第2章传热学基础

第2章热工学基本知识,建筑设备概论第2讲,第0节传热学的概述,一.传热学研究的对象传热学是一门研究热量传递过程规律的科学。传热是自然界中普遍存在的现象。凡是有温差处，就有热量从高温物体传向低温物体，所以热量传递就成为在自然界和生产过程中一种非常普遍现象。如高温工作介质以不同的方式向低温工作介质传递热量是空调系统、压缩制冷系统、采暖系统的最基本的热工现象,建筑围护也涉及传热问题。我国建筑物的墙体一般都没有采用隔热保温材料，使我国的采暖和空调的能耗过高，在推行低碳经济的今天，有好多工作要做。,二、传热的分类,热量传递过程分为稳态过程和非稳态过程两大类。（1）稳定热传递:物体中各点温度不随时间而改变的热传递过程。（2）非稳定热传递:物体中各点温度随时间而改变的热传递过程。各种设备在起动、停机和工况改变时的热传递过程则属于非稳态过程，而在持续稳定运行时的热传递过程属于稳态过程。所以大多数设备都可认为在稳定运行条件下工作。以后讨论的多为稳定热传递过程。,三.传热的基本方式,(1)导热:依靠分子、质子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象叫导热。也就是说：当物体内有温差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，通过物质微粒的热运动来传递热量，使热量从高温物体传向低温物体，或从同一物体的高温部分传向低温部分，,导热是物质的属性，导热过程可以在固体、液体及气体中发生。但在引力场下，单纯的导热只发生在密实的固体中。墙体等建筑物的围护结构，是固体的多孔介质，所以传热过程既存在导热，也存在对流换热，此外还有辐射换热，但由于对流换热和辐射换热占比例较小，所以墙体的传热过程一般按导热过程来设计。,(2)热对流:流体内部发生相对运动时，运动流体把自身具有的能量由一处转移到另一处的现象，叫热对流。它也是传热的另一种基本方式。因为有温度差，对流换热必然同时伴随热传导，工程上遇到的实际传热问题都是流体流过固体壁时的换热，是热对流和导热综合作用的复合换热，但一般就把流体与管壁的换热叫对流换热。(3)热辐射:所有具有一定温度的表面都以电磁波的形式发射能量，称为热辐射。凡温度高于绝对零度的物体，都可以发射同时也可以接受热辐射，来传递热量。,举例：“地源热能（泵）”新技术,近年来风靡全球的“地源热能（泵）”新技术就是人类科学利用传热的基本方式，来充分利用太阳能的典型例子。地源热泵系统是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47的太阳辐射能量，是人类可以利用的清洁可再生能源。,20C-26C,第一节导热,导热与物体内部的温度场有关，所以先来讨论温度和温度长。(1)温度定义：一般说来，温度是指用温度计对一个物体的冷或热的程度的度量。从微观上看，物体的温度反映了物体内部分子运动平均动能的大小。分子运动愈快，物体愈热，即温度愈高；分子运动愈慢，物体愈冷，即温度愈低。温度可用温度计来测量，常用的温度计有水银温度计、热电耦温度计和热电阻温度计等。,摄氏温度标度：以水的凝固点摄氏温度计为0，水在1个标准大气压下的沸点为100的温度标度。开氏温度标度：是用一种理想气体来确立的温度标度，它的零点被称为绝对零度。根据动力学理论，当温度在绝对零度时，气体分子的动能为零。为了方便起见，开氏温度计的刻度单位与摄氏温度计上的刻度单位相一致，也就是说，开氏温度计上的一度等于摄氏温度计上的一度，摄氏0为开氏温度计为273.15K。,(2)温度的单位：,(3)温度场,温度场定义:温度场是物质系统内某一时刻，空间各点温度分布的总称。非稳态温度场：在非稳态温度场（瞬态温度场）中，温度是空间坐标和时间()的函数。对三维非稳态温度场t=f(x，y，z,)。这是在此温度场中发生的导热为三维非稳态（瞬态）导热。稳定温度场：不随时间而变的温度场称为稳态温度场，即t=f(x，y，z)，此时的导热为三维稳态导热。对于稳态的二维温度场：为t=f(x，y)或t=f(x,z)或t=f(y,z);对稳态的一维温度场，则可分别表示t=f(x)或t=f(y)或t=f(z)。,地暖沿高度方向的温度分布,(4)等温面和等温线,等温面：温度场中某一时刻所有温度相同的点构成的面叫等温面。等温线：在二维、三维温度场中等温面与其它任意平面(如水平面、铅垂面)相交所得的一族曲线叫等温线。等温面、线的性质：同一瞬间，不同的等温面、线不可能相交。连续的温度场中，等温面、等温线连续。同一等温面、等温线上无温度变化，也就没有热量传递。热量传递只发生在不同的等温面、等温线之间。,(5)温度梯度,温度梯度定义：由于只有在温差作用下，才有热量的传递，所以热量传递只能发生在不同的两等温面（线）之间。实验表明：两个等温面（线）之间，以垂直于等温线的法线方向上的温度变化率为最大。这一方向上的温度变化率叫温度梯度。热流方向也就与温度梯度的方向刚好相反。温度梯度的数学表达式：,在直角坐标系中：举例：P15例2-1,x,t,t+t,t-t,等温线,二、热量,（1）热量与热流量定义：由于温差作用而通过接触边界传递的能量，称为热量。单位时间内，经面积F传递的热量叫热流量，通常用Q表示。（2）热量与热流量的单位：热量单位为千焦耳1千焦耳（kJ）=1000J1J(焦耳)1Nm(牛顿米)如100ml牛奶的热量为251千焦耳热量的又一种单位为千卡，也叫做大卡。等于1000卡,亦即1千克水在1个大气压下，温度升高1摄氏度所需的热量。1千卡4.19千焦耳，1千焦耳=0.2394千卡。热流量单位为w=1j/s,三、比热,（1）比热(质量比热)定义:1Kg质量物体温度升高（或下降）1K（或）所需要加入（或放出）的热量叫质量比热（简称比热）。,（2）比热的种类,定容比热（加热或冷却过程中容积不变）:定压比热（加热或冷却过程中压力不变）:换算关系：,空气Cp=1.005kj/(kgk),四.导热（傅立叶）定律,(1)导热定律（傅立叶定律）：定义单位时间内通过单位给定截面积的导热量叫热流密度。则：匀质的各向同性材料内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比。热流密度与温度梯度的方向相反，热流密度方向是顺温度降低的方向。,对于均匀的各向材料，在直角坐标系中热流密度的计算公式为：表示材料导热能力的系数，称导热系数。负号是因为热流有方向性，是以从高温向低温方向流动为正值，与温度梯度方向相反。,(2)导热系数,(a)导热系数定义：是指温度梯度为1/m时，在单位时间内通过单位面积的导热量。常见物质在0时的导热系数见表2-1。(b)导热系数物理意义：在稳定传热状态下当材料厚度为1m,两表面的温差为1时，在一小时内通过1m2截面积的导热量。导热系数大，表明材料的导热能力强。(c)影响材料导热系数数值的因素：材料的种类和结构：从表2-1可看出，同样是金属，纯银的导热系数要比铅高得多。如果是各向异性材料，导热系数还同方向有关。,温度：多数材料的导热系数随温度的变化而变化。金属的导热系数随温度的增加而减少；水和空气的导热系数随温度的增加而增加。密度：密度小（轻）的固体材料内部孔多，孔隙中的空气或其它一些材料的导热系数很小，故密度小的材料导热系数也小。良好的保温材料多呈纤维状或多孔结构，如岩棉、矿渣棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩泡抹塑料等。新型的加气混凝土导热系数(含水率10%)为0.164W/M。但密度太小，孔隙尺寸太大会引起空隙内空气对流加强，导热系数反而会增加。故某种材料在一定温度下，有一个最佳密度，此时导热系数最小。,湿度的影响：各种材料与潮湿的空气接触后，材料总会吸收一些水分，使空隙中充满了水，由于水的导热系数比空气大，所以材料受潮后，导热系数将增大。在低温条件下水还会结成冰，水和冰的导热系数分别为0.58W/（mK）、2.33W/（mK）都远大于空气的导热系数（0.03W/（mK），因此水或冰取代孔隙中的空气必然使其导热系数大大增大。所以，露天管道的设备保温时要采取防水防潮措施，外加保护层。特别是寒冷地区保温隔热时，更要注意这个问题。部分保冷材料要在露点温度下工作，容易结露结冰，所以保温材料需要与大气隔绝或增加保温材料厚度，以保证保温效果。,(d)隔热材料:导热系数小于0.12(W/mK)的材料叫隔热材料（绝热材料）。如石棉制品，泡沫混凝土，不流动的空气（常温常压下空气的导热系数为0.029W/mK，故静止空气具有很好的保温能力）等都是良好的隔热材料。常用建筑隔热保温材料的导热系数和密度见表2-2。,双层玻璃窗具有良好的隔热和隔音效果,五.平壁导热,（1）单层匀质平板导热大平壁导热是导热的典型问题，用导热定律求解。,外,定义：热阻R=/则热流密度：其中：t1-高温表面温度；t2-低温表面温度R-热量由平壁内表面传至外表面过程中的阻力，表示平壁抵抗热流通过的能力。在同样温差的情况下，热阻越大，通过材料的热量越小，围护结构的保温性能越好。,（2）多层平壁导热多层平壁由几层不同材料组成的平壁，见右图。如：双面抹灰的砖砌墙体。设平壁为三层，厚度分别为1、2、3，导热系数为1、2、3，各层通过的热量相同。,q=(t1-t2)/R1q=(t2-t3)/R2q=(t3-t4)/R3所以：(t1-t2)qR1(t2-t3)=qR2(t3-t4)=qR3三式相加得：t1-t4=q(R1+R2+R3)所以：q=(t1-t4)/(R1+R2+R3)推广到n层平板导热：热流密度q=(t1-tn+1)/Ri（多层平壁的总热阻等于各层热组的总和）,并且：t2t1+qR1t3=t2-qR2t4=t3-qR3,例：锅炉内层的耐火砖砌体1=350mm,1=1.4w/(m),外层红砖砌体3=250mm,3=0.7w/(m),中间隔热层2=50mm,2=0.14w/(m),锅炉内外壳体的温度分别为t1=900,t4=50。求：锅炉墙的热流密度q,及红砖墙的最高温度t3。解:,第三节对流换热,一.对流换热的概述（一）对流换热的特点运动流体把自身具有的能量由一处转移到另一处的现象叫对流换热，是一种复杂的热交换过程。它既包括流体分子之间的导热作用，也包括流体位移产生的对流作用。房间就是通过对流换热，使空调器出口温度与房间室温平衡。也把流体与固体壁之间的换热叫对流换热。工业设备中的冷却器和加热器的换热过程，都是对流换热。,（二）影响对流换热的因素,（1）流动的起因(a)自然对流运动:流体内部的温度变化引起的流体密度变化所产生的流动叫自然对流运动。它是由于温度差造成密度差，形成流体运动的。由于密度差造成的力叫浮力。流动内部的温度变化可能是流体边界之间的温差，也可能是固体边界与周围流体之间的温差。如：平板表面受热后，通过导热和辐射加热平板附近的空气层，使空气密度下降，热空气就上升，冷空气就下降来补充，形成自然对流。,在流体自由对流运动情况下的换热叫自然对流换热。自由对流的发生及其强度取决于过程的受热情况、流体种类、温度差以及空间大小和位置。如温度差影响密度差和浮力，温度差越大，自然对流换热强度也就越大。如太阳能热水器就是利用水箱和底部集热管之间的温度差，来形成水的自然对流来加热水箱中的水。当流动的空间尺寸很大时，就形成流体无限空间的自然对流换热。换热过程不受干扰。如：建筑物的外墙表面同大气的换热；室内散热器同室内空气的换热都属于无限空间的自由对流换热。,流体在狭小的空间中进行自由对流换热，冷热气流下沉和上升运动受到空间因素的影响，此时的自然对流叫有限空间的自由对流。导致的换热过程叫有限空间的自然对流换热。有限空间的自然对流换热，由于空间的局限性，使得冷热气流的上下运动互相干扰，情况比较复杂，效果要差一些。如：油热汀（ding)散热片中油同油以及油同固壁的自由对流换热就属于有限空间的自由对流换热。,(b)受迫对流换热流体在受到外力（如：风机、水泵、水压头）作用下产生的流动而诱发的对流换热叫受迫对流换热。一般情况下，发生受迫对流换热时，总也存在自由对流换热，只不过是量较小，可以忽略。受迫对流换热的种类有：管内的受迫对流换热：流体在外力的作用下在管内流动，从壁面吸收（或放出）热量，再通过管内流体流动，把热量带走，形成对流换热。流体在管内的受迫对流换热在工程上应用十分广泛。如：冷却塔中冷却水的换热过程、各种管式冷热流体换热器、燃气热水器的换热等。,流体圆管外横流过时的受迫对流换热:是流体横向流经管束时产生的对流换热，管束内一般在泵的作用下流过高温蒸汽或冷冻介质，使横向流过管束的流体被加热或冷却，再流向下游。包括外掠单圆管和光滑管束两中情况。如：空气通过空气加热器被加热的过程、烟气横向冲刷锅炉对束管的换热过程。,(2)流体流动状态：层流：主要靠导热进行热交换，对流换热效果差。热量传递的数值大小取决于流体的导热系数。湍流：只有在速度边界层的层流底层中是依靠导热转移热量的，在其区域主要靠流体各部分的剧烈位移进行热交换,主要是对流换热，换热效果好。因此，要增强换热效果，从某种意义上讲，可用增加流体速度的方法来实现，即使流动处于湍流状态，来加强对流换热。,（3）流体的物理特性：,导热系数影响：导热系数大，流体与管壁的热阻小，换热就强烈。比热Cp和密度的影响：比热和密度大的流体，单位体积能携带更多的热量，使对流换热所传递的热量提高。如：水的对流换热效果比空气强烈。动力粘度影响：影响流体转变为湍流流态的时机和边界层中层流底层的厚度。流体的粘性大，层流底层的厚度就大，换热效果差。,（4）换热表面的形状()和大小(l),换热器表面的大小，几何形状、表面粗糙度以及相对流体运动方向的位置因素等都直接影响对流换热的过程。例：流体圆管外横流过时的受迫对流换热中，圆管交叉型排列比顺排换热效果好。顺排的话，使后面的管子位与前排管子的尾迹区中，流过的流体少，换热效果自然差。,四.牛顿（对流换热）换热公式,当流体与固体壁面直接接触换热时，对流换热热流密度为：q=t其中：为表面传热系数具体计算方法略tw为管壁温度；tf为流体温度当流体被加热（twtf）时,取ttw-tf；当物体被冷却（twtf)时，取ttftw。则热流量Q=qF=tFF为换热表面的表面积（m2）,上式表明：当温度为tf的流体流过温度为tw表面积为F的固体壁时，当twtf时，对流传热的热流量Q与表面积F、流体和壁面的温差t和表面传热系数成正比。从上式可看出，对流换热过程的分析计算集中求解表面传热系数。从影响对流换热的因素分析可知，的影响因素很多，它是众多因素的函数：=f(cptftwl),F,流速,例：(例2-5改型)某空气加热器，由8排（每排16根）管束组成，管外径为20mm,每根长1.2米。空气横向流过管束进行换热，其表面传热系数为40.27w/m,管内水流温度为100，来流的空气的平均温度为20。求:热交换量Q。解：,第三节辐射换热,一、基本概念（1）辐射：物质是由分子、原子和电子等基本粒子所组成，当电子受激励和振动时，将产生交替变化的电场和磁场，并发出电磁波向空间传播，这就是辐射。发射辐射能是物质的固有特性。电磁波在介质中以光速传播，波的频率、波长与光速C有如下关系：C=（m/s）,（2）热射线：波长=0.1-100m的电磁波投射到物体上能产生热效应，故把它们叫做热射线。热射线包括部分紫外线、可见光和部分红外线。（3）热辐射：热射线的传播过程就形成热辐射。也就是说：由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射。对于工程上的辐射体，热力学温度在2000K以上，其热辐射主要是红外辐射，而可见光的能量占很少比例，通常可忽律不计。,（4）辐射换热：由于任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射，物体的绝对温度T越高，则辐射能力就越强。所以如果两物体温度不相同，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，其结果是热量从高温物体传给了低温物体，形成了物体之间的辐射换热。物体之间相互辐射和换热的总效果。即称为表面辐射传热，简称辐射传热。当辐射传热是在温度不同的物体之间进行时，辐射传热的结果是高温物体向低温物体传递热量。,热辐射换热是三种基本换热方式的一种方式，但同导热、对流有较大的区别：辐射换热不依靠物质的接触就可以进行热量传递。由于热辐射不必借助于如何介质，故可以在真空中传播；辐射传热过程伴随着能量形式的两次转化，热能-辐射能-热能。即物体的内能首先转化为电磁波能发射出去，当此波射到另一物体表面并被吸收时，电磁波能又转化为物体的内能（热能）。物体之间的辐射换热无时无刻不在进行，当物体与环境处于热平衡时，其表面上的热辐射仍在不停进行，但其辐射换热量等于零。,微波炉是利用远红外线来加热物体的。远红外线可以穿透塑料、玻璃及陶瓷制品，但却会被像水那样具有极性分子的物体吸收，在物体内部产生内热源，从而使物体比较均匀地得到加热。各类食品中的主要成分是水，因而远红外线加热是一种比较理想的加热手段。,(5)辐射强度：辐射强度I是指物体表面朝某给定方向、对垂直于该方向的在单位面积上，在单位时间、单位立体角内所发射的全波长（0）的总能量。单位：Wsr。（sr：球面度）（6）辐射力：辐射力E是指发射物体每单位表面积在单位时间内向半球空间所发射的全波长能量。单位：W。,（7）物体对热辐射的吸收、反射和穿透,当热辐射的能量投射到物体表面上时，和可见光一样，也发生吸收、反射和穿透现象。如图在外界投射到物体表面上的总能量G中，一部分被物体吸收，另一部分被物体反射，其余部分穿透过物体。反射又分镜反射和漫反射两种。当表面的不平整尺寸大于投入辐射的波长时，形成漫反射。一般工程材料的表面都形成漫反射。,能量守恒定律：物体对热辐射的吸收、反射和穿透的总和等于投射到物体表面热辐射的总能量。,讨论：物体的吸收率、反射率和穿透率与物体的性质、温度、表面状况和辐射能的波长等因素有关。多数工程材料是固体或液体，这些物体的吸收率很高，投射能量在距表面极薄的一层中就被吸收完毕，可认为无透射性，即：，+=1;上式表明，吸收能力强的物体，其反射能力一定差；反之亦然。辐射能投射到气体（不含颗粒）上时，与固体或液体不同，气体对辐射能则几乎没有反射能力，即，+=1。说明对气体来说，善于吸收的就不善于透射。在真空和大多数气体中热射线几乎可以完全穿透。,（a)若吸收率=1，则表示投射到物体表面上的辐射能可以全部被物体所吸收。这种物体称为绝对黑体，或简称黑体。内表面处于均匀温度的封闭空腔上小孔的辐射特性接近于黑体（射进小孔的射线在空腔内壁经过多次吸收和反射后，再由小孔射出的能量极小。白天从远处通过窗孔看房屋比较暗，就是黑体原理），烟煤=0.97，接近黑体。（b）若发射率，则表示投射到物体表面上的辐射能可以全部被物体所反射出去，这种物体称为绝对白体（简称白体）或镜体。如表面磨光的金属接近于镜体（=0.97）。,（8）黑体、白体、透明体,（c）若穿透率，则表示投射到物体表面上的辐射能可以全部穿透物体。这种物体称为绝对透明体，或透热体。在自然界中，并不存在绝对黑体、绝对白体和绝对透明体，这些都是假想的理想物体。实际物体只能或多或少地接近这些理想物体。需要注意的是，绝对黑体、绝对白体和绝对透明体都是对全波长射线而言，可见光只占全波长射线中的一小部分。所以在一般温度条件下，物体对外来射线的吸收和反射能力，并不能简单地按照物体的颜色来判断。如白布和黑布对可见光吸收率不同，但对红外线有相同的吸收率。雪对可见光外的热射线吸收能力则几乎接近于黑体。,常用的普通玻璃一般为透明材料，它只对波长为0.22.5m的可见光和近红外线有很高的透过率，而对波长为4m以上的远红外辐射的透过率却很低。因此，玻璃对太阳辐射中大部分波长的光可以透过，而对一般常温物体所发射的辐射（多为远红外线）则透过率很低。这样通过玻璃获取大量的太阳辐射，使室内物体吸收辐射而温度升高，但室内物体发射的远红外辐射则基本不能通过玻璃再辐射出去，从而可以提高室内温度。大气中二氧化碳含量的增加使地球气候变暖，也是同样的道理。,二、斯蒂芬-波尔兹曼定律（1）黑体的辐射能力在辐射换热计算中，确定黑体辐射力很重要。上式表明，黑体的辐射力同其表面温度的四次方成正比，说明辐射传热对温度异常敏感。,（2）灰体的辐射力以相同的吸收率吸收所有波长的热辐射能的物体叫灰体，灰体也是一种理想物体。当热射线的波长范围为0.38mm20mm时（红外波长范围），大多数的工程材料均可视为灰体。引入灰体的概念可以使辐射传热的计算大为简化。灰体的辐射特性与黑体近似，辐射力遵循斯蒂芬-波尔兹曼定律，但在同温度下其全辐射力低于黑体。C=CbCb=5.67w/(m2k4),叫物体的黑度(发射率），是灰体的辐射力与同温度下黑体的辐射力的比值。1，的影响因素：物体的种类、表面温度、表面状况（如粗糙度、表面氧化程度等）、波长。如：热水瓶内胆涂有水银，使很小。例：某钢板的黑度为0.85,温度为2000C，求：该钢板的辐热射力?解:将发热的钢板作为灰体处理。,（三）辐射隔热在工程中常碰到要对辐射换热的强度加以抑制的问题。常用的减少表面辐射换热的有效方法是采用在物体表面涂高反射率的涂层。或者在表面之间加设遮热板。理论上可以导出在两平行平板之间加一块与板面黑度相同的遮热板后，两平行平板之间的辐射换热量将减少一半。实际上如果选用黑度较高的材料（如铝箔）做遮热板，遮热效果更明显。此外水幕或水雾所形成的流动屏障也有非常好的遮热效果。（水对长波的热射线有较高的吸收率）,遮热板,第4节复合传热,一复合传热的过程：(1)复合传热的过程的定义：工程中的传热过程往往是导热、对流和辐射三种基本传热方式的组合。(2)复合传热的过程举例：室外热（冷）量通过墙面传给室内的传热的过程：夏天，室外热空气与外墙面是对流换热，阳光同外墙面进行辐射换热；热量通过固体壁面传到内壁，主要是导热；内壁面与室内冷空气又进行对流换热，内壁还同空气和室内其他物体进行辐射换热，使内外气温趋向平衡。,二.平板的复合换热（P44）,主要是研究流体将热量传给壁面后，通过壁面再将热量传给另一面流体的问题。(1)基本假定：辐射力很小，忽略不计，只考虑墙体内部导热和室内外空气和墙体表面的对流换热。墙体平面面积很大，中间部分的传热可简化成一维问题。在稳定的状态下，热流体传给冷壁面的热量，与通过平壁的导热量以及壁面传给冷流体的热量均相等。,(2)单层平板传热计算公式：,热阻是热转移过程中的阻力。温度一定时，热阻越小，通过平壁的热流通量就越大。,(3)通过多层平板的复合换热,例：P452-10,多层平板就是由几层不同材料叠加一起组成的复合板。假定层与层之间接触良好,没有附加热阻，则平壁导热的总热阻等于各部分热阻之和。可得：,由于传热与热传导系数、传热面积和物体的温差有关，所以增强传热的基本途径有以下几个方面(1)提高传热系数,减小传热面总热阻：减小传热面的总热阻可以分别从减小导热热阻、对流传热热阻和辐射传热热阻着手。如：优质的油热汀，就采用导热热阻小的矿物油，来提高热汀的热效率(2)增大传热面积：如采用肋片管和波纹管式换热面，从结构上来提高单位体积的传热面积。(3)加大传热温差:一些换热器可采用改变冷流体和热流体的温度差来实现增强传热。,三.传热过程及传热的增强与削弱,(1)改变流体的流动状况加大流体的流速，使之成为湍流流动。在管道的入口端加装金属丝和圆环等干扰物，破坏流体的边界层，来使传热增强。用机械或电子的方法使结构固体表面或流体产生振动，或利用声波或超声波使流体产生脉动，来加强换热。(2)改变流体的物理特性：如在气流中加入少量如石墨、铅粉等固体细粒，可使气体热容量提高。(3)改变换热表面情况：如增加管壁粗糙度，也可使传热增强。,(1)传热的削弱的途径：通过降低流动速度，改变表面状况（如在太阳能集热器表面涂上氧化铜或镍黑，使其具有较低的发射率）、使用导热系数小的材料增加热阻、加遮热板（在辐射换热中）来削弱传热。(2)保温隔热技术：(a)传统的保温隔热技术：是在传热表面包裹热绝缘材料，材料要求有较佳密度(或容重)、较小热导率、温度稳定性好、有一定的机械强度、吸水吸湿性小。如石棉、泡沫塑料、珍珠岩等。,(b)真空热绝缘技术：将设备的外壳作成具有夹层，夹层内两侧涂以反射率高的涂层（就象暖水瓶夹层涂水银一样），并把它抽成真空。夹层的真空度越高，热绝缘性能就越好（对流换热就越少）。一般真空抽至0.010.001Pa,在90300k温度下，导热系数为10-4w/(mC)。还可以在真空夹层中交替铺设高反射率的铝泊和导热系数低的玻璃纤维或充填珍珠岩、碳黑的物质来提高热绝缘性能。,第5节湿空气的热力学基础（补充）g）,一、湿空气定义：一般把含有水蒸气的空气叫湿空气，把完全不含水蒸气的空气叫干空气。大自然中的空气一般都为湿空气。在湿空气中，水蒸气的比例是不固定的，是随海拔、地区、季节、气候和湿源变化等多种条件的变化而变化。在一般情况下,空气中的水蒸汽的含量甚少,主要来自地球上的海洋、江河、湖泊表面水分的蒸发和各种生物的代谢以及某些生产工艺过程。,虽然湿空气中的水蒸气含量很小，但对人们的体感影响很大，如在南方，空气比较潮湿，湿衣服不容易干，夏天感到身上汗老不干。在冬天，由于比较潮湿，气温虽然不很低，也会感到很冷（阴冷）。空气中的水蒸气的含量对一些工业生产也会产生十分显著的影响。如纺织车间，相对湿度太小，会使棉纱变粗变脆，容易断头；太湿，棉纱会粘结，不好加工。因此从空气调节角度来看，空气潮湿度是我们十分关切的问题。,二.湿空气的状态参数：,湿空气的物理特性是由所组成的成分和状态有关。在建筑设备设计计算中湿空气的状态参数除了压力、温度外,还经常用到相对湿度、含湿量和焓等热力学参数。（1）湿空气的压力：(a)理想气体的假定：在热力学理论可推出，干空气和水蒸气都近似看成是理想气体。满足理想气体的状态方程：p=RT设1/=v（m3/kg）叫气体的比容（单位质量的体积）则P=RTR为气体常数。,又由于V（m3）=vm（体积等于比容乘以质量）故有：,Rg为干空气的气体常数Rg=287.3j/(kgk)Rv为水蒸气的气体常数Rv=461j/(kgk),(b)水蒸气的分压力：是指当湿空气中的水蒸气单独占有湿空气的体积并且具有与湿空气相同温度时所具有的压力。由于水蒸气分子撞击容器壁面的机会越多，表现出来的压力就越大。因此，水蒸气的分压力就反映了水蒸气含量的多少。(c)湿空气的压力：道尔顿定律指出：混合气体的压力等于各组成气体分压力之和。所以：湿空气的压力等于干空气分压力Pg与水蒸气的分压力Pv之和。,p=pg+pv,(d)水蒸汽饱和分压力Ps：在一定温度下，空气中的水蒸气含量越多，水蒸气的分压力就越大。当湿空气中水蒸气的数量达到饱和程度时，多余的水蒸气就会凝结成水，从空气中析出。水蒸汽在湿空气中达到饱和程度时对应的分压力叫饱和水蒸气分压力。把水蒸气达到饱和程度这种湿空气叫饱和湿空气，简称饱和空气。水蒸汽饱和分压力的影响因素为大气压和大气温度（干球温度）。大气压为0.1MPa时的水蒸汽饱和分压力值Ps见补表2-1