第四章 热量传递基础1.ppt

4 1概述 4 2热传导 4 2 1傅立叶定律 4 2 2导热微分方程 4 2 3一维稳态导热 4 2 4非稳态导热 幻灯片1目录 第四章热量传递基础 第四章热量传递基础 4 1概述 4 2热传导 4 2 1傅立叶定律 一 基本概念 4 2 1傅立叶定律 物性之一 与物质种类 热力学状态 T P 有关物理含义 代表单位温度梯度下的热通量大小 故物质的 越大 导热性能越好 一般地 导电固体 非导电固体 液体 气体T 气体 水 其它液体的 二 傅立叶定律 4 2 2导热微分方程 即 4 2 2导热微分方程 若 为常数 则 定解条件 4 2 2导热微分方程 由以上方程和边界条件 初始条件可数值求解温度场 但是 下面我们将重新从热量衡算出发求解一维稳态导热问题 4 2 3一维稳态导热 一维稳态时 一 无限大单层平壁一维稳态导热 无内热源 可见温度分布为直线 若 为常数 则 4 2 3一维稳态导热 薄壳衡算法 二 无限大多层平壁一维稳态导热 无内热源 4 2 3一维稳态导热 薄壳衡算法 思考1 若上述平壁的右侧与环境进行对流传热 设环境温度为t0 对流传热系数为 则传热量表达式如何 4 2 3一维稳态导热 薄壳衡算法 三 无限长单层圆筒壁一维稳态导热 无内热源 若 为常数 则 可见温度分布为对数关系 4 2 3一维稳态导热 薄壳衡算法 4 2 3一维稳态导热 薄壳衡算法 Q 常数 但q 常数 四 无限长多层圆筒壁一维稳态导热 无内热源 4 2 3一维稳态导热 薄壳衡算法 4 2 3一维稳态导热 薄壳衡算法思考 保温层越厚 保温效果越好吗 4 2 3一维稳态导热 薄壳衡算法 五 保温层的临界厚度 影响因素 接触材料的种类及硬度 接触面的粗糙程度 接触面的压紧力 空隙内的流体性质 接触热阻一般通过实验测定或凭经验估计 4 2 3一维稳态导热 薄壳衡算法 六 接触热阻 4 3对流传热 4 3 1理论分析法求 4 3 2实验方法求 4 3 3类比法求 对流传热系数小结 的数量级 幻灯片2目录 第四章热量传递基础 4 3对流传热 什么是对流传热 流动的流体与外界的传热 静止流体与外界的传热 强制对流 自然对流 的获得主要有四种方法 4 3对流传热 用因次分析法 再结合实验 建立经验关系式 把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比到热量传递过程 4 数值法 建立理论方程式 用数学分析的方法求出 的精确解或数值解 这种方法目前只适用于一些几何条件简单的几个传热过程 如管内层流 平板上层流等 连续性方程和N S方程 得到速度场 壁面处的速度梯度 壁面力 4 3 1理论分析法求 回忆 第一章范宁因子f的理论求解过程 引入 阻力系数 又称范宁因子 引入 摩擦因数 1 圆管内的稳定层流 的理论求解过程为 边界层是对流传热的主要热阻所在 4 3 1理论分析法求 影响 的因素主要有 1 引起流动的原因 自然对流和强制对流2 流动型态 层流或湍流3 流体的性质 cp 等4 传热面的形状 大小 位置 如圆管与平板 垂直与水平 管内与管外等5 有相变与无相变 cp或汽化潜热r 4 3 2实验方法求 因次分析法 格垃霍夫准数Gr是雷诺数的一种变形 表征自然对流时的 雷诺数 无因次数群 努塞特准数 表示导热热阻与对流热阻之比 4 3 2实验方法求 普兰特准数 反映物性的影响 一般 气体的Pr1 导温系数 SeealsoP192 故 4 3 2实验方法求 对流传热系数经验式 一 无相变时 当Gr 25000 需考虑自然对流对传热的影响 需乘上一个大于1的校正系数 4 3 2实验方法求 书P195式4 73 一 无相变时 Why 若使用条件不满足上述条件时 需修正 1 对于短管 L d 60 乘上一个大于1的校正系数 用式 4 75 2 当壁面与流体主体温差较大时 Nu 0 027Re0 8Pr1 3 w 0 14教材式4 74 3 非圆形管的强制湍流 上式仍可使用 但需将d换成de 4 弯管内 乘上一个大于1的校正系数 1 1 77 d R 式4 80 一 无相变时 3 流体在管壳间的对流传热 式4 84 3 管外的强制对流传热 1 流体横向流过单管传热 见图4 23 2 流体横向流经管束 管簇 的传热 式4 82 83 一 无相变时 C n为经验常数 4 自然对流 一 无相变时 式4 87a 4 3 2实验方法求 竖直壁面 层流 湍流 水平圆管外 层流 1 冷凝传热 P207式4 89 P208式4 95 P208式4 96 水平管束 膜状冷凝传热的强化 减薄冷凝液液膜厚度 选择正确的蒸汽流动方向 在传热面上垂直方向上刻槽或安装若干条金属丝等 第一排的 与单管相似 第二排的 比第一排小 第三排的 比第二排小 若干排后 基本上不变 平均 比单排的小 二 有相变