【能源与动力】高等传热传质01

讲授讲授 : 郝卫东讲师郝卫东讲话：电话： 03546289622高等传热传质高等传热传质教材 ： 传热传质分析 美 E.R.G.埃克特参考书 ： 动量热量质量传递 传热学 Heat Transfer基础知识1 传热学的研究内容与研究方法传热学的研究内容与研究方法1.1 传热学的 研究内容研究内容 :传热学主要研究的传递规律、控制及优化传递过程的方法。 热量传递的途径 、速率按照希望的方式进行获得最高的传递效率 1.2 传热学的应用领域 :一切热能利用过程都离不开传热，热能利用率和传热过程密切相关。传热学的应用非常广泛：在传热学的应用非常广泛：在 能源、电力、冶能源、电力、冶金、动力机械、石油化工、低温工程、环境与建金、动力机械、石油化工、低温工程、环境与建筑筑 等工业领域以及在许多高科技领域都发挥着极等工业领域以及在许多高科技领域都发挥着极其重要的作用，如：其重要的作用，如： 电子信息工程、航空航天、电子信息工程、航空航天、医学和生命科学医学和生命科学 等等 。1.3 传热学课程的学习目的：传热学课程的学习目的：掌握传热学的基本概念、基本理论与基掌握传热学的基本概念、基本理论与基本分析计算和实验研究方法，为今后研究、本分析计算和实验研究方法，为今后研究、处理、解决实际的传热工程问题奠定必要的处理、解决实际的传热工程问题奠定必要的技术理论基础。技术理论基础。1.4 传热学的主要 研究方法研究方法 :理论分析理论分析数值模拟数值模拟实验研究实验研究类比法类比法2.1 热能（内能 internal energy）热能即热力学能、内能，是六种基本能量形式之一，定义为物质系统由其内部状态所决定的能量。宏观静止的物体，其内部的微观粒子仍在不停地运动着，这种运动叫做热运动，物体因热运动而具有的 能量就是内能。化学热力学中把化学能也包括在内能中。2 传热学基本概念传热学基本概念据统计，目前通过热能形式被利用的能源在我国占总能源利用的 90以上，世界其它各国平均也超过 85。内能的组 成内动能 温度的函数热能是人类获得能量的主要形式内禀能量 一般可不考虑内位能 温度和密度的函数能量的利用过程本质上是能量的传递与转换过程能量的利用过程本质上是能量的传递与转换过程。 氢、酒精等二次能源 燃料电池 电 能机械能辐射能热 能风能、水能、海洋能 机 械 机械能 直接利用发电机煤、石油、天然气 热 能热机直接利用核 能核反应太阳能 光合作用 生物质能燃烧食物利用集热器光电池90燃烧能量的传递与转换能量的传递与转换闭口系能量方程 W Q一般式Q = dU + WQ = U + Wq = du + wq = u + w 单位工质适用条件： 1）任何工质 2) 任何过程Energy balance for closed system3 热量传递的基本方式热量传递有三种基本方式热量传递有三种基本方式 :l热传导(heat conduction)；l热对流(heat convection)；l热辐射 (thermal radiation)。3.1 热传导热传导 （ 简称简称 导热） ：在物体内部或相互接触的物体表面之在物体内部或相互接触的物体表面之间，由于分子、原子及自由电子等微观粒子间，由于分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。的热运动而产生的热量传递现象。纯导热现象可以发生在固体内部，也可纯导热现象可以发生在固体内部，也可以发生在静止的液体和气体之中。以发生在静止的液体和气体之中。大平壁的一维稳态导热 0 xt tw2 tw1 特点：特点： 平壁两表面维持均匀恒定不变的平壁两表面维持均匀恒定不变的温度，温度， 平壁各处温度不随时间改变；平壁各处温度不随时间改变；壁内温度只沿垂直于壁面的方向变化；壁内温度只沿垂直于壁面的方向变化； 热量只沿着垂直于壁面的热量只沿着垂直于壁面的方向传递。方向传递。热流量热流量 ：单位时间传过的热量：单位时间传过的热量: 材料的材料的 导热系数导热系数 ，表明材料的，表明材料的导热能力，导热能力， W/(m K)。WW热流密度 q :单位面积内通过的热流量单位面积内通过的热流量导热热阻称为平壁的导热热阻，表示物体对称为平壁的导热热阻，表示物体对导热的阻力，单位为导热的阻力，单位为 K/W 。tw1 tw2 热阻网络3.2 热对流由于流体的宏观运动使不同温度的流体相由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象。对位移而产生的热量传递现象。特点：热对流只发生在流体之中，并伴随有特点：热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运动而产生的导热。微观粒子热运动而产生的导热。对流换热 ：流体与相互接触的固体表面之间：流体与相互接触的固体表面之间的热量传递现象，是导热和热对流两种基本传热方的热量传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。式共同作用的结果。牛顿冷却公式牛顿冷却公式 : = Ah(tw tf) q = h(tw tf) tw tfh 称为对流换热的称为对流换热的 表面传热系数表面传热系数 （习惯称（习惯称为为 对流换热系数对流换热系数 ），单位为），单位为 W/(m2K)。 对流换热热阻：对流换热热阻： = Ah(tw tf) 称为称为 对流换热热阻对流换热热阻 ，单位为，单位为 W/K 。对流换热热阻对流换热热阻 网络：网络：表面传热系数的影响因素表面传热系数的影响因素 ：h 的的 大小反映对流换热的强弱，与以下大小反映对流换热的强弱，与以下因素有关：因素有关：（ 1） 流体的物性（热导率、粘度、密度、比流体的物性（热导率、粘度、密度、比热容等）；热容等）；（ 2） 流体流体 流动的形态（层流、紊流）；流动的形态（层流、紊流）；（ 3） 流动的成因（自然对流或受迫对流）；流动的成因（自然对流或受迫对流）；（ 4） 物体表面的形状、尺寸；物体表面的形状、尺寸；（ 5） 换热时流体有无相变（沸腾或凝结换热时流体有无相变（沸腾或凝结 ）。）。表表 1 一些表面传热系数的数值范围一些表面传热系数的数值范围对流换热类型对流换热类型 表面传热系数表面传热系数 h W /( m2K) 气体自然对流换热气体自然对流换热 2 25液体自然对流换热液体自然对流换热 50 1000气体强迫对流换热气体强迫对流换热 25 250液体强迫对流换热液体强迫对流换热 50 25000液体沸腾液体沸腾 2500 100000蒸气凝结蒸气凝结 2000 1000003.3 热辐射 辐射辐射： 指物体受某种因素的激发而向外发射辐指物体受某种因素的激发而向外发射辐射能的现象射能的现象解释辐射现象的两种理论解释辐射现象的两种理论 ：电磁理论电磁理论 与与 量子理论量子理论电磁波的数学描述：电磁波的数学描述：c 某介质中的光速某介质中的光速 , m/s 为真空中的光速为真空中的光速 ; n 为为 介质的折射率。介质的折射率。 波长波长 , 常用常用 m为单位为单位 , 1m = 10-6 m。 频率频率 , 单位单位 1/s。电磁波的波谱电磁波的波谱 ： 射线射线 ： 103 m 微波微波 ： 103 106 m 微波炉就是利用微波加热食物，因微波可穿微波炉就是利用微波加热食物，因微波可穿透塑料、玻璃和陶瓷制品，但会被食物中水分子吸透塑料、玻璃和陶瓷制品，但会被食物中水分子吸收，产生内热源，使食品均匀加热。收，产生内热源，使食品均匀加热。热辐射热辐射由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象。外发射辐射能的现象。 理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但在理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射的波日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射的波长主要在长主要在 0.1m至至 100m之间之间 ,包括部分紫外线、可包括部分紫外线、可见光和部分红外线三个波段见光和部分红外线三个波段 。 热辐射的主要特点：热辐射的主要特点：（ 1） 所有温度大于所有温度大于 0 K的物体都具有发射热辐的物体都具有发射热辐射的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。射的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。（ 2） 所有实际物体都具有吸收热辐射的能力所有实际物体都具有吸收热辐射的能力， 吸收热辐射时：辐射能吸收热辐射时：辐射能 内热能内热能 ； （ 3） 热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播；播；（ 4） 物体间以热辐射的方式进行的热量传递是物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的。双向的。 高温高温物体物体低温低温物体物体热辐射是热量传递热辐射是热量传递的基本方式之一的基本方式之一 。发射热辐射时：内热能发射热辐射时：内热能 辐射能辐射能 ； 辐射换热：辐射换热： 以热辐射的方式进行的热量交换。以热辐射的方式进行的热量交换。辐射换热的主要影响因素 ：（ 1）物体本身的温度、表面辐射特性；）物体本身的温度、表面辐射特性； （ 2）物体的大小、几何形状及相对位置。）物体的大小、几何形状及相对位置。 注意：注意：（ 1）热传导、热对流和热辐射三种热量传递基）热传导、热对流和热辐射三种热量传递基本方式往往不是单独出现的；本方式往往不是单独出现的； （ 2） 分析传热问题时首先应该弄清楚有那些传分析传热问题时首先应该弄清楚有那些传热方式在起作用，然后再按照每一种传热方式的热方式在起作用，然后再按照每一种传热方式的规律进行计算。规律进行计算。 （ 3）如果某一种传热方式与其他传热方式相比）如果某一种传热方式与其他传热方式相比作用非常小，往往可以忽略。作用非常小，往往可以忽略。 4 传热过程传热过程传热过程 是指热量从固体壁面一侧的流体是指热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。 传热过程由三个相互串联的环节组成传热过程由三个相互串联的环节组成 :高高温温流流体体低低温温流流体体固固体体壁壁（ 1） 热量从高温流体以对流换热（或对流换热热量从高温流体以对流换热（或对流换热辐射换热）的方式传给壁面；辐射换热）的方式传给壁面； （ 2） 热量从一侧壁面以导热的热量从一侧壁面以导热的方式传递到另一侧壁面；方式传递到另一侧壁面； （ 3） 热量从低温流体侧壁面以热量从低温流体侧壁面以对流换热（或对流换热辐射换对流换热（或对流换热辐射换热）的方式传给低温流体。热）的方式传给低温流体。 通过平壁的稳态传热过程通过平壁的稳态传热过程 假设假设： tf1、 tf2、 h1、 h2不随时间变化；不随时间变化； 为常数为常数 。 （ 1）左侧的对流换热）左侧的对流换热 （ 2）平壁的导热）平壁的导热 tw2 tw1 0 xt h1 tf1 h2 tf2 （ 3）右侧的对流换热）右侧的对流换热 在稳态情况下，在稳态情况下， 以上以上 三式的热流量相同，可得三式的热流量相同，可得 式中式中 ， Rk称为传热热阻称为传热热阻 。 tw1 tw2 tf1 tf2 传热热阻网络传热热阻网络 ： 传热系数传热系数 将传热热流量的计算公式写成将传热热流量的计算公式写成 式中式中 k 称为称为 传热系数传热系数 ，单位为，单位为 W/(m2K)， t为传热温差。为传热温差。 通过单位面积平壁的热流密度为通过单位面积平壁的热流密度为 利用上述公式利用上述公式 , 可以很容易求得通过平壁的可以很容易求得通过平壁的热流量热流量 、热流密度、热流密度 q及壁面温度及壁面温度 tw1、 tw2。 小小 结结 重点掌握以下内容：重点掌握以下内容：（ 1）热传导、热对流、热辐射三种热量传递基）热传导、热对流、热辐射三种热量传递基本方式的机理及特点；本方式的机理及特点；（ 2）热流量、热流密度、导热系数、对流换热、）热流量、热流密度、导热系数、对流换热、表面传热系数、传热系数、热阻等基本概念；表面传热系数、传热系数、热阻等基本概念；（ 3）灵活运用平壁的一维稳态导热公式、对流）灵活运用平壁的一维稳态导热公式、对流换热的牛顿冷却公式、通过平壁的一维传热过程换热的牛顿冷却公式、通过平壁的一维传热过程计算公式进行相关物理量的计算计算公式进行相关物理量的计算我劝一个草率结婚的朋友离婚。她平静的告诉我，如果说当初鲁莽结婚是个错误。那么，现在草率离婚是一错再错。这位朋友后来还是离婚了，大家一致认为她的行为很理性。同样的故事正在互联网搜索巨头谷歌身上发生，但是谷歌选择了草率 “离婚 ”。饮鸩止渴由于急于抑制苹果 iphone手机翻天覆地的产业冲击，谷歌采取急功近利的粗糙型开放策略。饮鸩止渴的策略一时取得了成果。市场研究公司尼尔森最近公布的数据显示，在通过 Verizon Wireless、 AT&T和 Sprint Nextel三大运营商经销后，谷歌 Android手机在美国市场上的销售量已经超过 iPhone。另一家市场研究公司 iSuppli甚至认为，全球范围内使用 Android操作系统的手机数量将在 2012年超过苹果 iPhone。 表面繁华的背后，是 Android生态系统的一团糟，谷歌正在为自己的粗放型开放策略买单。用户对谷歌手机的态度从开始的好奇、后来的犹豫，变成强烈的批评。 “大多 Android手机程序都是垃圾，乱七八糟的 ”，一位手机发烧友迅速投奔了 iphone的阵营： “同样的植物人大战僵尸游戏，在谷歌手机和 iphone手机上的体验简直没法比 ”混乱，还是混乱。一切一切的乱象，折射出谷歌已经失去对 Android生态系统的控制。这一切的根源，我的判断是开放策略初期过于宽松，导致失去控制权。混乱的生态系统表现在用户手机上，就是应用程序的混乱和粗燥。一错再错为此，谷歌开始采取对策。最近，有国内厂商称新的 Android3.0开始关闭应用程序的 API(应用程序编程接口 )，统一 Android界面。这意味着，谷歌将放弃其初始开放策略，开始封闭管理。粗看之下，谷歌认识到自己的错误。既然是过度开放导致的错误，那么收紧开放尺度是很自然的逻辑，无懈可击。但我认为，谷歌仓促收紧开放策略仍然是个错误。打个比喻。如果过度开放的政策是草率结婚，那么草率的封闭就是草率离婚。这么判断的原因很简单，谷歌把 Android开放出去的那一天， Android已经不属于谷歌。谷歌没有认识到这一点，还以为 Android只是自己的。合作伙伴对谷歌封闭政策的反应加强了我的判断结论。经济观察报报道，国内第一家生产基于 Android平台手机的设计公司创杨通信，近日已经被迫出售。创杨通信负责人给出的出售理由是， “因为不愿意甘当炮灰而选择放弃。 ”按照目前 Android3.0将统一界面的想法，未来的手机市场将出现毫无差异化的产品。这对于企业来说，几乎意味着不可避免的价格战。利润空间的微薄，导致合作伙伴生存环境恶劣。于是大量退出几乎是一种必然。除了为合作伙伴找到新的利益空间，谷歌还将面临开放阵营精神层面的声讨，这对谷歌的挑战会更大。如果说谷歌为了自己竞争的私利利用了开放，赢得了名声。那么，谷歌不能一脚把开放踢开，他现在还需要为这种名声买单。如果只顾自己收网，谷歌会被面临铺天盖地的道德谴责。谷歌，希望你准备好了，三思而行。木桶效应就是指一个水桶无论有多高，它盛水的高度取决于其中最低的那块木板。这在选购手机的时候也同样适用。尤其是很多用户在购买手机的时候， 都会专注于某一个参数，比如要求处理器主频要高达 1GHz，但一部手机的整机表现是由多个因素组成，所以在购买手机的时候一定要从整体的角度上来看一部手 机的性 除了处理器主频以外，其实还有很多影响整机表现的元素，比如运行内存 (RAM)、机身内存 (ROM)、操作系统、厂商对系统的优化都会有所影 响。不过在很多用户眼中，这几项却远没有处理器主频重要。而如果忽略这几项的话，可能买到一个主频很高，但整机性能却仍然不令人满意的机型。用户在 -财务部员工 老子不求人，人人求老子！于是乎，这帮狗屎们天天拽得好像自己是救世主是其他员工的再生父母一样，牛！超级牛！ 100牛！我活这么大了还真没看到过不牛的财务，这帮人其实在公司是同事们最不敢得罪、但更是最让人看不起，人际关系最差的一群人，当然，据我观察，也是离婚率最高的一类人。 最有城府最有心计的人 -人力资源部员工 每天的工作就是算计如何搞出用最小代价换取最大回报的提议来讨好老板，看谁不顺眼就想方设法算计如何在考核、薪酬奖金分配方面给他穿小鞋的鸟人。：智商最高情商最差的人 -研发部员工 技术过硬，为人木衲。上台发言三分钟 搞不出一句话来，向领导汇报工作结结巴巴没 更多精品文档请访问我的个人主页 /611696569谢，再见！个半小时理不出个头绪来。企业中最好管理的一群伪知识分子，可以被任意剥削，基本上不会反抗，或者从来就没有过反抗的意识 最吊儿郎当和无耻的人 -销售部员工 老板们财富的来源，老板们最想讨好的一群人，这群人其实也是最无耻公司内口碑最差却又人际关系最和谐的一群人。天天吊儿郎当的来公司报个到，调戏一下前台，和狐朋狗友打打电话， 10点不到就开始琢磨找借口出门拜见客户，其实下午就是上 所述，大家在选购手机的时候一定要综合考虑一款手机的硬件规格。除此之外，也不要把硬件看的太过重要，就比如苹果 iPhone 3GS在硬件配置上并不出众，但却在操控手感以及软件资源上目前难有机型企及。更高分辨率能获得更为逼真细腻的显示效果，所以对于屏幕的分辨率绝大多数人都会偏向于分辨率更高的机型。但对于笔者 所说的高分辨率未必是好事会有所怀疑。其实这里说的高分辨率 “不好 ”更多是指采用非主流的高分辨率机型。在此前，就有几款 “悲情 ”机型在分辨率上吃了不小 的亏。大名鼎鼎的 HTC Diamond就是一款颇具代表意义的机型， Diamond上市的手机市场还处于 QVGA时代、只有少数旗舰机皇采用 WVGA这样级别的屏幕，由于 HTC Diamond却采用了 VGA这一过渡型的分辨率，而也正是因为这一点， Diamond很多软件都未有支持或无法完美运行，可谓是一个不小的遗憾。除此之 外，曾经非常经典的 附赠人生心语 人生太短，聪明太晚 人生太短，聪明太晚 (1) 我们都老得太快 却聪明得太迟 把钱省下来，等待退休后再去享受 结果退休后，因为年纪大，身体差，行动不方便，哪里也去不成。钱存下来等养老，结果孩子长大了，要出国留学，要创业做生意，要花钱娶老婆，自己的退休金都被拗走了。 人生太短，聪明太晚 (2) 当自己有足够的能力善待自己时，就立刻去做，老年人有时候是无法做中年人或是青少年人可以做的事，年纪和健康就是一大因素。小孩子从小就告诉他，养你到高中，大学以后就要自立更生，要留学，创业，娶老婆，自己想办法，自己要留多一点钱，不要为了小孩子而活我们都老得太快却聪明得太迟，我的学长去年丧妻。这突如其来的事故，实在叫人难以接受，但是死亡的到来不总是如此。学长说他太太最希望他能送鲜花给他，但是他觉得太浪费，总推说等到下次再买，结果却是在她死后，用鲜花布置她的灵堂。这不是太蠢愚了吗？！ 等到 、等到 .，似乎我们所有的生命，都用在等待。 人生太短，聪明太晚 (3) 等到我大学毕业以后，我就会如何如何我们对自己说 等到我买房子以后！ 等我最小的孩子结婚之后！ 等我把这笔生意谈成之后！ 等到我死了以后 人人都很愿意牺牲当下，去换取未知的等待；牺牲今生今世的辛苦钱，去购买后世的安逸 在台湾只要往有山的道路上走一走，就随处都可看到农舍变精舍，山坡地变灵塔，无非也是为了等到死后，能图个保障，不必再受苦。许多人认为必须等到某时或某事完成之后再采取行动。明天我就开始运动，明天我就会对他好一点，下星期我们就找时间出去走走；退休后，我们就要好好享受一下。 人生太短，聪明太晚 (4) 然而，生活总是一直变动，环境总是不可预知，现实生活中，各种突发状况总是层出不穷。身为一个医生，我所见过的死人，比一般人要来得多。这些人早上