热阻分析法 — 多层平壁与圆筒壁一维稳态导热
Thermal Resistance Method · 1D Steady-State Conduction
热阻分析法
Thermal Resistance Method
多层平壁 & 圆筒壁 · 一维稳态导热
电学类比
I = ΔV / R
传热类比
Q̇ = Δt / R
ΔV 电压 → Δt 温差
I 电流 → Q̇ 热流率
R 电阻 → R 热阻
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单层平壁 · 一维稳态导热
平壁 (k, A)
L 壁厚
A 截面积
t₁
高温侧
t₂
低温侧
t(x) 线性
Q̇
傅里叶定律
Q̇ = kA(t₁−t₂) / L
导热热阻定义
R = L / (kA)
热阻分析法核心
Q̇ = Δt / R
温差驱动 · 热阻阻碍 · 类比电路
等效热路
t₁
R = L/(kA)
t₂
多层平壁 · 一维稳态导热(串联)
Q̇
层 1
k₁, L₁
层 2
k₂, L₂
层 3
k₃, L₃
t₁
t₂
t₃
t₄
分段线性温度分布 t(x)
t₁
t₂
t₃
t₄
Δt₁
Δt₂
Δt₃
各层热阻
Rᵢ = Lᵢ / (kᵢA)
总热阻(串联相加)
R = R₁ + R₂ + R₃
总热流率
Q̇ = (t₁−t₄) / ΣR
Δtᵢ = Q̇·Rᵢ — 热阻越大 → 温降越大
串联热路
t₁
R₁
R₂
R₃
t₄
圆筒壁 · 一维稳态导热
r₁
r₂
t₁ 高温
t₂ 低温
积分求解 · 面积随 r 变化
Q̇ = 2πkL(t₁−t₂) / ln(r₂/r₁)
导热热阻
R = ln(r₂/r₁) / (2πkL)
径向温度分布 · 对数曲线
t₁
t₂
r₁
r₂
A=2πrL 随半径增大 → 对数分布
等效热路
t₁
R=ln(r₂/r₁)/(2πkL)
t₂
多层圆筒壁 · 一维稳态导热(串联)
r₁
t₁
r₂
t₂
r₃
t₃
r₄
t₄
δ₁
δ₂
δ₃
管壁 k₁
保温层 k₂
外护层 k₃
各层圆筒壁热阻
Rᵢ = ln(rᵢ₊₁/rᵢ) / (2πkᵢL)
R₁ = ln(r₂/r₁) / (2πk₁L)
R₂ = ln(r₃/r₂) / (2πk₂L)
R₃ = ln(r₄/r₃) / (2πk₃L)
总热阻(串联相加)
R = R₁ + R₂ + R₃
Q̇ = (t₁−t₄) / R
蒸汽管道 + 保温层 + 铝皮 = 三层圆筒壁
串联热路
t₁
R₁
R₂
R₃
t₄
总结 · 核心公式对比
多层平壁
L₁,k₁
L₂,k₂
L₃,k₃
单层热阻
R = L / (kA)
串联总热阻
R = Σ Lᵢ / (kᵢA)
热流率
Q̇ = Δt / R
多层圆筒壁
同心圆筒
单层热阻
R = ln(r₂/r₁) / (2πkL)
串联总热阻
R = Σ ln(rᵢ₊₁/rᵢ)/(2πkᵢL)
热流率
Q̇ = Δt / R
核心:导热 → 电路类比 → Q̇ = Δt / R · 串联热阻直接相加
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