第6章 传热及气体射流基本知识.ppt

第六章传热及气体射流基本知识,第一节传热学基本知识第二节传热过程第三节气体射流简介,第一节传热学基本知识,一、导热（热传导）导热：是指温度不同的物体直接接触时，或同一物体温度不同的相邻部分之间所发生的热传递现象。热之所以能通过导热方式传递，是由于组成物体的微观粒子运动的结果。在气体中，热传导主要依靠原子、分子的热运动；在液体中，热传导主要依靠弹性波的作用；而在固体中热传导主要依靠晶格振动和自由电子的运动。,固体平壁中进行的导热过程最为简单。平壁导热公式为：（6-1）式中Q：单位时间由导热体传递的热量，称为热流量（J/s）或（W）；：比例系数，称为导热系数，其意义是当沿着导热方向每米长度上温度降落1K时，单位时间通过每平方米面积所传导的热量（W/mK）。：平壁内外两则面的温度差,将（6-1）写出一般的微分形式，得一维稳定导热的傅立叶定律表达式：（6-2）式中：沿x方向面积为F处的温度梯度。其它符号意义与式（6-1）相同。式中负号“”表示导热量和温度梯度方向相反。将式（6-2）分离变量后可得：（6-3）,将（6-3）积分，并代入边界条件：当x=0时，；x=x时，则得：所以即或（6-3a）由此可见，求解方程（6-3a）后，就可求得平壁内部任意位置上的温度值。通常（）和均为常数，所以平壁中的温度分布是直线。,应说明式（6-1）及（6-3a）仅适用于计算物体为单层无限大平面壁的热流量。在实际工程中还会遇到以下几种情况：（一）多层平壁如房屋以红砖为主体砌成，墙壁内为白灰层，外抹水泥砂浆、磁砌罩面等均为多层平壁。如三层平壁导热，两侧表面均能维持稳定温度和，且各层之间结合严密，接触面温度分别为和，在稳定情况，通过各层的热流量是相等的，以三层平壁的每层可分别写出：,（6-4a）式中、：各层平壁导热系数；、：各层平壁厚度；、：各层平壁导热热阻。,化简（6-4a）得：（6-4b）把式（6-4b）各等式前后相加并整理可得：（6-4c）式中：为三层平壁总热阻。对于n层平壁导热，则可直接写出：（6-4）,（二）单层非平行壁面导热如圆管的稳定导热热流量时，则式（6-2）应为，通过分离变量积分等运算后，可得圆管稳定导热计算式为：（6-5a）或通过单位长度管状的热流量为：（6-5b）式中L管长（m）；d1、d2管内径和外径（mm）。,【例】某一供热锅炉炉墙由三层砌成，内层为耐火砖层厚=230mm，其导热系数=1.1W/（mK），最外层为红砖层厚=240mm，其导热系数=0.58W（mK），内外层之间填石棉隔热层，原=50mm，其导热系数=0.10W/（mK），已知炉墙最内和最外两表面温度=500和=50。求通过炉墙的导热热流量值。【解】依题意，先计算各层面导热热阻值，可得代入上式（6-4）可得单位面积热流量为：,二、热对流和对流换热热对流：温度不同的流体各部分之间发生相对位移，把热量从高温处带到低温处的热传递现象。对流换热：流动着的流体与温度不同的壁面接触时，它们之间所发生的热传递现象。对流换热又分为受迫对流和自然对流（或自由对流）换热。,对流换热的计算，称为牛顿冷却定律，其方程式为(6-6)式中Q：对流换热量（W）或（J/s）；A：与流体接触的壁面换热面积（m2）；：流体和壁面之间的温差（K）或（）；：对流换热系数或放热系数J/(sm2K)；或W/（m2K），它表示在单位时间内，当流体与壁面温差为1K时，流体通过壁面单位面积所交换的热量。其大小表征对流换热的强弱。,三、热辐射及辐射换热辐射能投射到物体上的能量，一般说来，部分可能被吸收，部分可能被反射，另部分可能穿透过物体。三者的百分比如以、表示，则=1、和分别称为物体的吸收率、反射率和透射率。绝对黑体：对于投射于其上的波长的能量，能全部吸收的理想物体，称为绝对黑体，简称黑体。,黑体的辐射能力为E0=C0T4(6-7)E0：黑体单位时间内单位面积向外辐射时的能量，W/m2，称为黑体的辐射力。C0：黑体的辐射常数，5.6710-8W/（m2K4）。T：绝对温度，K。上式称为斯蒂芬-玻尔兹曼定律，又称四次方定律。可改写成：（6-8）,灰体：对投射来各种波长的射线均同程度吸收的物体，也即是其表面吸收率与波长无关的物体。大多数实际固、流体表面很接近灰体性质，因而人们把实际物体当作灰体处理。其辐射力为：式中C：为灰体实际物体的辐射系数。引入辐射率，上式改写成：（6-9）式中：物体的辐射率，又称为黑度，数值在01之间。,第二节传热过程,实际换热过程往往是两种或三种基本换热方式同时出现的复杂过程。工程领域内经常遇到的是高温流体通过固体壁把热量传给低温流体。这种过程称为传热过程。,第三节气体射流简介,流体以较高的速度（属于紊流流态）经孔口、管嘴或条缝向四方无限空间的静止气体喷射称为无限空间射流；如果