导热理论-热传导原理
传热学第七版知识点总结
传热学第七版知识点总结●绪论●热传递的基本方式●导热（热传导）●产生条件●有温差●有接触●导热量计算式●重要的物理量Rt—热阻●热对流●牛顿冷却公式●h—表面传热系数●Rh—既1➗h—单位表面积上的对流传热热阻●热辐射●斯蒂芬—玻尔茨曼定律●黑体辐射力Eb●斯蒂芬—玻尔茨曼常量（5678）●实际物体表面发射率（黑度）●传热过程●k为传热系数p5●第一章：导热理论基础●基本概念●温度场●t=f（x，y，z，t）●稳态导热与非稳态导热●等温面与等温线（类比等高线）●温度梯度●方向为法线●gradt●指向温度增加的方向●热流（密度）矢量●直角坐标系●圆柱坐标系●圆球坐标系●傅里叶定律●适用条件：各向同性物体●公式见p12●热导率●注意多孔材料的导温系数●导热微分方程式●微元体的热平衡●热扩散率●方程简化问题p19●有无穷多个解●导热过程的单值性条件●几何条件●物理条件●导热过程的热物性参数●时间条件●也叫初始条件●边界条件●第一类边界条件●已知温度分布●第二类边界条件●已知热分布●第三类边界条件●已知tf和h●第二章：稳态导热●通过平壁的导热●第一类边界条件●温度只沿厚度发生变化，H和W远大于壁厚●第三类边界条件●已知tf1和2，h1和2●通过复合平壁的导热●具有内热源的平壁导热●通过圆筒壁的导热●公式见p37●掌握计算公式及传热过程●掌握临界热绝缘直径dc●通过肋壁的导热●直肋●牛顿冷却公式●环肋●肋片效率●通过接触面的导热●了解接触热阻Rc●二维稳态导热●了解简化计算方法●形状因子S●第三章：非稳态导热●非稳态导热过程的类型和特点●了解过程●了解变化阶段●无限大平壁的瞬态导热●加热或冷却过程的分析解法●表达式及物理意义●傅立叶数Fo●毕渥准则Bi●集总参数法●应用条件●见课本p69●物理意义●见课本p70●半无限大物体的瞬态导热●其他形状物体的瞬态导热●周期性非稳态导热●第四章：导热数值解法基础●建立离散方程的方法●有限差分法●一阶截差公式p91●控制容积法●根据傅立叶定律表示导热量●稳态导热的数值计算●节点方程的建立●热平衡法●勿忽略边界节点●非稳态导热的数值计算●显式差分●勿忽略稳定性要求●隐式差分●第五章：对流传热分析●对流传热概述●流动的起因和状态●起因●自然对流●受迫对流●流速快强度大h高●状态●层流●紊流●采用较多●流体的热物理性质●热物性●比热容●热导率●液体大于气体●密度●黏度●大了不利于对流传热●液体●温度越高黏度越低●气体●温度越高黏度越大●定性温度●流体温度●主流温度●管道进出口平均温度●容积平均温度●壁表面温度●流体温度与壁面温度的算数平均值●流体的相变●相变传热●传热表面几何因素●壁面形状●长度●定型长度l●粗糙度●流体的相对位置●外部流动●外掠平板●外掠圆管及管束●内部流动●管内流动●槽内流动●对流传热微分方程组●对流传热过程微分方程式●见课本p116公式5-2●第一类边界条件●已知壁温●第二类边界条件●已知热流密度q●连续性方程●质量流量M的概念●p117公式5-3●二维常物性不可压缩流体稳态流动连续性方程●动量守恒微分方程式●动量守恒方程式●p118公式5-4●N- S方程●注意各项的含义●能量守恒微分方程式●四种热量●导热量●热对流传递的能量●表面切向应力对微元体做功的热（耗散热）●内热源产生的热●方程式p119公式5-5●边界层对流传热微分方程组●流动边界层●层流边界层●紊流边界层●层流底层（黏性底层）●会画分布规律●热边界层●也称温度边界层●会画分布规律●数量级分析与边界层微分方程●普朗特数Pr的概念●外掠平板层流传热边界层微分方程式分析解简述●熟记雷诺准则●努谢尔特数Nu含义●动量传递和热量传递的类比●两传类比见p132内容较多●动量传递●掌握雷诺类比率●热量传递●掌握柯尔朋类比率●相似理论基础●三个相似原理●同类物理现象●同名的已定特征数相等●单值性条件相似●初始条件●边界条件●几何条件●物理条件●对流传热过程的数值求解方法简介p145 ●第六章：单相流体对流传热●会用准则关联式计算h●p162例题●确定定性温度，定型尺寸●查物性参数计算Re●附录2●选择准则关联式●p160公式6-4●第七章：凝结与沸腾传热●凝结传热●形成和传热模式的不同●珠状凝结●膜状凝结●了解影响因素●了解关联式的应用●沸腾传热●了解换热机理●掌握大空间沸腾曲线●影响因素●计算方法●热管●了解工作原理●第八章：热辐射的基本定律●基本概念●理解●热辐射的本质●热辐射的特点●掌握概念●黑体●灰体●漫射体●发射率●吸收率●热辐射的基本定律●重点掌握●维恩位移定律●斯蒂芬-玻尔兹曼定律●基尔霍夫定律●漫灰表面发射率等于吸收率●第九章：辐射传热计算●任意两黑表面之间的辐射换热量●角系数●用代数法进行计算●空间热阻●封闭空腔法●三个黑表面之间的辐射换热●掌握热阻网格图●灰表面间●辐射换热●基尔霍夫定律计算●掌握三个灰表面●有效辐射●掌握概念●表面热阻●绝热面重辐射面●遮热板工作原理及应用●气体辐射特点●第十章：传热和换热器●通过肋壁的传热●了解计算方法●复合传热时的传热计算●传热的强化和削弱●了解措施●换热器的形式和基本构造●了解分类●平均温度差●掌握LMTD方法●换热器计算●对数平均温差法●掌握传热单元数法p305 ●换热器性能评价简述。
热交换公式
热交换公式热交换，又称热传导，是一种让物体的能量在量级上迁移的物理现象。
它指的是两个物体通过相邻的介质（如空气）将能量传导到对方的过程。
如果这些物体之间没有其他介质，他们之间也可以通过直接接触来进行热交换。
热交换是由温度及其物理性质（如热导率）所决定的，它涉及到多种不同的热学理论，从复杂数学理论到简单的公式。
在热学原理上，热交换可以用热量传输（热导率）和热流密度的方程来表达，这可以用克莱姆-柯西公式来描述：Q = UADT，其中Q 是热量，U是热导率，A是两个物体之间的表面积，DT是温差。
这个公式能够用来估算热交换的效率，从而可以预测两个物体之间所需要传输的热量。
另一个热交换的公式是伦理斯特公式，它包含了热量传输系数，它是由两个物体之间空气层厚度和空气导热系数组成的，它可以用来计算空气中传输热量的速度。
热通量也是热交换过程中重要的概念。
它是指给定单位时间内从一个物体向另一个物体传输的热量总量。
这个公式可以写成：q = UAT，其中q是热通量，U是热导率，A是两个物体之间的表面积，DT是温差。
该公式的意义在于，它可以用来评价热交换过程中面积传输热量的速度。
当计算热通量时，还要考虑空气层。
这是指在空气中传输热量时，空气层会影响热交换的速度。
如果空气层较厚，热交换的速度就会变慢，而如果空气层较薄，热交换的速度又会快很多。
另外，在热交换中也有一类叫做“热传播”，它是指热量通过一种非物理介质（如电磁场）来传输的一种热交换。
它的公式为：q =σAT，其中q是热通量，ε是空气层的介电常数，σ是热导系数，A 是两个物体之间的表面积，DT是温差。
总之，热交换是一种重要的物理现象，它决定着能量在物体之间的传输。
上述公式可以用来估算和预测热交换过程，从而更好的调整物体之间的温差。
虽然它很复杂，但我们只要正确地理解其原理，就能够更好地应用于实际研究中。
热传递原理的发现过程
热传递原理的发现过程
热传递原理的发现过程可以追溯到18世纪初期。
以下是一些重要的发现和实验：
1. 纳热（Joseph Black，1761年）：尼格尔发现了热量在物体中的传递过程，并提出了热传递的概念。
他的实验是将热量源放在一侧的金属棒上，然后观察到热量沿着棒体传递到另一端。
2. 导热（Jean-Baptiste Fourier，1822年）：傅立叶发现了热量在固体中的传递是通过分子之间的碰撞传递的。
他提出了著名的傅立叶热传导定律，描述了热量传递的速率与温度梯度之间的关系。
3. 对流传热（George Gabriel Stokes，1851年）：斯托克斯发现了液体和气体中的热传递是通过流动和对流效应进行的。
他的实验是在液体中加热一个圆柱体，观察到液体发生对流现象，导致热量传递更快。
4. 辐射传热（Gustav Kirchhoff，1859年）：基尔霍夫发现物体的热量还可以通过辐射的方式传递。
他提出了基尔霍夫辐射定律，描述了物体与环境之间的热辐射的关系。
以上是一些重要的发现和实验，帮助人们理解了热传递原理及其不同的机制。
这些发现为热传递研究奠定了基础，也为后来开发热传递应用提供了重要的理论依
据。
1.4-热传导
☼ 固溶体的形成降低热导率，而且取代元素的质量和大小与基质 元素相差愈大，取代后结合力改变愈大，则对热导率的影响愈大。
在杂质浓度很低时，杂 质效应十分显著。所以在接
近 纯 MgO 或 纯 NiO 处 ， 杂 质 含量稍有增加，λ值迅速下 降。随着杂质含量的增加， 这个效应不断减弱。
杂 质 效 应 在 4 73 K 比 1273 K要强。若低于室温，
刚玉和莫来石1000 ℃下热导率与孔隙率 的关系
23
第23页，共24页。
五、实测无机材料的热导率
通常，低温时有较高热导率的材料， 随温度升高，热导率降低；而具有低热 导率的材料正好相反。
BeO, Al2O3和MgO：
经
A 8.51036T 10
验
T 125
公
式 玻璃体： cT d
粘土质耐火砖和保温砖：
第一章 材料的热学性能
1.4 热传导
1
第1页，共24页。
本小节内容
热传导的基本概念和定律
固体材料热传导的微观机理 金属材料热导率的一般规律
影响无机材料热导率的因素 实测无机材料的热导率
2
第2页，共24页。
当固体材料两端存在温度差时，热量会自动地从热端传向冷端的现
象，称为热传导 (Thermal conduction)。
11
第11页，共24页。
固体中辐射传热过程的定性解释：
热稳定状态T1T2 Nhomakorabea吸收
辐射
能量转移
对于辐射线是透明的介质，热阻小，lr较大，如：单晶、玻璃， 在773---1273 K辐射传热已很明显；
对于辐射线是不透明的介质，热阻大，lr很小，大多数陶瓷，一 些耐火材料在1773 K高温下辐射才明显；
传热学 第2章 稳态导热
t t t t c Φ x x y y z z
3、常物性且稳态:
2t 2t 2t Φ a 2 2 2 0 x y z c
如果边界面上的热流密度保持为常数，则 q | w 常数 当边界上的热流密度为零时，称为绝热边界条件
t t qw 0 0 n w n w
18
（3）第三类边界条件 给出了物体在边界上与和它直接接触的流体之 间的换热状况。 根据能量守恒，有：
返回
2.1.1 各类物体的导热机理
气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，高温的气体分子运 动的动能更大 固体：自由电子和晶格振动 对于导电固体，自由电子的运动在导热中起着重要的作用，电的良导 体也是热的良导体 对于非导电固体，导热是通过晶格结构的振动，即原子、分子在其平 衡位置附近的振动来实现的
返回
2.2.2 定解条件
导热微分方程式是能量守恒定律在导热过程中的应用，是一切导热 过程的共性，是通用表达式。 完整数学描述：导热微分方程 + 定解条件 定解条件包括初始条件和边界条件两大类，稳态问题无初始条件 初始条件：初始时刻的状态表示为： =0，t =f (x,y,z)
边界条件： 给出了物体在边界上与外界环境之间在换热上的联系或相互作用
2、推导基本方法：傅里叶定律 + 能量守恒定律 在导热体中取一微元体
进入微元体的总能量+微元体内热源产生的能量-离开微元体的总能量= 微元体内储存能的增加
11
Ein Eg Eout Es
d 时间段内：
Ein Φx Φy Φz d Eiout Φxdx Φy dy Φz dz d
热传导及其在实际应用中的意义
热传导及其在实际应用中的意义热传导是研究热量在物质之间传递的过程，是热学领域的基础概念之一。
它描述了热量如何从温度较高的物体传递到温度较低的物体。
在日常生活和工程实践中，热传导广泛应用于多个领域，包括建筑工程、制冷与空调技术、材料科学等。
本文将探讨热传导的基本原理以及其在实际应用中的重要意义。
热传导的基本原理是热能传递的三种方式之一，这三种方式分别是热传导、热辐射和对流传热。
热传导是指当两个或多个物体处于热接触状态时，热量通过物体内部的几何形状和分子间相互作用的能量传递。
它遵循热能自然由高温区域向低温区域传递的规律，根据热传导定律，热流密度与温度梯度成正比。
在实际应用中，热传导起着至关重要的作用。
首先，在建筑工程领域，热传导的研究对于建筑物的设计和维护至关重要。
了解建筑材料的热导率能够帮助工程师选择合适的材料，以提高建筑物的能效。
例如，在冬季，热传导通过建筑物的外墙导致热量的流失，通过优化墙体结构，选择低热导率的材料，可以减少热能的流失，降低供暖成本。
热传导还对于隔热材料的研发和设计至关重要，如保温材料，它们能够减少热能的传递，提高建筑物的能效。
其次，在制冷与空调技术方面，热传导起着关键的作用。
热传导的研究可以帮助我们了解热量如何在制冷循环中传递，从而提高制冷设备的效率。
例如，冰箱运行时，通过控制冷冻室和制冷室之间的热传导，可以实现冷藏食品的保鲜效果。
同时，热传导的理论也为设计高效的制冷循环提供了依据，如使用合适的制冷剂和绝缘材料来减少能量的损失。
此外，材料科学领域也依赖于对热传导的研究。
热传导对于材料的导热性能和热稳定性起着决定性作用。
了解材料的热传导性质可以帮助我们选择合适的材料来满足特定的工程需求。
在太阳能电池板的研发中，热传导的研究也是关键，因为过高的温度会导致电池效率下降。
通过研究材料的热传导特性，可以提供更高效的电池设计和更可靠的材料选择。
总的来说，热传导在实际应用中具有广泛而重要的意义。
第三章 热量传递的基本原理
2
d T 1 dT + = 0 2 dr r dr
• 导热问题的完整数学描述 无内热源、常物性、稳态一维问题的导热 微分方程 2
由
d t =0 2 dx
得
dt = c1 dx
得
t = c1 x + c2
问题不能确定，需有定解条件： 〈1〉 初始条件：τ = 0 时的温度分布 t τ = 0 =f (x,y,z) 〈2〉 边界条件：边界上的温度分布或换热条 件。
即 边界条件：
x
d 2t =0 2 dx
x = 0 t = t1 ; x = δ t = t 2
数学描述
d 2t =0 2 dx x = 0 , t = t1 x = δ , t =t 2
t = c1 x + c2
c2 = t1
温度分布
c1 =
t 2 − t1
δ
t=
dt dx
t 2 − t1
δ
x + t1
μ↑
Re ↓
h↓
4、换热表面的形状、大小、位置 壁面形状、位置形状(平板,圆管)、位置(横 放、竖放、管内、管外)
5、流体有无相变 有相变（沸腾或凝结），流体温度基本保持不 变，流体与壁面的换热量等于吸收或放出的汽化潜 热。有相变比无相变时换热系数大很多。 珠状凝结比膜状凝结换热系数大得多。
综上所述
动力消耗大
δ ↓ h↑
3、流体的物理性质
流速：V↑ h↑ V=0 无对流 物性－表征物质物理特性的物理量 密度，粘性，热导率，比热等 其他条件相同时，不同的流体换热量不 同，就是因为物性不同
λ的影响：
热传导PPT课件
.
7
.
8
2、声子热导
从晶格格波的声子理论可知，热传导过程 ------声子从高浓度区域到低浓度区域的扩散过程。
热阻：声子扩散过程中的各种散射。
根据气体热传导的经典分子动力学，热传导系数 λ ：
1 c l 3
cV：单位体积气体分子的比热------单位体积中声子的比热； v ：气体分子的运动速度------声子的运动速度； l：气体分子的平均自由程------声子的平均自由程。
热占一定份量，随着温度的上升，热导率略有增大（气体导热）
.
18
2、结构的影响
• 晶体结构越复杂，晶格振动偏离非线性越大，热导率越 低。 • 晶向不同，热传导系数也不一样，如：石墨、BN为层状 结构，层内比层间的大4倍，在空间技术中用于屏蔽材料。 • 多晶体与单晶体同一种物质多晶体的热导率总比单晶小。
—— 翻转过程（声子碰撞）
.
10
• 点缺陷的散射
散射强弱与点缺陷的大小和声子的波长相对大小有关。
点缺陷的大小是原子的大小：
在低温时，为长波，波长比点缺陷
大的多，估计 ： 波长 D a/T
犹如光线照射微粒一样，从雷利公
式知: 散射的几率 1/4 T4,平
均自由程与T4成反比.
在高温时，声子的波长和点缺陷大 小相近似，点缺陷引起的热阻与温 q 度无关。平均自由程为一常数。
➢ 非稳定传热（物体内各处的温度随时间而变化 ） 一个与外界无热交换，本身存在温度梯度的物体，随着时间的 推移温度梯度趋于零的过程，即存在热端温度不断降低和冷端 温度不断升高，最终达到一致的平衡温度。该物体内单位面积 上温度随时间的变化率为：
（ρ为密度，CP为恒压热容）
.
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图4-3 温度梯度与傅里叶定律 第二节 热传导热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。
热传导的机理非常复杂，简而言之，非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的；金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；在流体特别是气体中，热传导则是由于分子不规则的热运动引起的。
4-2-1 傅里叶定律一、温度场和等温面任一瞬间物体或系统内各点温度分布的空间，称为温度场。
在同一瞬间，具有相同温度的各点组成的面称为等温面。
因为空间内任一点不可能同时具有一个以上的不同温度，所以温度不同的等温面不能相交。
二、温度梯度从任一点开始，沿等温面移动，如图4-3所示，因为在等温面上无温度变化，所以无热量传递；而沿和等温面相交的任何方向移动，都有温度变化，在与等温面垂直的方向上温度变化率最大。
将相邻两等温面之间的温度差△t 与两等温面之间的垂直距离△n 之比的极限称为温度梯度，其数学定义式为：n t n t gradt ∂∂=∆∆=lim(4-1) 温度梯度nt ∂∂为向量，它的正方向指向温度增加的方向，如图4-3所示。
对稳定的一维温度场，温度梯度可表示为：xt gradt d d = （4-2） 三、傅里叶定律导热的机理相当复杂，但其宏观规律可用傅里叶定律来描述，其数学表达式为：nt SQ ∂∂∝d d 或 n t S Q ∂∂-=d d λ （4-3） 式中 nt ∂∂——温度梯度，是向量，其方向指向温度增加方向，℃/m ； Q ——导热速率，W ；S ——等温面的面积，m 2；λ——比例系数，称为导热系数，W/（m ·℃）。
式4-3中的负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反，如图4-3所示。
傅里叶定律表明：在热传导时，其传热速率与温度梯度及传热面积成正比。
必须注意，λ作为导热系数是表示材料导热性能的一个参数，λ越大，表明该材料导热越快。
和粘度μ一样，导热系数λ也是分子微观运动的一种宏观表现。
4-2-2 导热系数导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一。
物体的导热系数与材料的组成、结构、温度、湿度、压强及聚集状态等许多因素有关。
一般说来，金属的导热系数最大，非金属次之，液体的较小，而气体的最小。
各种物质的导热系数通常用实验方法测定。
常见物质的导热系数可以从手册中查取。
各种物质导热系数的大致范围见表4-1所示。
表4-1 导热系数的大致范围物质种类纯金属 金属合金 液态金属 非金属固体 非金属液体 绝热材料 气体导热系数/W ·m -1·K -1 100～140050～500 30～300 0.05～50 0.5～5 0.05～1 0.005～0.5一、固体的导热系数固体材料的导热系数与温度有关，对于大多数均质固体，其λ值与温度大致成线性关系： ()t a '+=10λλ （4-4） 式中 λ——固体在t ℃时的导热系数，W/（m ·℃）；λ0——物质在0℃时的导热系数，W/（m ·℃）；图4-4 各种液体的导热系数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—异丙醇；12—苯；13—甲苯；14—二甲苯；15—凡士林；16—水（用右面的比例尺） a '——温度系数，℃-1；对大多数金属材料a '为负值，而对大多数非金属材料a ' 为正值。
同种金属材料在不同温度下的导热系数可在化工手册中查到，当温度变化范围不大时，一般采用该温度范围内的平均值。
二、液体的导热系数液态金属的导热系数比一般液体高，而且大多数液态金属的导热系数随温度的升高而减小。
在非金属液体中，水的导热系数最大。
除水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度的升高而略有减小。
一般说来，纯液体的导热系数比其溶液的要大。
溶液的导热系数在缺乏数据时可按纯液体的λ值进行估算。
各种液体导热系数见图4-4。
三、气体的导热系数气体的导热系数随温度升高而增大。
在相当大的压强范围内，气体的导热系数与压强几乎无关。
由于气体的导热系数太小，因而不利于导热，但有利于保温与绝热。
工业上所用的保温材料，例如玻璃棉等，就是因为其空隙中有气体，所以导热系数低，适用于保温隔热。
各种气体的导热系数见图4-5。
4-2-3 平壁热传导一、单层平壁热传导如图4-6所示，设有一宽度和高度均很大的平壁，壁边缘处的热损失可以忽略；平壁内的温度只沿垂直于壁面的x方向变化，而且温度分布不随时间而变化；平壁材料均匀，导热系数λ可视为常数（或取平均值）。
对于此种稳定的一维平壁热传导，导热速率Q和传热面积S都为常量，式4-3可简化为图4-5 各种气体的导热系数 图4-6 单层平壁的热传导1—水蒸气；2—氧；3—CO 2；4—空气；5—氮；6—氩dx dt S Q λ-= （4-5） 当x =0时，t =t 1；x =b 时，t =t 2；且t 1＞t 2。
将式（4-5）积分后，可得：()21t t S b Q -=λ（4-6）或 Rt Sb t t Q ∆λ=-=21 （4-7） 式中 b ——平壁厚度，m ；Δt ——温度差，导热推动力，℃；R ——导热热阻，℃/W 。
当导热系数λ为常量时，平壁内温度分布为直线；当导热系数λ随温度变化时，平壁内温度分布为曲线。
式4-7可归纳为自然界中传递过程的普遍关系式：过程的阻力过程的推动力过程传递速率= 必须强调指出，应用热阻的概念，对传热过程的分析和计算都是十分有用的。
【例4-1】 某平壁厚度b =0.37m ，内表面温度t 1=1650℃，外表面温度t 2=300℃，平壁材料导热系数λ=0.815+0.00076t ，W/（m ·℃）。
若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。
解：（1）导热系数按常量计算平壁的平均温度97523001650221=+=+=t t t m ℃ 平壁材料的平均导热系数556.197500076.0815.0=⨯+=m λW/（m ·℃）导热热通量为：图4-7 三层平壁的热传导()()5677300165037.0556.121=-=-=t t b q λW/m 2 设壁厚x 处的温度为t ，则由式4-6可得()t t x q -=1λ故 x x qx t t 36491650556.1567716501-=-=-=λ 上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x 和等温表面的温度呈直线关系。
（2）导热系数按变量计算，由式4-5得()()xt t ..x t t a x t q d d 007608150d d d d 0+-='+-=-=λλ 或 －q d x =（0.815+0.0076t ）d t 积分 ()⎰⎰+=-b t t t t ..x q 021d 0007608150d得 ()()212212200076.0815.0t t t t qb -+-=- （a ） ()()5677300165037.0200076.0300165037.0815.022=-⨯+-=q W/m 2 当b =x 时，t 2=t ，代入式（a ），可得()()221650200076.01650815.05677-+-=-t t x 整理上式得01650200076.01650815.0567700076.0200076.0815.0222=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯-+⨯+x t t 解得 x t 761049.11041.71072⨯-++-=上式即为当λ随t 呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。
计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的，而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。
二、多层平壁的热传导以三层平壁为例，如图4-7所示。
各层的壁厚分别为b 1、b 2和b 3，导热系数分别为λ1、λ2和λ3。
假设层与层之间接触良好，即相接触的两表面温度相同。
各表面温度分别为t 1、t 2、t 3和t 4，且t 1＞t 2＞t 3＞t 4。
在稳定导热时，通过各层的导热速率必相等，即Q =Q 1=Q 2=Q 3。
()()()343323221211b t t S b t t S b t t S Q -=-=-=λλλ由上式可得Sb Q t t t 11211λ∆=-= （4-8） Sb Q t t t 22322λ∆=-= （4-9）S b Q t t t 33433λ∆=-= （4-10） Δt 1∶Δt 2∶Δt 3=S b 11λ∶S b 22λ∶Sb 33λ=R 1∶R 2∶R 3 （4-11） 可见，各层的温差与热阻成正比。
将式（4-8）、（4-9）、（4-10）相加，并整理得Sb S b S b t t S b S b S b t t t Q 33221141332211321λλλλλλ∆∆∆++-=++++= （4-12） 式4-12即为三层平壁的热传导速率方程式。
对n 层平壁，热传导速率方程式为总热阻总推动力==-=∑∑∑=+R t Sb t t Q n i i i n ∆λ111 （4-13）可见，多层平壁热传导的总推动力为各层温度差之和，即总温度差，总热阻为各层热阻之和。
【例4-2】 某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm ，其导热系数分别为0.9W/（m ·℃）及0.7W/（m ·℃）。
待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。
为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm 、导热系数为0.06W/（m ·℃）的保温材料。
操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。
设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？ 解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为1S Q ⎪⎭⎫ ⎝⎛ 此时为双层平壁的热传导，其导热速率方程为：22447.01.09.01.01307002211311=+-=+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛λλb b t t S Q W/m 2 加保温层后单位面积炉壁的热损失为2⎪⎭⎫ ⎝⎛S Q 此时为三层平壁的热传导，其导热速率方程为：2332211412W/m 7060600407010901090740=++-=++-=⎪⎭⎫ ⎝⎛......b b b t t S Q λλλ 故加保温层后热损失比原来减少的百分数为：%.%%S Q S Q S Q 56810022447062244100121=⨯-=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛4-2-4 圆筒壁的热传导化工生产中通过圆筒壁的导热十分普遍，如圆筒形容器、管道和设备的热传导。