壁的导 热系数分别为：1、2 、3；则稳定导热时， 通过各层的热流量相等 ，即1= 2= 3= ； T1 t2 1t x 23 T2 T4 T3 传导传热计算-多层平壁的导热 T2 T1 T3 T4 1 2 3 23 1 由于是平壁，各层壁面面 积A相等
5、。则： 传导传热计算-多层平壁的导热 传导传热计算-多层平壁的导热 对n层平壁 注意：传热推动力要与阻力相对应。串联传热过程的 总推动力（温度差）是各分过程温度差之和；总的热阻为 各分过程热阻之和。在多层平壁稳定导热过程中，热阻 大，对应的温度差就大；T1：T2：T3=R1：R2：R3 传导传热计算-多层平壁的导热 一座由耐火砖、硅藻土焙烧 板层和金属密封护板构成的 炉墙，其热导率依次是； 11.09Wm-1K-1， 20.116Wm-1K-1， 345Wm-1K-1， 厚度分别 为：1=115mm ； 2=185mm ； 3=3mm； 炉墙的内表面平均温度为 642，外表面平均温度为 54，
6、求每平方米炉墙的散 热量和各层间的温度。 T2 T1 T3 T4 1 2 3 23 1 例3-1 解： P106 习题 1、2 作业2 单层圆筒壁的热传导 圆筒形容器、设备和管道。与平壁热传导不同点：圆筒壁的 传热面积不是常量，而是随着半径而改变；温度也随着半径 而改变。 dr r2 r1 L 边界条件为 r=r1时 T=T1 ；r=r2时 T=T2 分离变量、积分、整理、得到单层圆筒壁的热流量： 为圆筒壁导热热阻 在圆筒壁内取厚度为dr同心薄壁圆筒，其导热面积 为A=2rL 单层圆筒壁的热传导 单层圆筒壁的热传导 注意：当r2/r12时，可用算术平均值rm=(r2+r1)/2代替 对数平均值
7、作近似计算。 单层圆筒壁的热传导 三层圆筒壁：假设各层间接触良好 ，各层的导热系数分别为1 、2 、3 。厚度为r2-r1,r3-r2,r4-r3 多层圆筒壁的热传导 对n层圆筒壁 每米管长的热损失为： 多层圆筒壁的热传导 例3-2 管外径d1=273mm的蒸汽管道中输送着540的蒸汽。 管外包有水泥蛭石保温层，最外层又有15mm厚的保护 层。按照规定保护层外侧的温度T3=48 ，热损失为 442W.m-1，求保温层厚度。已知：水泥蛭石的热导 率为1=0.105W.m-1.K-1，保护层的热导率为 2=0.192W.m-1.K-1。 解： 假定=200mm， 右边=350W.m-1， 说明原假设的偏大 再假设的比200小的进行试算， =140mm，右边=440W.m-1， 与规定的热损失相符，故保温层厚度应为140mm P106 习题3，作 业
