《材料工程基础课件：3-1 绪论和传导传热》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料工程基础课件：3-1 绪论和传导传热（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第三章章 传传 热热 学学 （HeatTransfer）1熟料篦冷机熟料篦冷机入料:1300-1400出料：65+环境温度水泥窑自身特点水泥窑自身特点生料生料钙质硅铝质铁质校正化学灵活性预分解炉预分解炉气体:900-3s物料：700窑窑火焰:1800-2000物料：1450，15min煤粉预热器预热器气体:900-3s物料：700高温，负压，充足的氧气，停留时间长，大量的游离钙，完善的工艺，密切的监控。随处可见流体流动和传热过程2v本章的学习目标本章的学习目标熟悉传热过程的基本术语和基本规律；熟悉传热过程的基本术语和基本规律；理解传热过程分析的基本方法和特点；理解传热过程分析的基本方法和特点
2、；精通三大传热现象的基本概念和基本特征规律；精通三大传热现象的基本概念和基本特征规律；具备对工程上常见的传热现象和传热问题分析和解决的具备对工程上常见的传热现象和传热问题分析和解决的能力能力,能利用必需的数据计算传热速率或材料的温度。能利用必需的数据计算传热速率或材料的温度。v本章重点本章重点传热过程的基本概念传热过程的基本概念三大传热现象及其规律三大传热现象及其规律v本章难点本章难点辐射传热辐射传热对流传热的计算对流传热的计算3主要内容主要内容v绪论（了解）绪论（了解）v热传导现象（掌握）热传导现象（掌握）基本概念基本概念基本规律基本规律常见问题的应用分析常见问题的应用分析v对流换热现象（掌
3、握）对流换热现象（掌握）基本概念基本概念基本规律基本规律相似分析相似分析常见问题的经验规律常见问题的经验规律v辐射换热现象（掌握）辐射换热现象（掌握）基本概念基本概念基本规律基本规律常见问题的应用分析常见问题的应用分析v综合传热过程分析综合传热过程分析v（掌握）（掌握）v换热器（了解）换热器（了解）43-0、绪论v传热学的研究对象是什么？传热学的研究对象是什么？v热传递的基本方式有哪些？热传递的基本方式有哪些？v传热学与工程热力学有何关系？传热学与工程热力学有何关系？v传热学的应用和学习传热学的意义？传热学的应用和学习传热学的意义？v传热学的研究方法有哪些？传热学的研究方法有哪些？53.0 3
4、.0 传热学绪论传热学绪论1、传热学（、传热学（HeatTransfer）研究的对象是什么？）研究的对象是什么？ 研究研究由研究研究由温差存在温差存在而发生的而发生的热量转移热量转移规律的科学。规律的科学。 具体来讲主要有热量传递的机具体来讲主要有热量传递的机理、规律、计算和测试方法理、规律、计算和测试方法热量传递过程的推动力：温差热量传递过程的推动力：温差热力学第二定律：热量可以自发地热力学第二定律：热量可以自发地由高温传递给低温热源，所以。有由高温传递给低温热源，所以。有温差就有热量传递。温差就有热量传递。63.0传热学绪传热学绪论论n2 2、热传递的基本方式有哪些？热传递的基本方式有哪些
5、？n热传导：热传导：n在在温温差差作作用用下下，通通过过相相对对静静止止的的物物体体内内部部质质点点进进行行的的能能量转移量转移n热对流：热对流：n在温差作用下，通过相对运动的质点所进行的能量转移在温差作用下，通过相对运动的质点所进行的能量转移n热辐射：热辐射：n在温差作用下物体间以电磁波形式所进行的能量转移在温差作用下物体间以电磁波形式所进行的能量转移73.传热学与工程热力学有何关系？传热学与工程热力学有何关系？(1)热力学热力学+传热学传热学=热科学热科学(ThermalScience) 系统从一个平衡态到另一个平系统从一个平衡态到另一个平衡态的过程中传递热量的多少。衡态的过程中传递热量的
6、多少。 关心的是热量传递的过程，关心的是热量传递的过程，即热量传递的速率。即热量传递的速率。(2)二者关系v传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即Q始终从高温热源向低温热源传递，如果没有能量形式的转化，则Q始终是守恒的v传热学是热力学的延伸和补充，热力学是传热学的基础，它们均是研究能量交换规律的科学。热力学热力学传热学传热学84.传热学的应用和学习传热学的意义？传热学的应用和学习传热学的意义？传热的基本任务：计算热量传递的速率传热的基本任务：计算热量传递的速率求解温度分布求解温度分布航空航空航天航天化工化工机械机械交通交通建材建材n电子电子n中央空调中央空调n金属材料金属材料n建筑建筑n双
7、层玻璃双层玻璃5传热问题的基本分析方法是什么？（了解）v以控制体为研究对象，以热力学第一定律为基本工具，以热流方程为主体，分析各种传热现象，得出各种具体传热现象特征规律，最终以工程应用分析为目的。一般步骤:v（1）选定控制体，画出示意图v（2）画出通过控制面的热流方向，提出对实际问题的近似假设，适当简化实际问题v（3）建立能量守恒方程v（4）代入热流方程v（5）整理得出相应的结果或规律103.1传导传热传导传热v3.1.1传导传热概述（掌握）传导传热概述（掌握）v3.1.2基本规律基本规律导热微分方程（理解）导热微分方程（理解）v3.1.3工程常见导热问题分析（掌握）工程常见导热问题分析（掌握
8、）113.1.1、传导传热概述传导传热概述v1传导传热和传导传热的机理是什么？（掌握）传导传热和传导传热的机理是什么？（掌握）v2什么是傅立叶定律？什么是傅立叶定律？v3.什什么么是是导导热热系系数数？材材料料导导热热系系数数的的一一般般性性质质和和特特点点是是什么？影响导热系数的因素有哪些？（掌握）什么？影响导热系数的因素有哪些？（掌握）v4什么叫温度场、等温面、什么叫温度场、等温面、温度梯度？（掌握）温度梯度？（掌握）123.1.1、传导传热概述传导传热概述1、传导传热和传导传热的机理是什么？（掌握）、传导传热和传导传热的机理是什么？（掌握）n（1）定义：是指物体各部分无相对位移或不同物体
9、）定义：是指物体各部分无相对位移或不同物体直接接触直接接触时时依靠依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而进行的热量传而进行的热量传递现象。简称导热递现象。简称导热n（2）特点：）特点：n有温差、直接接触，物有温差、直接接触，物体各部分间无宏观相对体各部分间无宏观相对位移。位移。n（3）机理：）机理：n固体：由于晶格固体：由于晶格振动波的迁移、自振动波的迁移、自由电子运由电子运动引动引起起的物的物理理现现象象n金属：依靠自由电子的运动金属：依靠自由电子的运动n非金属：依靠晶格振动波非金属：依靠晶格振动波n气体：分子气体：分子的不规的不规则热运动和相互碰
10、撞的结果则热运动和相互碰撞的结果n液体：兼有气体和固体导热的机理液体：兼有气体和固体导热的机理13 2什么是傅立叶定律？（掌握）什么是傅立叶定律？（掌握）-傅立叶定律傅立叶定律q热流密度，单位时间通过单位面积传递的热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量热量W/m2 导热系数（热导率）导热系数（热导率）W/(mK)F垂直于导热方向的传热垂直于导热方向的传热面积面积m2Q Q热流量，单位时间传递的热流量，单位时间传递的热量热量 WW负号表示负号表示 Q与温度梯度方向相反与温度梯度方向相反 FourierFourier定律定律: 1822: 1822年，法国数学家年，法国数学家Fourier Fo
11、urier J.B.J.FourierJ.B.J.Fourier14返回注：傅立叶定律只适用于各向同性材料。注：傅立叶定律只适用于各向同性材料。各向同性材料：热导率在各个方向是相同的各向同性材料：热导率在各个方向是相同的153.什么是导热什么是导热系数（热导率）？系数（热导率）？材料导热系数的一般性质和材料导热系数的一般性质和特点是什么？影响导热系数的因素有哪些？（掌握）特点是什么？影响导热系数的因素有哪些？（掌握）（1）定义式：）定义式：n导热系数导热系数（也称热导率）在数值上等（也称热导率）在数值上等于单位温度梯度于单位温度梯度作用下的热流密度作用下的热流密度。nW/m.K或或W/m.。n
12、表示材料导热能力的大小表示材料导热能力的大小；n数值数值与材料的种类和物理状态有关（组成、结构、密度、温度温度等）；n是一种物性参数；n物质的热导率一般通过实验测定。16n固体固体液体液体气体，金属气体，金属非金属非金属Ag：417Cu：387Au：317H2O：0.5H20.182Air0.026n导热系数导热系数与温度的关系与温度的关系n气体导热系数随温度上升而增加气体导热系数随温度上升而增加；n液体导热系数随温度上升而减少液体导热系数随温度上升而减少；n金属导热系数随温度上升而降低；金属导热系数随温度上升而降低；n非金属导热系数随着温度上升而增大；非金属导热系数随着温度上升而增大；n金金
13、属内含有杂质可大大降低其导热系数属内含有杂质可大大降低其导热系数。n保温材料：国家标准规定，温度低于保温材料：国家标准规定，温度低于350时导热系数小于时导热系数小于0.12W/(m.K)的材料称为保温材料。一般均具有多孔结构的材料称为保温材料。一般均具有多孔结构（2）材料导热系数的一般性质和特点是什么？材料导热系数的一般性质和特点是什么？硅酸铝耐火纤维毡普通型硅酸铝耐火纤维毡普通型：0.15w/m.k，使用温度：，使用温度：100017物质的物质的种类种类数值范围数值范围w/m.k导热机理导热机理的变化的变化趋势趋势备注备注工程材料：工程材料： = 0（1bt）或）或 = 0bt依靠分子依靠
14、分子热运热运动造成动造成彼此彼此间间的碰撞的碰撞介于气体和介于气体和固体之间固体之间自由电自由电子的子的迁移迁移依靠晶格依靠晶格振动振动波迁移波迁移随着温度的随着温度的升高而增加升高而增加随着温度的升高而减小水和甘油除外随着温度的随着温度的升高而增大升高而增大与与压力无关压力无关压力增加，压力增加，也增加也增加合金小于纯合金小于纯金属，金属，且且随温度增随温度增大而大而增大增大随着温度的随着温度的升高而减小升高而减小液体液体0.070.7金属金属12418非金属非金属0.0253.0气体气体0.0060.618（3）影响导热系数的因素有哪些？ 容重和孔隙率：容重和孔隙率： 湿度：湿材料比相应干
15、材料和水的导热系数大湿度：湿材料比相应干材料和水的导热系数大 温度温度: :一般地说一般地说, , 所有物质的导热系数都是温度的函数所有物质的导热系数都是温度的函数, ,不不同物质的导热系数随温度的变化规律不同。同物质的导热系数随温度的变化规律不同。孔隙多，很容易吸收水分孔隙多，很容易吸收水分, , 须防潮须防潮每一种保温材料都有一每一种保温材料都有一个个“最佳容重最佳容重”19v温度温度场：某场：某瞬间，物体内部温度分布情瞬间，物体内部温度分布情况。况。分分稳定温度场：稳定温度场： t/=0，不稳定温度场：不稳定温度场： t/0v如：窑内的温度分布（计算传热如：窑内的温度分布（计算传热学）学
16、）稳态温度场中发生的导热称为稳态导热。稳态温度场中发生的导热称为稳态导热。 如各种热力设备在启动、停机或变工况时的温度场4什么叫温度场、等温面什么叫温度场、等温面、温度梯度温度梯度？ （掌握）（掌握）火焰温度分布工程应用最多工程应用最多20（2 2）等温面）等温面( (线线) ) n 同一时刻同一温度所有点相连组成的曲面或平面同一时刻同一温度所有点相连组成的曲面或平面( (曲曲线线) )n特点：特点：n等温线不能相交等温线不能相交n不能在物体内中断不能在物体内中断n沿等温面（线）没有热流传递沿等温面（线）没有热流传递（3 3）温度梯度：温度随距离的变化率）温度梯度：温度随距离的变化率空间中任何
17、一点不可能同时空间中任何一点不可能同时具有两个不同的温度值具有两个不同的温度值4什么叫温度场、等温面什么叫温度场、等温面、温度梯度温度梯度？ （掌握）（掌握）xy20406080nq/m。n温度梯度是失量，反映温度场在空间的变化特征的物理量温度梯度是失量，反映温度场在空间的变化特征的物理量n正方向沿等温面的法向指向温度增大的一边正方向沿等温面的法向指向温度增大的一边213.1.2基本规律基本规律导热微分方程导热微分方程1如何建立导热微分方程如何建立导热微分方程？（？（了解）了解）2导热微分方程表达式导热微分方程表达式及定解条件有哪些及定解条件有哪些类型？类型？（掌握）掌握）3导热问题如何分导热
18、问题如何分类？（类？（掌握）掌握）4导热微分方程式的讨论？（了解）导热微分方程式的讨论？（了解）5.导热问题求解的一般方法是什么？（了解）导热问题求解的一般方法是什么？（了解）221、如何建立导热微分方程？（了解）、如何建立导热微分方程？（了解）v目的：确定目的：确定导热体导热体内的温度分布内的温度分布 t=f (xt=f (x、y y、z z、) )的规律的规律v理论依据：理论依据：傅里叶定律傅里叶定律 能量守恒定律能量守恒定律v假设：假设： 物体的物体的、C CP P、均为常数均为常数 研究研究的物体是的物体是各向同性的连续介质各向同性的连续介质 存在内热源存在内热源q qv vq qv
19、v-表示单位时间表示单位时间, ,单位控制体内部产生的热量（内热源）单位控制体内部产生的热量（内热源）23导热微分方程的建立（了解）导热微分方程的建立（了解）以以研究区域微六面体为控制体研究区域微六面体为控制体,传热方式只有导热。传热方式只有导热。导入控制体的热量导入控制体的热量+控制体内部产生的热量（内热源）控制体内部产生的热量（内热源）=导出控制体的热量导出控制体的热量+内能量的增量内能量的增量24(3)控控制体内部产生的热量（内热源）制体内部产生的热量（内热源）导热微分方程的建立（了解）导热微分方程的建立（了解）(4)单单位时间控制体内能量增量为位时间控制体内能量增量为利用泰勒级数展开，
20、并忽略高阶导数利用泰勒级数展开，并忽略高阶导数25导热微分方程的建立（了解）当当=congst=congst时时, ,上式可写为上式可写为: :26导热微分方程的表达式（掌握）导热微分方程的表达式（掌握）单位时间内控制体单位时间内控制体的内能的增量的内能的增量（非稳态项）（非稳态项）导热引起导热引起的扩散的扩散内热源内热源导热微分方程导热微分方程描述了物体温度随时间和空间变化的关系描述了物体温度随时间和空间变化的关系27导温系数（热扩散系数）导温系数（热扩散系数）n物理意义：表示物体导热能力与蓄热能力的相对大小。物理意义：表示物体导热能力与蓄热能力的相对大小。n即表即表征物体被加热或冷却时征物
21、体被加热或冷却时，各，各部分温度趋向于均匀部分温度趋向于均匀一致一致的的能能力。力。n导导温系数越大，物体内部各处的温度差别越温系数越大，物体内部各处的温度差别越小。小。n是是研究不稳态导研究不稳态导热的重热的重要物理量要物理量导温系数（热扩散系数）导温系数（热扩散系数）282、导热微分方程的定解条件有哪些？（掌握）、导热微分方程的定解条件有哪些？（掌握）v所谓定解条件是指在微分方程的通解中，能够确定一组特定解的条件，通常包含v初始条件：时间：=0,几何条件t=t(x,y,z)v物性条件：、c和等v边界条件：分为三类n第一类：已知边界上的温度分布温度分布t=t(x,y,z,)n第二类：已知边界
22、上的热流密度热流密度分布及变化n特殊情况：表面绝热，对这种表面：n第三类：已知边界上的对流换热对流换热状况v导热微分方程单值性条件求解导热微分方程单值性条件求解方法方法v 温度场温度场293导热问题是如何分类？（掌握） vv稳定稳定稳定稳定导热导热导热导热v非非稳定导稳定导热：热：v稳稳定导热分有定导热分有内内内内热源热源热源热源vv 无无无无内内内内热源热源热源热源vv一维一维一维一维导热、二维导热、三导热、二维导热、三维导热维导热一维稳定传导传热一维稳定传导传热问题属于本课程的研究范畴304 4、导热微分方程、导热微分方程的的讨论讨论（掌握）（掌握）v为常数时为常数时v不为常数时不为常数时
23、315 5、导热问题求解的一般方法是什么？、导热问题求解的一般方法是什么？（了解）（了解）v选择坐标系并建立导热微分方程选择坐标系并建立导热微分方程；v确定边界条件确定边界条件；v确定微分方程通解确定微分方程通解；v根据边界条件确定特解。根据边界条件确定特解。323.1.3 3.1.3 工程常见导热问题分析工程常见导热问题分析（一维稳定态问（一维稳定态问题）题）v主要内容：v1. 一维稳定无内热源导热问题(通常采用热电模拟法求解)n（1 1）单层单层与与多层复合平壁多层复合平壁问题（掌握）问题（掌握）n（2 2）单层与多层复合圆筒壁）单层与多层复合圆筒壁问题（掌握）问题（掌握）n（3）单层与多
24、层复合球壁问题（了解）n（4）与上述问题近似的实际问题处理方法（了解）v2.一维稳定有内热源导热问题（通常采用微分方程经简化后和傅立叶定律联合法求解）（掌握）33一、无内热源稳态导热问题（掌握）一、无内热源稳态导热问题（掌握）t1t21、单层平壁、单层平壁研究无限大平壁的一维稳态导热研究无限大平壁的一维稳态导热n已知条件：n几何条件：单层平板；n物理条件：、c、已知；无内热源，=constn时间条件：已知t1、t2且t1t2n边界条件：第一类无限大平壁n一维稳定导热t=f(x)n求解（1）平壁内的温度分布关系n（2）通过平壁的热流量。n推导（了解）34第一类边界条件：第一类边界条件：控制方程带
25、入边界条件：带入边界条件：xn（1）平壁内的温度分布关系）平壁内的温度分布关系（2）热流量）热流量： 由傅里叶定律可得由傅里叶定律可得0xtt2t1线性分布热流量与热流量与x x无关，只有在一维稳态无内热源情况才能满足。无关，只有在一维稳态无内热源情况才能满足。35v问题一：v求解某一特定导热问题其完整的数学描述都应包含哪些内容？v边界条件包括哪几类？v问题二：v导热系数不为常数时，其热v流密度如何确定？v温度与x是线性关系吗？复习上堂课内容曲线向上凸曲线向上凸曲线向下凹曲线向下凹36总结：单层平壁无内热源导热问题特征规律（掌握）总结：单层平壁无内热源导热问题特征规律（掌握）（2）不为常数时不
26、为常数时t1t2（1）为常数时：为常数时：温温度分布：度分布：导热量：导热量：37n模拟电位：单元材料的表面(界面)温度n模拟电流：穿过单元材料的热流量Q(W)n模拟电阻：热阻R R t q 热电模拟图热电模拟图采用什么方法求热流量？采用什么方法求热流量？热电模拟法热电模拟法（掌握）掌握）v热流量热阻分析法适用于一维、稳态、无内热源的情况热阻分析法适用于一维、稳态、无内热源的情况382、多层平壁的稳定热传导的特征、多层平壁的稳定热传导的特征规律（掌握）规律（掌握）多层多层平壁热电平壁热电模拟图模拟图123t1t4耐火砖耐火砖建筑砖建筑砖保温砖保温砖串联热阻叠加串联热阻叠加并联总热阻的倒数等于各
27、分热阻倒数并联总热阻的倒数等于各分热阻倒数之和之和问：知道了热流量，如何确定中间各层的壁面温度？问：知道了热流量，如何确定中间各层的壁面温度？39v采用热电模拟法进行求解（先画出热电模拟图，再计算各个热阻值和总热阻.）ABCDEF3、复合平壁导热问题的求解（了解）40例例2-1单层平壁散热问题单层平壁散热问题v设某窑炉的耐火砖壁厚设某窑炉的耐火砖壁厚0.5m，内壁温度为，内壁温度为1000；外壁面温度为；外壁面温度为0，耐火砖的导热系数，耐火砖的导热系数 =1.16 (1+0.001t)W/m.。v试试求通过炉壁的热流求通过炉壁的热流q。v解：v(1) 计算 v(2) 计算 W/m.v(3)由
28、平壁无内热源导热现象特征规律可得由平壁无内热源导热现象特征规律可得kW/m241例例2-2多层平壁散热问题多层平壁散热问题v设有一窑墙，用粘土砖和红砖两种材料砌成，厚度均为设有一窑墙，用粘土砖和红砖两种材料砌成，厚度均为230mm窑墙内表面温度为窑墙内表面温度为1200；外表面温度为；外表面温度为100，粘土砖导热，粘土砖导热系数系数 1=0.835+0.00058tW/m.，红砖导热系数，红砖导热系数 2=0.467+0.00051tW/m.,红砖的使用温度为红砖的使用温度为700以下。试以下。试求通过窑墙的热损失求通过窑墙的热损失q，红砖在此条件下能否使用？，红砖在此条件下能否使用？v分析
29、v困难：采用热电模拟法求解，需要先求平均温度下的导热系数，然而交界面处的温度却是未知的.此题可精算也可采用试算法。粘土砖红砖1200100？42v解：v(1) 计算平均温度 v(2) 计算平均导热系数 W/m.v(3) 计算各个热阻 / W粘土砖红砖1200100？v假设交界面温度为600W/m.R1R2/ W43v(4)由热电模拟原理可得（W）（W/m2）(5)校验交界面温度(6)与前次计算值相差较大则以最新计算值为假定交界面温度重复（1）（5）直至合乎精度要求。v第二次计算R1R2（W/m2）（ ）v第三次计算 （W/m2）（ ）此即为最终结果，说明在此条件下红砖不能使用。返回返回44n与
30、平壁不同处在于：圆筒壁的传热面积不是常量，随半径而变，同时温度也随半径而变。 以预热器单层圆筒壁为例以预热器单层圆筒壁为例以预热器单层圆筒壁为例以预热器单层圆筒壁为例4、圆筒壁的稳定导热圆筒壁的稳定导热n 假设：设半径分别为假设：设半径分别为r1，r2，圆筒壁面圆筒壁面的温度分别为的温度分别为t1和和t2，且，且t1t2;=const;n稳定温度场，无内热源。稳定温度场，无内热源。n假设单管长度为L，圆筒壁的外半径小于长度的1/10，认为是无限长的圆筒壁。求求（1）圆筒壁内的温度分布）圆筒壁内的温度分布（2）通过圆筒壁的传热量）通过圆筒壁的传热量n推导（了解）：推导（了解）：45（1 1）单）
31、单层圆筒壁的导热层圆筒壁的导热一维、稳态、无内热源、常物性，柱坐标下导热微分方程的简化式：(a)n圆筒壁内的温度分布：第一第一类边类边界界条件：条件：对对对对数曲线分布数曲线分布数曲线分布数曲线分布46n 圆筒壁内热流量的计算公式圆筒壁内热流量的计算公式（掌握）（掌握）虽然稳态传热，但热流密度与半径 r 成反比！Rt导导热热阻热热阻单位管长的热流量：单位管长的热流量：47 （2）多多层圆筒层圆筒壁热流量的计算（掌握）壁热流量的计算（掌握）画热电模拟图推出3层圆筒壁的导热量计算公式48v例3-3：某热风管道，内径d185mm，外径d2100mm，管道材料导热系数为158w/mK，内表面温度t11
32、50，现拟用玻璃棉保温（2=0.0526w/mK），若要求保温层外壁温度不高于40，允许的热损失为QL52.3w/m，试计算玻璃棉保温层的最小厚度。v解：v依题意有：圆筒壁导热计算举例圆筒壁导热计算举例 49即： d30.02m即玻璃棉保温层最小厚度为（d3d2）2（200100）250mm。505、球壁的稳定导热（了解）球壁的稳定导热（了解）温度分布温度分布热流密度热流密度热流量热流量热阻热阻51求解方法：求解方法： 热电模拟法热电模拟法可解决的典型工程问题可解决的典型工程问题散热问题散热问题（操作计算问题）（操作计算问题）测定导热系数测定导热系数（性能问题）（性能问题）保温层厚度问题保温层
33、厚度问题（设计计算问题）（设计计算问题）换热面计算换热面计算（设计计算问题）（设计计算问题）v无内热源问题特征规律总结（掌握）525.通过接触面的导热接触热阻(Thermalcontactresistance）l 当当q q不不变变时时，接接触触热热阻阻 r rc c较较大大时时，必必然在界面上产生较大温差。然在界面上产生较大温差。l 当当t t不不变变时时，q q必必随随r rc c 的的增增大大而而下下降降；即即使使接接触触热热阻阻 r rc c 不不是是很很大大，若若热热流流量量很很大，界面上的温差是不容忽视的大，界面上的温差是不容忽视的，例例接触热阻：在多层壁的导热中，由于接触面不可能
34、绝对平整和光滑，实际接触面积较宏观接触面积小，接触面之间存在间隙，这就形成了附加热阻，称为接触热阻。53影响接影响接触热阻触热阻的因素有哪些？的因素有哪些？（1）固体表面的粗）固体表面的粗糙度：糙度：Rc （3）接触面上的挤压压力）接触面上的挤压压力（2）接触表面的硬度匹配）接触表面的硬度匹配（4）空隙中的介质的）空隙中的介质的性质性质（ ）：）：Rc 在实验研究与工程应用中，消除接触热阻很重要在实验研究与工程应用中，消除接触热阻很重要间隙间隙Rc （5）温度：）温度：tRc 54二、有内热二、有内热源的导源的导热问题（由例题说明）热问题（由例题说明）n求求解解方法方法采采用导热问题的一般求解
35、用导热问题的一般求解方法方法n选选择坐标系和控择坐标系和控制体制体n建建立导热微分立导热微分方程方程n确确定边界定边界条件条件n确确定微分方程定微分方程通解通解n根根据边界条件确定特解据边界条件确定特解55例例3-4混凝土浇注问题混凝土浇注问题圆筒壁问题圆筒壁问题某某桥桥梁梁施施工工队队欲欲浇浇筑筑直直径径为为2m的的混混凝凝土土桥桥墩墩，浇浇注注后后桥桥墩墩表表面面温温度度维维持持在在20，而而中中心心温温度度不不得得超超过过50，否否则则因因热热应应力力过过大大造造成成桥桥墩墩产产生生裂裂纹纹，为为此此应应控控制制选选用用水水化化热热较较低低的的水水泥泥，试试问问此此时时所所选选用用的的水
36、水泥泥水水化化热热应应控控制制在在多多少少范范围围内内？混混凝凝土土导导热系数为热系数为1.5w/m.解：解：（1）选择坐标系、控）选择坐标系、控制体，如图制体，如图xy（2）建立有内热源控制体内微分方程）建立有内热源控制体内微分方程56xy（3）求微分方程通解）求微分方程通解（4）确定积分常数）确定积分常数由对称性条件由对称性条件由57xyw/m3欲满足条件，即欲满足条件，即58例例3-5电热器的设计问题电热器的设计问题平壁问题平壁问题 某某设设计计人人员员设设计计了了一一水水箱箱底底部部装装一一板板式式电电热热器器，电电热热器器由由A、B、C三层材料构成，如图所示，有关参数三层材料构成，如
37、图所示，有关参数如下如下A：电电热热材材料料，使使用用温温度度400 A=50mm， A=75W/m.，qs=1.5MW/m3B：电绝缘材料：电绝缘材料，使用温度，使用温度200， B=20mm， B=150W/m.，与水的对流换热量与水的对流换热量q2=h(t2-t水水），），其中其中h=1000W/m2.，t水水=100C：绝热材料，使用温度：绝热材料，使用温度400试问：该电热器能正常工作吗？试问：该电热器能正常工作吗？ABC水59ABCt0t1t2分分析析：该该问问题题属属于于多多层层平平壁壁有有内内热热源源一一维维稳稳定定导导热热问问题题，电电热热模模拟拟法法无无法法采采用用，需需使
38、使用用传传热热问问题题的的一一般般方方法求解法求解解：（1）选择坐标系、控制体、控制面）选择坐标系、控制体、控制面（2）标出通过控制面的热流方向如右图）标出通过控制面的热流方向如右图qsq1q2xy（3）建立能量守恒关系式：）建立能量守恒关系式：Aqs= q1（4）建立有内热源控制体内微分方程）建立有内热源控制体内微分方程60（5）确定边界条件）确定边界条件ABCxqsq0q1q2t0t1t2y（6）求解微分方程的通解）求解微分方程的通解属于第三类边界条件属于第三类边界条件61（7）确定通解中的积分常数）确定通解中的积分常数ABCxqsq0q1q2t0t1t2y62 作业195：教材：2-15
39、2-162-192-20补充一：某平壁燃烧炉由一层1100mm的耐火砖和260mm厚的普通砖砌成，其热导率分别为11.0W/（mK）和20.6W/（mK）。操作稳定后，测得炉内壁温度tw1700，外表面温度tw3100。为减少热损失，在普通砖的外表面加一层厚330mm，热导率30.03W/（mK）的保温材料。待操作稳定后，又测得炉内壁温度为tW1800，外表面温度为tw470。保持原有两层材料的热导率不变，试求：（1）加保温层后热损失比原来减少百分之几？（2）加保温层后各层的温度差和热阻。63思考题：1、掌握傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义。2、掌握导热系数的物理意义，掌握导热系数的一般特征。3、温度场,等温面,等温线，温度梯度的概念。4、掌握导热微分方程的表示方法及定解条件。5、掌握一维稳定导热的微分方程的表达式6、掌握使用热阻概念,对通过单层和多层平板,圆筒壁面的一维导热问题的计算方法。7、掌握无内热源的导热（平壁和圆筒壁）计算，理解有内热源的计算。8、掌握接触热阻的概念和影响因素64
