传热学PPT课件

2020/5/24,1,传热学HeatTransfer,主讲：范爱武Email:faw,2020/5/24,2,思考题,1.冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。试解释原因。,2020/5/24,3,思考题,2.夏季在维持22的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22的室内工作时，却必须毛衣才觉得舒服。试从传热的观点分析原因。,2020/5/24,4,思考题,3.在深秋晴朗无风的夜晚，气温高于0，但清晨却看见草地披上一层白霜，但如果阴天或有风，在同样的气温下草地却不会出现白霜，试解释这种现象。,2020/5/24,5,思考题,4.请解释温室效应的形成原理。,2020/5/24,6,第一章绪论,1-1传热学概述1-2热量传递的基本方式1-3传热过程与传热系数,2020/5/24,7,1-1传热学概述,1传热学的概念,研究热量传递规律的一门科学，具体来讲主要有热量传递的机理、规律、计算和测试方法,2020/5/24,8,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,2020/5/24,9,1-2热量传递的基本方式,热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射,2020/5/24,10,1热传导（导热）,热传导的定义,物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生,温度不同的物体各部分之间或温度不同的各物体之间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而进行热量传递的现象,2020/5/24,11,导热的特点必须有温差物体直接接触依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量不发生宏观的相对位移,2020/5/24,12,2020/5/24,13,导热机理气体：气体分子不规则运动时相互碰撞的结果导电固体：自由电子运动非导电固体：晶格结构振动液体：兼有气体和固体导热的机理,2020/5/24,14,导热基本定律傅立叶定律,：热流量，单位时间传递的热量W；q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量；A：垂直于导热方向的截面积m2；：导热系数（热导率）W/(mK)。,1822年，法国数学家Fourier：,2020/5/24,15,当温度t沿x方向增加时，dt/dx0，q0，说明热量沿x减小的方向传递；反之，dt/dx0，q0，说明热量沿x增加的方向传递。,负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。,2020/5/24,16,热导率（导热系数）(Thermalconductivity),表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度有关。,2020/5/24,17,热流量与热阻,大平板稳态导热，由于是一维问题，且和q为常量，积分傅立叶定律：,2020/5/24,18,这里有必要引入热阻的概念。热量传递是自然界中的一种转移过程。各种转移过程有一个共同规律，就是：,导热热阻,单位导热热阻,2020/5/24,19,2020/5/24,20,2热对流,若流体有宏观的运动，且内部存在温差，则由于流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混而产生的热量传递现象称为热对流。若热对流过程使具有质量流量G的流体由温度t1处流至温度t2处，则此过程传递的热流量为：,热对流与对流换热,2020/5/24,21,流体中有温差热对流必然同时伴随着热传导，自然界不存在单一的热对流在日常生活及工程实践中，人们遇到更多的是流体流过一个温度不同的物体表面时引起的热量传递，这种情况称为对流换热。,2020/5/24,22,当实际流体流过物体表面时，由于粘性作用，紧贴物体表面的流体是静止的，热量传递只能依导热的方式进行；离开物体表面，流体有宏观运动，热对流方式将发生作用。所以，对流换热是热对流和导热两种基本传热方式共同作用的结果。对流换热的特点对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热，,2020/5/24,23,不是基本传热方式，导热与热对流同时存在的复杂热传递过程必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差对流换热的分类a)根据流动原因，分为：强制对流换热和自然对流换热。b)是否相变，分为：有相变的对流换热和无相变的对流换热,2020/5/24,24,2020/5/24,25,对流换热公式牛顿冷却公式,h表面传热系数,固体壁表面温度,流体温度,2020/5/24,26,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h是表征对流换热过程强弱的物理量影响h因素：流体的物性（导热系数、粘度、密度、比热容等）、流动的形态（层流、紊流）、流动的成因（自然对流或强制对流）、物体表面的形状、尺寸，换热时有无相变（沸腾或凝结）等。,2020/5/24,27,研究对流换热的基本任务就是用理论分析或实验方法得出不同情况下表面传热系数的计算关系式。,Typicalvaluesofh,2020/5/24,28,对流热阻(Thermalresistanceforconvection),2020/5/24,29,3热辐射(Thermalradiation),热辐射的定义与特点定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象特点：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)辐射能与温度和波长均有关,热力学能电磁波能热力学能,2020/5/24,30,斯蒂芬-玻尔兹曼定律,黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体。或称绝对黑体。（Blackbody）黑体的辐射能力与吸收能力最强。黑体向外发射的辐射能：,绝对黑体辐射力黑体表面的绝对温度（热力学温度）斯蒂芬-玻尔兹曼常数，,2020/5/24,31,实际物体辐射能力：低于同温度黑体,实际物体表面的发射率（黑度），01；与物体的种类、表面状况和温度有关。,特殊情况下的两表面辐射换热,2020/5/24,32,特殊情况下的两表面辐射换热,2.两个平行平板之间的辐射换热,1.小物体与包围它的大空间之间的辐射换热,2020/5/24,33,2020/5/24,34,例：一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径d=583mm，外表面实测平均温度及空气温度分别为，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42W/(m2K),保温层外表面的发射率问：（1）此管道散热必须考虑哪些热量传递方式；（2）计算每米长度管道的总散热量。,解：（1）此管道的散热有辐射换热和自然对流换热两种方式。（2）把管道每米长度上的散热量记为ql,2020/5/24,35,近似地取墙壁的表面温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射为：,讨论：计算结果表明，对于表面温度为几或几十摄氏度的一类表面的散热问题，自然对流散热量与辐射具有相同的数量级，必须同时予以考虑。,当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热,2020/5/24,36,1-3传热过程与传热系数,1传热过程,热量由热流体通过间壁传给冷流体的过程。,传热过程通常由导热、热对流、热辐射组合形成,k为传热系数，W/(m2oC)。在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差=1oC、传热面积A1m2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。,2020/5/24,37,2传热系数的计算,热流体tf1到tw1：,tw1到tw2：,tw2到冷流体：,2020/5/24,38,单位热阻或面积热阻,k越大，传热越好。若要增大k，可增大h，减小。,2020/5/24,39,例:一房屋的混凝土外墙的厚度为=200mm，混凝土的热导率为=1.5W/(mK)，冬季室外空气温度为tf2=-10,有风天和墙壁之间的表面传热系数为h2=20W/(m2K)，室内空气温度为