導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱系數(shù)的比較.ppt

導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱系數(shù),一、物理意義,1、導(dǎo)熱系數(shù) 指單位溫度梯度（1K/m）時(shí)的導(dǎo)熱通量（W/）。即1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1K，在1s內(nèi)，通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為W/(mK)。用表示。,一、物理意義,2、對(duì)流傳熱系數(shù) 指在穩(wěn)定傳熱條件下，兩側(cè)空氣溫差為1K，1s內(nèi)通過1平方米面積傳遞的熱量，單位是W/(K)。用表示。 3、聯(lián)系 =/ 為層流膜的厚度，它是一個(gè)虛擬的當(dāng)量流體膜，因此也把對(duì)流傳熱系數(shù)稱為膜系數(shù)。而實(shí)際上并不存在這一層流膜，也不等于層流內(nèi)部的厚度，引入此概念只是為簡(jiǎn)化過程。,一、物理意義,4、區(qū)別 對(duì)流傳熱系數(shù)不是描述物質(zhì)物性的物理量,它會(huì)隨著不同的外界條件而發(fā)生變化,例如溫度,流速,流量等,是一個(gè)工程上的概念。 導(dǎo)熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)、密度、含水率、溫度等因素有關(guān)，是反映材料熱性能的重要物理量.,二、公式,1、導(dǎo)熱系數(shù) 傅立葉定律 q=dQ/dA=-t/x 在導(dǎo)熱現(xiàn)象中，單位時(shí)間內(nèi)通過給定截面的熱量，正比例于垂直于該界面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。 它并不是由熱力學(xué)第一定律導(dǎo)出的數(shù)學(xué)表達(dá)式，而是基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的歸納總結(jié)，是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。 傅立葉定律適用于所有物質(zhì)，不管它處于什么狀態(tài)（固體、液體或者氣體）。,二、公式,2、對(duì)流傳熱系數(shù) 牛頓冷確定律 Q=(tw-t)A 溫度高于周圍環(huán)境的物體向周圍媒質(zhì)傳遞熱量逐漸冷卻時(shí)所遵循的規(guī)律。當(dāng)物體表面與周圍存在溫度差時(shí)，單位時(shí)間從單位面積散失的熱量與溫度差成正比。,三、測(cè)定及影響因素,1、導(dǎo)熱系數(shù) 通常，物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)可以通過理論和實(shí)驗(yàn)兩種方式來獲得。 理論上，從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，以量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)為基礎(chǔ)，通過研究物質(zhì)的導(dǎo)熱機(jī)理，建立導(dǎo)熱的物理模型，經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析和計(jì)算可以獲得導(dǎo)熱系數(shù)。但由于理論的適用性受到限制，而且隨著新材料的快速增多，人們迄今仍尚未找到足夠精確且適用于范圍廣泛的理論方程，因此對(duì)于導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法和技術(shù)的探索，仍是物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)的主要來源。,三、測(cè)定及影響因素,在所有固體中，金屬是最好的導(dǎo)熱體。純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)一般隨溫度升高而降低。而金屬的純度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)影響很大，如含碳為1%的普通碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/m K ，不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)僅為16 W/m K 。 液體分成金屬液體和非金屬液體兩類，前者導(dǎo)熱系數(shù)較高，后者較低。在非金屬液體中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大，除去水和甘油外，絕大多數(shù)液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而略有減小。一般來說，溶液的導(dǎo)熱系數(shù)低于純液體的導(dǎo)熱系數(shù)。,三、測(cè)定及影響因素,氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大。在通常的壓力范圍內(nèi)，其導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力變化很小，只有在壓力大于196200kN/，或壓力小于2.67 kN/ (20mmHg) 時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)才隨壓力的增加而加大。故工程計(jì)算中常可忽略壓力對(duì)氣體導(dǎo)熱系數(shù)的影響。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，故對(duì)導(dǎo)熱不利，但對(duì)保溫有利。 2、對(duì)流傳熱系數(shù) 獲得對(duì)流傳熱系數(shù)的方法大致有四種： （1）分析法，對(duì)描寫某一類對(duì)流傳熱問題的偏微分方程及相應(yīng)的定解條件進(jìn)行數(shù)學(xué)求解，從而獲得速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分析解的方法。,三、測(cè)定及影響因素,（2）實(shí)驗(yàn)法，在相似原理指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，是目前獲得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的主要途徑。 （3）比擬法，通過研究動(dòng)量傳遞及熱量傳遞的共性或類似特性，以建立起表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與阻力系數(shù)間的相互關(guān)系的方法。 （4）數(shù)值法，在求解導(dǎo)熱系數(shù)的基礎(chǔ)上，增加對(duì)流項(xiàng)的離散及動(dòng)量方程中的壓力梯度項(xiàng)的數(shù)值處理，從而獲得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的方法。,三、測(cè)定及影響因素,影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素 （1）層流與湍流 層流：流體在熱流方向上基本沒有混合流動(dòng)， 湍流：有混合流動(dòng)，Re層流內(nèi)層厚度， （2）流體的性質(zhì) 對(duì)影響較大的物性主要有 cp 、和 （3）傳熱面的型狀、大小和位置 影響值的有：傳熱管、板、管束等不同，傳熱面的形狀，管子的排列方式，水平或垂直放置；管徑、管長(zhǎng)或板的高度等,三、測(cè)定及影響因素,的量級(jí) 空氣中 水中 油類中,總之：,四、化學(xué)工程中的問題,總傳熱系數(shù)的計(jì)算 總傳熱系數(shù)用K來表示。 在化學(xué)工程中遇到的傳熱過程常常是熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱和輻射換熱三者的綜合，而在應(yīng)用最多的表面式換熱器（又稱間壁式換熱器）中溫度不太高，輻射換熱的作用不大，所以分析時(shí)主要考慮熱傳導(dǎo)和對(duì)流換熱的綜合過程。 傳熱過程中熱流體通過對(duì)流換熱向高溫側(cè)壁面?zhèn)鳠幔ㄒ妶D）。,四、化學(xué)工程中的問題,這一熱量又通過固體壁導(dǎo)熱傳遞給低溫側(cè)壁面，最后以對(duì)流換熱方式由冷流體把熱量從低溫側(cè)壁面帶走。因此，傳熱過程通常都可簡(jiǎn)化成串聯(lián)的3個(gè)基本環(huán)節(jié)：對(duì)流換熱導(dǎo)熱對(duì)流換熱。 3個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)的分熱阻之和組成傳熱過程的總熱阻。因此，傳熱系數(shù)可表示為,四、化學(xué)工程中的問題,i、0管內(nèi)外的對(duì)流傳熱系數(shù)(需要時(shí)，其中包括輻射換熱的相應(yīng)折算值)；、分別為器壁的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)。分母中的 3個(gè)分?jǐn)?shù)代表3個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)的分熱阻。因此,傳熱系數(shù)不僅與器壁的材料性能和厚度有關(guān),還與器壁兩側(cè)的對(duì)流換熱(有時(shí)還有輻射換熱)過程有關(guān)，而且在多數(shù)情況下,導(dǎo)熱分熱阻要比對(duì)流換熱分熱阻小得多，因而對(duì)流換熱在整個(gè)換熱過程中起著主要作用。,謝謝觀賞,