2012.10、11第二节：热传导
化工原理第四章(热传导)
二、导热系数
1、导热系数定义 由傅立叶定律可知：
Q q
A dt
dt
dx dx
【物理意义】温度梯度为1时，单位时间内通过单位传热面积的 热量（热流密度）。
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【两点讨论】 （1）导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量。是一个 物性常数，用来表明一种物质传导传热能力大小的一个参数，λ 越大 ，导热性能越好。
【几点讨论】
Q A(t1 t2 )
b
t1
t2
Qb
A
t
t1
Qb
A
（1）传热速率一定时 ，温差与壁厚成正比， 且为线性关系； （2）传热速率一定时 ，温差与导热系数成反 比。
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墙 壁 的 学 问
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Q A(t1 t2 )
b
（1）导热系数λ要小； （2）厚度b要大； （3）面积A要小。
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λ×102/(Wm-1℃－1）
8
1
7
2
4
6
1－水蒸气
5
2－氧气
5
3－二氧化碳
4
3
3
6
4－空气 5－氮气
6－氩气
2
1 0 200 400
600 800 1000
t /℃
某几 些种 气体气的体导的热热系导数率
三、平面壁的稳态热传导
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【特点】热量传递过程中，传热面 积（A）保持不变。
【两点说明】 （1）温度梯度是向量，其方向指向温度增加的方向；
（2）对于一维稳态热传导：
gradt
dt
dx
《热传导》 讲义
《热传导》讲义一、热传导的基本概念热传导是热能从高温区域向低温区域传递的过程。
这种传递是由于分子的热运动引起的，当物体内部存在温度梯度时，热能就会从温度高的地方向温度低的地方流动。
简单来说，热传导就像是在一条长长的队伍中，前面的人跑得快（温度高），后面的人跑得慢（温度低），前面的人会逐渐带动后面的人加快速度，从而实现能量的传递。
热传导在我们的日常生活中无处不在。
比如，我们用手握住一杯热水，热量会从热水通过杯子传递到我们的手上，让我们感觉到热；冬天的时候，我们靠近暖气，热量会从暖气传递到周围的空气中，再传递到我们身上，让我们感到温暖。
二、热传导的基本定律——傅里叶定律傅里叶定律是描述热传导现象的基本定律。
它指出，在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量，正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向与温度升高的方向相反。
用数学公式表示为：＄Q ＝ kA\frac{dT}｛dx}＄其中，＄Q$表示热流量，即单位时间内通过某一给定面积的热量；＄k$是材料的热导率，表示材料导热能力的大小；＄A$是垂直于热流方向的截面积；＄＼frac{dT}｛dx}＄是温度梯度。
热导率$k$是材料的一个重要热物性参数。
不同的材料具有不同的热导率，比如金属通常具有较高的热导率，而空气、塑料等的热导率则相对较低。
这也是为什么金属锅能很快地传热，而塑料锅柄则不会很快变热的原因。
三、影响热传导的因素1、材料的性质材料的热导率是影响热传导的最关键因素。
热导率越大，材料导热能力越强，热传导就越快。
例如，铜的热导率约为 401 W/（m·K)，而木材的热导率一般在 01 02 W/（m·K)之间，所以铜的热传导性能远远优于木材。
2、温度差温度差越大，热传导的驱动力就越大，热传导的速度也就越快。
就像瀑布，落差越大，水流的速度就越快。
3、接触面积接触面积越大，热传导的通道就越宽敞，热量传递就越容易。
热传导
• 两相流体之间的传热过程
– 热流体将热传给内管内壁侧(对流给热) – 热量由管内壁传递到外壁侧（导热） – 管外壁面将热传递给冷流体(对流给热)
过程的对比
现象 电荷流动 流体流动 热传递 质量传递
平衡法则 电平衡（无电位差） 能量平衡（流体静止） 热平衡（无温度差）
相平衡 （？）*
推动力 电位差 能位差 温差
温差如何确定：起点or终点、壁面or主体？
传热面积：园筒？
传热通量：
3
典 型 传 热 过 程 描 述
本课程的研究对象是一维温度场
另一种一维温度场
q
dQ dA
t n
t
– 是通过归纳大量实验结果建立起来的 – 负号与方向 – 比例系数，是物质的性质，注意单位制 – 与牛顿粘性定律形式上一致
6
傅 立 叶 定 律
• 多层平壁类似
1
一维单层园筒壁稳态导热
8
Q A dt 2lr dt
dr
dr
单层园筒壁
– r=r1, t=t2 – r=r2, t=t1
Q
2
L
t1
ln r2
t2 r1
Q
Am
t1 t2 r2 r1
Am
A2
ln A2
A1
A1
2Lrm
2
一维多层园筒壁稳态导热
0
Q
t1 t2 t3 b1 b1 b1
6
• 通过各层的热量相等
Q = 1(t1-t2)/b1 = t1/(b1/ 1A) = 2(t2-t3)/b2 = t2/(b2/ 2A) = 3(t3-t4)/b3 = t3/(b3/ 3A)
Q t1 t2 t3 b1 b1 b1
《传热学》第二章热传导
第二章热传导一、名词解释1．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。
一般来说，它是空间坐标和时间坐标的函数。
2．等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。
3．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。
4．热导率：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1 K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。
热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。
5．导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。
6．稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。
7．非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。
8．傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。
9．保温(隔热)材料：λ≤0.12 W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)的材料。
10．肋效率：肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。
11．接触热阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。
12．定解条件(单值性条件)：使微分方程获得适合某一特定问题解的附加条件，包括初始条件和边界条件。
二、填空题1．导热基本定律是_____定律，可表述为。
（傅立叶，）2．非稳态导热时，物体内的_____场和热流量随_____而变化。
（温度，时间）3．导温系数的表达式为_____，单位是_____，其物理意义为_____。
（a=λ/cρ,m2/s,材料传播温度变化能力的指标）4．肋效率的定义为_______。
（肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。
）5．按照导热机理，水的气、液、固三种状态中_______态下的导热系数最小。
（气）6．一般，材料的导热系数与_____和_____有关。
（种类，温度）7．保温材料是指_____的材料.（λ≤0.12 W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)）8．已知材料的导热系数与温度的关系为λ＝λ0(1+bt)，当材料两侧壁温分别为t1、t2时，其平均导热系数可取下的导热系数。
热传导应用知识点总结
热传导应用知识点总结1. 热传导的基本概念热传导是指热量在物体之间由高温处向低温处传递的过程，其传递是通过物体内部分子的碰撞和振动所实现的。
在这个过程中，热能沿着温度梯度的方向传导，直到两个物体的温度相等为止。
2. 热传导的基本定律热传导的速度和大小是由热导率和温度梯度所决定的。
热导率是一个物质特性参数，表示单位时间内单位截面积上的热量传递。
而温度梯度是指单位长度内温度的变化量，用来描述热量传递的速度和方向。
3. 热传导的数学表达热传导的数学表达通常采用傅里叶定律来描述，在一维情况下，可以写作：q = -kA∆T/∆x其中q是热量，k是热导率，A是传导截面积，∆T是温度差，∆x是距离。
这个公式描述了热量通过物体的传导过程。
4. 热传导的方式热传导有三种方式：导热、对流和辐射。
导热是指热量在固体中通过分子的传递而实现，主要发生在固体物体中。
对流是指热量通过流体的传递而实现，主要发生在液体和气体中。
辐射是指热能通过电磁波的传递而实现，在真空中也能传热。
在实际应用中，这三种方式经常混合存在。
5. 热传导的应用热传导在日常生活和工业生产中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：a. 建筑在建筑中，热传导应用非常广泛，例如隔热层的设计和使用，以减少建筑物内部和外部的温度差异，并节约能源。
b. 电子产品电子产品中的散热设计是一个非常重要的问题。
合理的散热设计可以提高电子产品的寿命和稳定性。
c. 工业生产在工业生产中，热传导被广泛应用在炉火、锅炉、冷却器等热处理设备中，以实现对原材料和产品的加热和冷却。
d. 医疗行业在医疗行业中，热传导被应用在医疗设备、药品的储存和运输中，以保证其存储条件和安全性。
e. 环境保护在环境保护方面，热传导的知识被应用在污染物的处理和清洁设备中，以减少对环境的负面影响。
6. 热传导的优化设计在实际应用中，热传导的优化设计对于提高设备的效率和性能至关重要。
通过合理的材料选择、结构设计和散热设备的优化来降低热传导的过程中导致的能量损耗和环境污染。
《热传导》 讲义
《热传导》讲义一、热传导的基本概念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。
简单来说，就是热量从温度高的地方向温度低的地方传递。
这种传递是由于分子之间的相互碰撞和振动引起的。
当高温区域的分子具有较高的动能时，它们与低温区域的分子碰撞，将一部分能量传递给低温区域的分子，从而实现热的传导。
热传导在我们的日常生活和各种工业领域中都非常常见。
比如，我们用手握住一杯热水，热量会从热水通过杯子传递到我们的手上，这就是热传导的一个例子。
二、热传导的基本定律——傅里叶定律傅里叶定律是描述热传导现象的基本定律。
它表明，在热传导过程中，通过某一给定面积的热流量与温度梯度和垂直于热流方向的截面积成正比，其数学表达式为：＄q ＝ k\frac{dT}｛dx}＄其中，＄q$ 表示热流密度（单位时间内通过单位面积的热量），＄k$ 是材料的热导率，＄＼frac{dT}｛dx}＄是温度梯度。
热导率＄k$ 是材料的一个重要热物性参数，它反映了材料导热能力的大小。
不同的材料具有不同的热导率，例如金属通常具有较高的热导率，而空气的热导率则相对较低。
三、影响热传导的因素1、材料的性质材料的热导率是决定热传导性能的关键因素。
一般来说，金属的热导率较高，如铜、铝等；非金属固体的热导率较低，如玻璃、塑料等；液体的热导率通常比固体小，而气体的热导率最小。
2、温度温度对热导率也有一定的影响。
大多数材料的热导率随温度的升高而略有减小，但也有一些材料在特定温度范围内热导率会有所增加。
3、几何形状和尺寸物体的几何形状和尺寸会影响热传导的路径和效率。
例如，细长的物体在热传导时，热量更容易沿着长度方向传递；而厚壁物体的热传导则相对较慢。
4、接触情况在两个物体接触的界面处，如果接触不良，会存在较大的接触热阻，从而影响热传导的效果。
四、热传导的应用1、散热器在电子设备中，如电脑的 CPU 会产生大量的热量。
为了保证其正常工作，需要使用散热器将热量快速传递出去。
《热传导》 讲义
《热传导》讲义一、热传导的基本概念热传导，简单来说，就是由于温度差引起的热能传递现象。
当物体的不同部分存在温度差异时，热能就会从高温部分向低温部分转移。
这是自然界中一种常见且重要的热传递方式。
想象一下，在寒冷的冬天，我们握住一杯热咖啡。
手会逐渐感到温暖，这就是热传导在起作用。
热咖啡的热能通过杯子传递到我们的手上，使得手的温度升高。
二、热传导的基本原理热传导的发生基于热力学的基本原理。
热总是从高温区域向低温区域流动，以达到热力学平衡状态。
在微观层面上，热传导是通过分子或原子的热运动和相互碰撞来实现的。
当物体的一部分分子具有较高的能量（即温度较高）时，它们会与邻近温度较低的分子发生碰撞和能量交换。
这样，热能就逐渐从高温区域传递到低温区域。
热传导的速率取决于多个因素，其中最重要的是物体的导热系数、温度差以及物体的几何形状和尺寸。
导热系数是衡量物质导热能力的一个重要参数。
不同的物质具有不同的导热系数。
例如，金属通常具有较高的导热系数，所以它们能够迅速传导热量；而空气、塑料等物质的导热系数较低，热传导的速度相对较慢。
三、热传导的数学表达式为了定量描述热传导现象，科学家们推导出了热传导的数学表达式——傅里叶定律。
傅里叶定律指出：在单位时间内通过垂直于热流方向的单位面积的热量，与温度梯度成正比，其比例系数就是导热系数。
数学表达式为：Q ＝ kA(dT/dx)其中，Q 表示热流量（单位时间内传递的热量），k 是导热系数，A 是传热面积，dT/dx 是温度梯度（温度在空间上的变化率）。
这个定律为我们计算热传导过程中的热量传递提供了重要的理论依据。
四、常见材料的热传导性能在实际生活和工程应用中，了解不同材料的热传导性能是非常重要的。
金属材料，如铜、铝、银等，具有良好的导热性能。
这使得它们在需要高效传热的场合，如散热器、热交换器等中得到广泛应用。
非金属材料的导热性能则差异较大。
例如，陶瓷材料一般具有较低的导热系数，而一些特殊的合成材料，如石墨，却具有较好的导热性。
[工学]化工流体流动第二节 热传导
对n层圆筒壁，其热传导速率方程可表示为
Q
t1 tn+1 n bi
S i1 i mi
或
Q n
t1 tn1 1 ln ri1
i1 2πLi ri
思考题
1.导热系数和傅立叶定律的物理意义； 2.接触热阻的概念及其对热传导的影响； 3.多层平壁和圆筒壁导热的计算。
290页1，2，3
习题
导热系数为常数时，平壁内温度分布为常数； 导热系数为温度的函数时，平壁内温度分布为曲线。
4.2.3 平壁的热传导
1. 单层平壁的热传导 2.多层平壁的热传导
2.多层平壁的热传导
图4-9 三层平壁热传导
2.多层平壁的热传导
接触热阻 由于表面粗糙不平，不同材料
构成的界面之间可能出现明显的温 度降低而产生接触热阻。
4.2.2 导热系数
1.固体的导热系数
对大多数均质固体，导热系数与温度近似 呈线性关系
0 1't
α′为常数，又称温度系数，1/℃。对大多数金 属材料， α′为负值;对大多数非金属材料， α′为正值。
4.2.2 导热系数
2.液体的导热系数
液态金属导热系数比一般液体的要高；
大多数液态金属的导热系数随温度升高而降低；
间壁式换热和间壁式换热器
图4-3 间壁两侧流体间传热
4.1 概述 4.2 热传导
第 4 章 传热
4.2 热传导
4.2.1 基本概念和傅立叶定律
1. 温度场和温度梯度
1. 温度场和温度梯度
（1）温度场
定义：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和。
温度场的数学表达式:
t f x，y，z，
定态温度场:
t1
《热传导》 讲义
《热传导》讲义一、热传导的基本概念热传导，简单来说，就是热量从高温物体向低温物体传递的过程。
这种传递是由于物体内部的分子或原子的热运动引起的。
当物体的一端温度较高，另一端温度较低时，高温端的分子具有较高的动能，它们会与邻近的分子发生碰撞和相互作用，将一部分能量传递给低温端的分子。
这样，热量就逐渐从高温区域传导到低温区域。
热传导在我们的日常生活中无处不在。
比如，我们用手握住一杯热咖啡，热量会从咖啡传递到我们的手上，让我们感觉到温暖。
二、热传导的基本定律——傅里叶定律热传导的规律可以用傅里叶定律来描述。
傅里叶定律指出，在单位时间内通过垂直于热流方向的单位面积的热量，与温度梯度成正比，与垂直于热流方向的截面积成正比。
用数学公式表示为：Q ＝ kA(dT/dx)其中，Q 表示热流量，单位是瓦特（W）；k 是材料的热导率，单位是瓦特每米开尔文（W/（m·K)）；A 是垂直于热流方向的截面积，单位是平方米（m²）；dT/dx 是温度梯度，单位是开尔文每米（K/m）。
负号表示热流的方向与温度梯度的方向相反，即热量总是从高温处向低温处传递。
热导率 k 是材料的一个重要热物性参数，它反映了材料导热能力的大小。
不同的材料具有不同的热导率，例如金属通常具有较高的热导率，而空气、塑料等的热导率则较低。
三、影响热传导的因素1、材料的性质材料的热导率是决定热传导快慢的关键因素。
金属如铜、铝等具有良好的导热性能，而像木材、玻璃纤维等绝缘材料的热导率则较低。
2、温度差温度差越大，热传导的速率就越快。
这就好比水流，水位差越大，水流的速度就越快。
3、物体的几何形状和尺寸物体的厚度、面积等几何参数也会影响热传导。
较薄的物体热传导相对较快，而较大面积的接触面也有助于提高热传导效率。
4、接触情况两个物体之间的接触紧密程度也会对热传导产生影响。
如果接触不良，存在空隙或杂质，会增加热阻，降低热传导效果。
四、热传导在实际生活中的应用1、散热器在电子设备中，如电脑的 CPU 会产生大量的热量。