《传热学考试复习》PPT课件

传热学HeatTransfer,传热学,(1)研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递的机理、规律、计算和测试方法,(2)热量传递过程的推动力：温差热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给低温热源有温差就会有传热温差是热量传递的推动力,3,传热学与工程热力学的关系,(1)热力学+传热学=热科学,系统从一个平衡态到另一个平衡态的过程中传递热量的多少。,关心的是热量传递的过程，即热量传递的速率。,热力学：传热学：,图传热学与热力学的区别,(2)传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即始终从高温热源向低温热院传递，如果没有能量形式的转化，则始终是守恒的,4,热量传递的三种基本方式,导热(热传导)：conduction对流(热对流)：convection热辐射：radiation,5,导热Conduction,6,1导热的基本定律：傅立叶定律,：热流量，单位时间传递的热量W；A：垂直于导热方向的截面积m2；：导热系数（热导率）W/(mK)?热流矢量与温度梯度的关系?成正比，方向相反,7,导热系数,表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。在稳态导热中，决定物体内温度分布的是导热系数。,8,导热热阻的图示,如何削弱传热？采用导热系数较小的材料使导热热阻增加,9,时间条件：,稳态导热：导热过程的进行不随时间发生变化。（导热系数）非稳态导热：导热过程的进行随时间发生变化。因此，应该说明过程开始时刻物体内的温度分布。（导温系数）非正规状况阶段（起始阶段）、正规状况阶段、新的稳态,10,边界条件,第一类边界条件：已知任何时刻物体边界面上的温度值。第二类边界条件：已知任何时刻物体边界面上的热流密度。第三类边界条件：已知流体温度和表面传热系数。,11,对流换热Convection,定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。,2对流（热对流）(Convection),对流换热中边界层的示意图,13,(2)对流换热：,当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，他与单纯的对流不同，具有如下特点：a导热与热对流同时存在的复杂热传递过程b必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差c壁面处会形成速度梯度很大的边界层,14,15,对流换热的基本计算公式牛顿冷却公式,对流换热系数(表面传热系数),当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量,如何确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题,16,温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状况（层流或紊流）、流速的大小及其分布、表面粗糙度等温度场取决于流场,速度场和温度场由对流换热微分方程组确定：,连续方程、动量守恒方程、能量守恒方程,对流换热过程微分方程式,hx取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度,17,对流换热的影响因素,对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。其影响因素主要有以下五个方面：(1)流动起因;(2)流动状态;(3)流体有无相变;(4)换热表面的几何因素;(5)流体的热物理性质,18,管内强制对流换热,1.流动有层流和湍流之分层流：过渡区：旺盛湍流：,19,2.入口段的热边界层薄，表面传热系数高。层流入口段长度:湍流时:,层流抛物线,湍流对数曲线,20,管内对流换热的流态判定：Re,紊流：层流：,强化流体在管内对流换热的措施：在管内加内插物加大管内流体流速把圆管换成椭圆管,21,外部流动强制对流换热外部流动：换热壁面上的流动边界层与热边界层能自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。,横掠单管：流体沿着垂直于管子轴线的方向流过管子表面。流动具有边界层特征，还会发生绕流脱体。,22,边界层的成长和脱体决了外掠圆管换热的特征。,23,横掠管束换热,外掠管束在换热器中最为常见。通常管子有叉排和顺排两种排列方式。叉排换热强、阻力损失大并难于清洗。,影响管束换热的因素除Re，Pr数外，还有：叉排或顺排；管间距；管束排数等。,24,热辐射Radiation,25,热辐射,(1)定义：有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象,26,(2)热辐射特点,a任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b可以在真空中传播；c伴随能量形式的转变；d具有强烈的方向性；e辐射能与温度和波长均有关；f发射辐射取决于温度的4次方。,(4)辐射换热的特点,a不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量b在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换物体热力学能电磁波能物体热力学能,(3)辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的热辐射不同，就像对流和对流换热一样。,28,c无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温,29,（5）吸收、反射和穿透,当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透.,30,对于大多数的固体和液体：对于不含颗粒的气体：对于黑体：镜体或白体：,透明体：,反射又分镜反射和漫反射两种,镜反射,漫反射,31,黑体的定义：能吸收投入到其表面上的所有热辐射的物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温度下，黑体的吸收能力最强,黑体辐射的Stefan-Boltzmann定律：,，,两黑体表面间的辐射换热,32,角系数：,有两个表面，编号为1和2，其间充满透明介质，则表面1对表面2的角系数X1,2是：表面1直接投射到表面2上的能量，占表面1辐射能量的百分比。即,33,吸收比,物体对投入辐射所吸收的百分数，通常用表示，即,34,实际固体和液体的辐射特性,真实物体表面的发射能力低于同温度下的黑体；因此，定义了发射率(也称为黑度)：相同温度下，实际物体的半球总辐射力与黑体半球总辐射力之比:,35,漫表面(漫射表面)：指发射或反射的定向辐射强度与空间方向无关,辐射强度在空间各个方向上都相等.,灰表面(灰体)实际物体的理想化;其光谱发射率和光谱吸收率与波长无关,36,灰体的吸收率与波长有关吗？灰体吸收比都是同一个常数。其发射和吸收辐射与黑体在形式上完全一样，只是减小了一个相同的比例。灰表面的热阻:与表面粗糙度，表面尺寸，表面材料有关,37,表面同温度下的发射率等于其吸收率的表面为：漫灰表面漫灰表面:,38,传热过程和传热系数,1传热过程的定义：两流体间通过固体壁面进行的换热,2传热过程包含的传热方式：,导热、对流、热辐射,39,增强换热的主要方法：,扩展传热面改变流动状况：增加流速、加插入物扰动、旋转流动装置、射流方法3.使用添加剂改变流体物性：气流中添加少量固体颗粒、蒸汽或气体中喷入液滴4.改变表面状况：增加粗糙度、表面涂层改变表面结构,40,5.改变换热面的形状和大小6.改变能量传递方式：对流辐射板7.靠外力产生振荡，强化传热：使传热面或流体振荡、对流体施加声波或超声波，增加脉动、外加静电场加强电介质流体的混合,41,削弱换热的主要方法：,1、覆盖热绝缘材料：泡沫、超细粉末、真空2、改变表面状况：改变表面辐射特性