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热传导机理 气体:温度不同的相邻分子相互碰撞,造成热量传递。 液体:分子间作用力较强,由相邻分子振动导致热传递。 固体:相邻分子的碰撞或电子的迁移。 4.2.1 基本概念和傅立叶定律 ( 1 )温度场 所研究的具有一定温度分布的空间范围。 4.2 热传导(导热) 在温度差的驱动下,通过分子相互碰撞、分子振动、电子.

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Παρουσίαση με θέμα: "热传导机理 气体:温度不同的相邻分子相互碰撞,造成热量传递。 液体:分子间作用力较强,由相邻分子振动导致热传递。 固体:相邻分子的碰撞或电子的迁移。 4.2.1 基本概念和傅立叶定律 ( 1 )温度场 所研究的具有一定温度分布的空间范围。 4.2 热传导(导热) 在温度差的驱动下,通过分子相互碰撞、分子振动、电子."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 热传导机理 气体:温度不同的相邻分子相互碰撞,造成热量传递。 液体:分子间作用力较强,由相邻分子振动导致热传递。 固体:相邻分子的碰撞或电子的迁移。 基本概念和傅立叶定律 ( 1 )温度场 所研究的具有一定温度分布的空间范围。 4.2 热传导(导热) 在温度差的驱动下,通过分子相互碰撞、分子振动、电子 的迁移传递热量的过程。 稳态温度场: 非稳态温度场:

2 t / ℃ τ6τ6 τ4τ4 τ3τ3 τ2τ2 τ1τ1 τ7τ7 τ8τ8 τ0τ0 l / m τ i -时间 导 热 过 程 示 意 图导 热 过 程 示 意 图

3 法向 等温面 等温面、温度梯度与热流方向 ( 2 )描述温度场特性的几个参数 ① 等温面 具有相同温度的点组成的面 特点:等温面上各点温度相等, 等温面不会相交。 ② 温度梯度 沿等温面法线方向的温度变化率。 方向:沿温度增高方向为正,且与等温面垂直。

4 ( 3 )热流量 Φ 单位时间内所传导的热量, w 。 ( 4 )傅立叶定律 λ :热导率, w/ ( m  K ), w/ ( m  ℃); A :传热面积, m 2 ,垂直于热流方向的面积; 负号: Φ 与 方向相反 ( 热流量从高温向低温 ) 。 热流密度: 表明:

5 4.2.2 热导率 说明: ● 物性参数,标志物质导热性能; ● 影响因素: λ=f( 材料,结构,温度,湿度,压强 ) ; ● 来源:实验方法测定 ,工业上常见物质的热导率可 从有关手册中查得。 定义式 :

6 8 几种气体的导热率 t / ℃ λ×10 2 /(Wm -1 ℃ - 1 ) 1 -水蒸气 2 -氧气 3 -二氧化碳 4 -空气 5 -氮气 6 -氩气 几种气体的热导率:

7 各种液体的导热率 水 λ×85.98/(Wm -1 ℃ - 1 ) t / ℃ λ H 2 O ×85.98/(Wm -1 ℃ - 1 ) -无水甘油 2 -蚁酸 3 -甲醇 4 -乙醇 5 -蓖麻油 6 -苯胺 7 -醋酸 8 -丙酮 9 -丁醇 10 -硝基苯 11 -异丙苯 12 -苯 13 -甲苯 14 -二甲苯 15 -凡士林油 几种液体的热导率:

8 物质热导率的大致范围 物质种类 热导率 纯金属 100~1400 金属合金 50~500 液态金属 30~300 非金属固体 0.05 ~50 非金属液体 0.5~5 绝热材料 0.05~1 气体 0.005~0.5

9 不同物质随温度变化的一般规律 固体:

10

11 4.2.3 平壁的稳态热传导 (1) 单层平壁的稳态热传导 条件:平壁、一维稳态导热 (x 方向 ) ; 内容:热流量计算、温度分布 。 对平壁做热量衡算: 对稳态传热: b x1x1 x2x2 t x t1t1 t2t2 单层平壁的稳态热传导 Φ

12 ① 热导率为常数 热流量:

13 t2t2 t1t1 x/ m t/ ℃ 单层平壁导热温度分布 Φ 平壁内的温度分布: 即:沿壁厚方向,温度分布为一直线。 ② 热导率和温度有关 方法 1 :

14 平壁内的温度分布: 方法 2 :把 λ → λm ,按 λ 为常数处理, 即: λ=f(t) 时,沿壁厚方向,温度分布为非线性。

15 t/ ℃ x/m 单层平壁导热的热流量与壁内的温度分布

16 λ 对温度分布的影响

17 x/ m t2t2 t1t1 t/ ℃ t2t2 t3t3 t4t4 多层平壁稳态导热温度分布 Φ (2) 多层平壁的稳态热传导 条件:多层平壁一维稳态导热 (x 方向 ) 。 则:

18 4.2.4 长圆筒壁的稳态热传导 L/d >10 ,可按一维导热处理。 与平壁稳态热传导相比, 相同点:一维稳态导热, Φ= 常数 r1r1 r2r2 t1t1 t2t2 λ 单层圆筒壁的导热

19 不同点: ① 热流方向(径向); ② 传热面积沿径向不同 (1) 计算热流量 ① 单层圆筒壁 沿径向取一小薄层,由傅立叶定律: ③ r1r1 r2r2 t1t1 t2t2 λ 单层圆筒壁的导热

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21 ② 多层圆筒壁

22 r1r1 r2r2 r3r3 r4r4 t1t1 t2t2 t3t3 t4t4 λ1λ1 λ2λ2 λ3λ3 多层圆筒壁的导热 (2) 圆筒壁内温度分布 可由傅立叶定律得出: 即:沿半径方向,温度分布为非线性。 圆球壁的稳态热传导 与圆筒壁一维稳态导热类似, 利用傅立叶定律推出:

23 r1r1 r2r2 r r1r1 r r2r2 dr 单层球壁导热温度分布 t1t1 t2t2 t 温度分布:非线性 热流量: 说明:对多层紧密接触的球壁, 总温度差为各层温度差之和 总的热阻为各层热阻之和。


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