【正文】 t2=80℃ bt1=200℃ 5. 2 熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱 Conduction） 例 42有一蒸汽管外徑為 25mm， 管外包以兩層保溫材料 ， 每層厚均為 25mm。冷側(cè)表面用水夾套冷卻 ， 使表面溫度維持在 t2＝ 80℃ 。 當(dāng) r2/ r1 2時(shí) ， 可以改用算術(shù)平均值 ，即取 rm= （ r2+ r1） /2。 上式 λ為常數(shù) ， 所以平壁內(nèi)的溫度分布為一直線；若導(dǎo)熱系數(shù)與溫度有關(guān) ， 則溫度分布又是怎樣的？ t x x dx t1 t2 t1 t2 α 0 α0 平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) （ 2）多層平壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo) t2 t x t1 1?2 3?t3 t4 1b23b圖 57 多層平壁的熱傳導(dǎo) AttAttAttQ334322321121?????????????????????31313141iiiii ii RtAbtt總阻力總推動(dòng)力?應(yīng)用合比定律，得 推廣到 n層平壁 ??????????? niiniini iinRtAbtt11111總阻力總推動(dòng)力?（ 56） 平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 從上式可以看出，通過多層壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)，傳熱推動(dòng)力和熱阻是可以加和的； 總推動(dòng)力等于各層推動(dòng)力之和，總熱阻等于各層熱阻之和 。 在相當(dāng)大的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，壓強(qiáng)對氣體的 熱導(dǎo)率 無明顯影響。 λ=λ0（ 1+αt） 式中 λ、 λ0——固體分別在溫度 t、 273K時(shí)的熱導(dǎo)率， W/(m? K)。溫度不同的等溫面不可能相交，為什么？ n q tt ?? tt ??t圖 51 溫度梯度與熱流 方向的關(guān)系 ntntn ??????? 0li m（ 2）溫度梯度 兩等溫面的溫度差Δt與其間的垂直距離 Δn之比在 Δn趨于零時(shí)的極限，即 傅立葉定律（ Flourier’ s law） （ 3）傅立葉定律 傅立葉定律是用以確定在物體各點(diǎn)間存在溫度差時(shí)，因熱傳導(dǎo)而產(chǎn)生的熱流大小的定律。 以上三種傳熱方式往往是相互伴隨著同時(shí)出現(xiàn)。 概述 傳熱過程的分類 根據(jù)冷熱兩種流體的接觸方式 （ 1）直接接觸式傳熱（混合式傳熱） 熱水 空氣 填料 涼水塔示意圖 （ 2）間壁式（間接接觸式）傳熱 t2 冷流體 t1 T1 熱流體 T2 套管換熱器中的換熱 冷流體 t 熱流體 T 間壁 Q 對流給熱 對流給熱 導(dǎo)熱 根據(jù)冷熱兩種流體的接觸方式 冷流體 t 熱流體 T 間壁 Q 對流給熱 對流給熱 導(dǎo)熱 ① 熱量由熱流體靠對流傳熱傳給金屬壁的一側(cè)（對流給熱）； ②熱量自管壁一側(cè)以熱傳導(dǎo)的形式傳至另一側(cè)（導(dǎo)熱）； ③ 熱量以對流傳熱的方式從壁面的另一側(cè)傳給冷流體（對流給熱）。 （ 3）蓄熱式傳熱 冷流體 熱流體 熱流體 冷流體 固體填充物 蓄熱器示意圖 根據(jù)傳熱的基本原理 （ 1）熱傳導(dǎo) 熱量從物體內(nèi)溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分或傳遞到與之接觸的溫度較低的另一物體的過程稱為 熱傳導(dǎo) ，簡稱 導(dǎo)熱 。 . 2 傳熱基本概念 （ 1）傳熱速率 單位時(shí)間內(nèi)通過傳熱面?zhèn)鬟f的熱量 Q（ W）； （ 2）熱通量 單位時(shí)間、單位傳熱面積上傳遞的熱量 q（ W/m2）； （ 3）非定態(tài)、定態(tài)傳熱過程 t =f（ x， y， z， θ）溫度不僅與空間位置還與時(shí)間有關(guān)，為非定態(tài)傳熱； t =f（ x， y， z）溫度只與空間位置有關(guān)與時(shí)間無關(guān)，為定態(tài)傳熱。單位時(shí)間內(nèi)，單位傳熱面積上傳遞的熱量即熱通量與溫度梯度成正比， 熱導(dǎo)率， W/m?℃ ntAQ???? ?傳熱速率不僅與溫度梯度成正比，還與傳熱面積成正比，即 ntq???? ?（ 53） 熱導(dǎo)率 ntq???? ?ntq?????物理意義 ：溫度梯度為 1時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的傳熱量，在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量， λ 越大，導(dǎo)熱性能越好。 α——溫度系數(shù)，對大多金屬材料為負(fù)值，大多非金屬 材料為正值， 1/K。一般情況下氣體 λ = f ( t )， t↑, λ↑。 ? ? ? ? ? ?321332211433221::::::RRRAbAbAbtttttt???????? 此式說明，在多層壁導(dǎo)熱過程中， 哪層熱阻大，哪層溫差就大；反之，哪層溫差大，哪層熱阻一定大 。 熱阻為： m122lnAblrrR????????????? 圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) （ 2） 多層圓筒壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo) t2 t1 1?2 3?t3 t4 1b23b圖 59 多層圓筒壁的熱傳導(dǎo) r1 r2 r3 r4 ? ?1m11211AbttQ???? ?2m22322AbttQ???? ?3m33433AbttQ??? ? ?3m332m221m1141AbAbAbttQ?????????????? ???ni iiinninlrrttAbtt11111 1m11112)ln(???推廣到 n層圓筒壁 5. 2 熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱 Conduction） 例 41如圖所示用定態(tài)平壁導(dǎo)熱以測定材料的導(dǎo)熱系數(shù) 。 電加熱器的功率為 。 外層與內(nèi)層保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)之比為 λ2/λ1=5， 此時(shí)的熱損失為 Q。 規(guī)定：冷流體溫度用 t表示 ， 熱流體溫度用 T表示， 下標(biāo) 1， 2分別代表 進(jìn)口 與出口 參數(shù) ， ms1， ms2分別表示 熱流體 、 冷流體 的質(zhì)量流量 。 T TW tW t 熱流體 冷流體 δ t 金屬壁 δ t 圖 512 熱、冷流體通過間壁 傳熱過程示意 t39。 對流給熱 T2 T1 t1 t2 T t dl 圖 511 套管換熱器示意 熱流體傳給管壁的熱流量： ? ?3322223d1dd RtATTTTAQ WW????????間壁熱傳導(dǎo)的導(dǎo)熱量： ? ?22mWWWWm2dddRtAbtTtTAbQ ???????? 對流給熱 熱流體傳給管壁的熱流量： ? ?3322223d1dd RtATTTTAQ WW????????間壁熱傳導(dǎo)的導(dǎo)熱量： ? ?22mWWWWm2dddRtAbtTtTAbQ ????????管壁傳給冷流體的熱流量： ? ?1111WW111d1d RtAttttAQ ???????? 總傳熱速率方程 間壁兩側(cè)流體的傳熱在穩(wěn)定情況下，熱流體對流給熱、間壁導(dǎo)熱、冷流體的對流給熱速率相等，即： dddd 321 ??????????????????RtTAKtTAAbAtTAttAbtTATTQd1d1dd1d1dd1d11m2211WmWW22W??????令 AKAAbA d1d1dd122m11??? ???總熱阻 ? ?tTAKQ ?? dd總傳熱速率方程 局部（微元管段）的總傳熱系數(shù)， W?m2?℃ 1 ? ?tTAKQ ?? 總傳熱速率方程 工程計(jì)算中，按某一定性溫度 → 確定物性參數(shù) →計(jì)算 α→將 α看作常數(shù) →求得 K也是常數(shù) →求出 Tt的平均值 →沿全部傳熱面積分得 mtKAQ ??總傳熱速率方程 （傳熱基本方程） Q —— 換熱器單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量， W； A —— 換熱器的傳熱面積， m2； K —— 換熱器的總傳熱系數(shù)， W?m2?℃ 1 或 W?m2?K1 ； Δ tm —— 冷熱流體溫度差的平均值， ℃ 或 K?？倐鳠嵯禂?shù) K值數(shù)值范圍見表 55。 總傳熱系數(shù) ① 換熱器結(jié)垢嚴(yán)重時(shí) ， 必須設(shè)法減小污垢的熱組 ， 如減慢污垢生成的速率或及時(shí)清除污垢 ， 就成為主要考慮的方面 。 因此要提高 K值關(guān)鍵在于提高較小的一個(gè) α值。 （ 1） 試分別計(jì)算并流和逆流時(shí)的平均溫度差 。 此外 ， 傳熱的好壞 ， 除 Δtm的大小外 ， 還應(yīng)考慮影響 K的多種因素及換熱器結(jié)構(gòu)方面的問題 。 四管程 平均溫度差 Δ tm 的計(jì)算 （ 1）簡單折流（單殼程多管程的流動(dòng)，殼程無折流擋板） 換熱器中的管子總數(shù)不變，總傳熱面積不變，在封頭中設(shè)置隔板改造成多管程；每一管程中的管數(shù)減?。蝗缦卤韺喂艹谈臑殡p管程一些參數(shù)的變化情況： 單管程 多管程 總管數(shù) n n 每程管數(shù) n n/2 管內(nèi)流速 總傳熱面積 ndVs24?242 ndVs?dLn? dLn? 平均溫度差 Δ tm 的計(jì)算 簡單折流 ： 12折流 、 14折流 、 16折流 、 13折流都稱為簡單折流 （ 一邊流體反復(fù)作折流 ， 另一邊流體只沿一個(gè)平行方向流動(dòng) ， 使兩邊流體間有并流與逆流交替出現(xiàn) ） 。 （ 4） 若蒸汽冷凝于殼程 ， 由于蒸汽本身的對流給熱系數(shù)很大 ， 所以殼程安裝擋板的距離比一般的換熱器要大 ，且擋板間應(yīng)有冷凝水的排放口 。 對層流而言 ， 整個(gè)流體均處于層流狀態(tài)；而湍流流體中只有層流底層處于層流狀態(tài)；所以湍流情況下傳熱效果大于層流狀態(tài) ， 且湍動(dòng)程度越大 ， 層流底層越薄 ， 對流給熱系數(shù)越大 。 （ 4） 傳熱面形狀 、 大小 、 位置及流通截面 ， 是否發(fā)生相變等 流通截面及形狀 （ 圓管 、 套管環(huán)隙 、 翅片管 、 單管 、 管束 、 板 、 彎管 ） 管子排列方式 （ 三角形 、 正方形 ） 位置 （ 水平 、 垂直 ） 大小 （ 短管 、 長管 ） 相變 （ 無相變 、 沸騰 、 冷凝 ） 對流給熱系數(shù)的影響因素 補(bǔ)充：自然對流環(huán)流流速 adLbc流動(dòng)的推動(dòng)力為密度不同引起的靜壓差，則 TLTTLggLTgLgppgpgu ????? ??????????????????112ad2TgLu ???液體的密度隨溫度變化的關(guān)系式如： ? ?T???? ??? 1緊靠壁面處密度（溫度高時(shí)） ΔT =T 39。 ② 數(shù)值法：數(shù)值求解法是將給熱的偏微分方程離散化 ，用代數(shù)方法進(jìn)行求解而得到給熱系數(shù)和給熱速率的方法 。 根據(jù)以上定義可以得到最終的關(guān)聯(lián)式： gef GrKNu PrRe?討論： ① 根據(jù)不同的對流給熱過程 ， 由實(shí)驗(yàn)確定系數(shù) K及指數(shù) f、e、 g值；如強(qiáng)制對流 、 自然對流 、 沸騰給熱 、 冷凝給熱等； ② 強(qiáng)制對流時(shí) ， Gr一般可忽略 ， 即 Nu= f (Re,Pr