热力学第四章1-2

1、2022-2-31第四章第四章 热量传递的基本理论热量传递的基本理论 传热学传热学研究热量传递规律的科学。研究热量传递规律的科学。传热的动力传热的动力温差。温差。(热力学第二定律热力学第二定律)任务任务: 1) 温度分布温度分布 (和热力学的区别和热力学的区别) 2) 传热速率传热速率稳态热传递过程：物体中各点温度不随稳态热传递过程：物体中各点温度不随时间改变：时间改变：非稳态热传递过程：物体中各点温度随非稳态热传递过程：物体中各点温度随时间改变。时间改变。非非稳态如：起动、停机。稳态如：起动、停机。 2022-2-322 传热学的基本任务传热学的基本任务 求解温度分布求解温度分布 计算热量传

2、递的速率计算热量传递的速率 热力学热力学 + 传热学传热学=热科学热科学(Thermal Science) 系统从一个平系统从一个平衡态到另一个衡态到另一个平衡态的过程平衡态的过程中传递热量的中传递热量的多少。多少。 关心的是热关心的是热量传递的过量传递的过程，即热量程，即热量传递的速率。传递的速率。水，水，M220oC铁块铁块, M1300oC热力学：热力学：tm , Q 传热学传热学)( );,( fQzyxft 2022-2-334-1 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式 热量传递基本方式：热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射热传导、热对流、热辐射2022-2-34导热、对

3、流、热辐射导热、对流、热辐射1、导热（热传导）：物体各部分之间不、导热（热传导）：物体各部分之间不发生相对位移而产生的热量传递。发生相对位移而产生的热量传递。如：高温部分如：高温部分低温部分低温部分高温物体高温物体( (接触接触) )低温物体低温物体 2022-2-35导热的特点导热的特点必须有温差必须有温差物体直接接触物体直接接触依靠分子、原子及自由电子等微观粒子依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量热运动而传递热量不发生宏观的相对位移不发生宏观的相对位移2022-2-362022-2-371）导热机理：）导热机理：气体导热：是分子不规则热运动时相互气体导热：是分子不规则热运动时

4、相互碰撞的结果（温度越高，分子的运动动碰撞的结果（温度越高，分子的运动动能越大）。能越大）。导电固体：自由电子在晶格之间象气体导电固体：自由电子在晶格之间象气体分子那样运动。分子那样运动。非导电固体：晶格结构的振动，即原子、非导电固体：晶格结构的振动，即原子、分子在平衡位置附近的振动。分子在平衡位置附近的振动。液体：有不同观点：类似于气体；类似液体：有不同观点：类似于气体；类似于非导电固体。于非导电固体。 2022-2-382 2）付里叶定律：）付里叶定律：面积为面积为A A的平板，单位时间通过的导热量为的平板，单位时间通过的导热量为（符号中隐含单位）（符号中隐含单位） dxdtA 热导率，又

5、称导热系数，单位是热导率，又称导热系数，单位是W/(mK) 热流量，单位是热流量，单位是W。式中负号表示热量传递的方向同温度升高的方式中负号表示热量传递的方向同温度升高的方向相反。向相反。 t1t2 xtA2022-2-39热流密度热流密度q：单位时间内通过单位面积的热流量，单单位时间内通过单位面积的热流量，单位为位为W/m2dxdtAq0, 0qdxdt若若热量沿热量沿- -x方向传递。方向传递。 t t1t2 x2022-2-310热导率（导热系数）热导率（导热系数）(Thermal conductivity)表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，

6、与材料种类和温度有关。与材料种类和温度有关。气体液体非金属固体金属;)(398CmW纯铜;)(6.0CmW水）（空气CCmW20 )(026.0tqAx 2022-2-3112 2、热对流、热对流(Convection)1 1）热对流：由于流体的宏观运动，从而流体）热对流：由于流体的宏观运动，从而流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混而引起。对流必然伴随有导热（流体中分混而引起。对流必然伴随有导热（流体中分子热运动）子热运动）2 2）对流换热：流体流过一个物体表面时的热）对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程（这里我们只讨论对流换热）量传递过

7、程（这里我们只讨论对流换热）xyu 2022-2-312对流换热种类：对流换热种类： 自然对流：由于流体冷、热各部分密度不自然对流：由于流体冷、热各部分密度不同导致流体的运动而引起的传热（暖气片、同导致流体的运动而引起的传热（暖气片、人体静止时等）人体静止时等） 强制对流：流体的运动是由于水泵、风机、强制对流：流体的运动是由于水泵、风机、或其它压差作用而引起。或其它压差作用而引起。 相变对流：液体在热表面上沸腾；或蒸汽相变对流：液体在热表面上沸腾；或蒸汽在冷表面上凝结。在冷表面上凝结。 2022-2-3133 3）牛顿冷却公式：）牛顿冷却公式：对流换热的基本计算式对流换热的基本计算式 2W/m

8、thqh表面传热系数表面传热系数W/ (m2K)（主要任务）（主要任务） t流体和壁面的温差，约定永远为正。流体和壁面的温差，约定永远为正。流体被加热：流体被加热： fwttt流体被冷却：流体被冷却： wfttt2022-2-314大规模太阳能热气流综合发电大规模太阳能热气流综合发电2022-2-3152022-2-316研究对流换热研究对流换热的基本任务就的基本任务就是用理论分析是用理论分析或实验方法得或实验方法得出不同情况下出不同情况下表面传热系数表面传热系数的计算关系式。的计算关系式。Typical values of hProcessh(W/m2 - C)自然对流自然对流 气体气体 液

9、体液体强制对流强制对流 气体气体 液体液体 液态金属液态金属相变相变 沸腾沸腾 凝结凝结5 - 3020 - 100020 - 30050 - 20,0005,000 - 50,0002,000 - 100,0005,000 - 100,0002022-2-3173 热辐射热辐射(Thermal radiation)热辐射的定义与特点热辐射的定义与特点定义：定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递由热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象能量的现象特点：特点：a)任何物体，只要温度高于任何物体，只要温度高于0K，就会不停地，就会不停地向周围空间发出热辐射；向周围空间发出热辐射；b)可以在真空中传

10、播；可以在真空中传播；c)伴随能量形式的转变；伴随能量形式的转变；d)辐射能与温度和波长均有关辐射能与温度和波长均有关2022-2-318辐射换热的定义与特点辐射换热的定义与特点定义：物体间靠热辐射进行的热量传递定义：物体间靠热辐射进行的热量传递特点：特点：a)不需要介质的存在，在真空中就可以传递不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量；能量；b)在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能物体热力学能电磁波能电磁波能物体热力学能物体热力学能c)无论温度高低，物体都在不停地相互发射无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量电磁波能、相互

11、辐射能量2022-2-319 斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体。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。或称绝对黑体。（Black bodyBlack body）黑体的辐射能力与吸收能力最强。黑体的辐射能力与吸收能力最强。黑体向外发射的辐射能：黑体向外发射的辐射能：24mW TEb 绝对黑体辐射力绝对黑体辐射力 黑体表面的绝对温度（热力学温度）黑体表面的绝对温度（热力学温度） 斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数， bET )K(mW105.6742-8 K2022-2-320实际物体辐射能力：低于同温度黑体实际物体辐射能力：

12、低于同温度黑体24mW TE 实际物体表面的发射率（黑度），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。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特殊情况下的两表面辐射换热 42411TTA2022-2-321T1T2QA)(4241TTA2022-2-322例：一根水平放置的蒸汽管道， 其保温层外径d=583 m m ， 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=3.42 W /(m2 K), 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

13、算每米长度管道的总散热量。CtCtfw23,489 . 0解：解：（1 1）此管道的散热有辐射换热和自然对流换热两种。（2）把管道每米长度上的散热量记为ql2022-2-323)(,fwclttdhthdq)/( 5 .156)2348(42. 3583. 014. 3mW近似地取管道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：)(4241,TTdqrl)/(7 .274)27323()27348(9 . 01067. 5583. 014. 3448mW讨论： 计算结果表明， 对于表面温度为几上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

14、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2022-2-324一、基本定律一、基本定律1 温度场温度场定义定义某一瞬间，空间某一瞬间，空间( (或物体内或物体内) )所有各点温度分布所有各点温度分布的总称。的总称。温度场是个数量场，可以用一个数量函数来表温度场是个数量场，可以用一个数量函数来表示。示。温度场是空间坐标和时间的函数，在直角坐标温度场是空间坐标和时间的函数，在直角坐标系中，温度场可表示为：系中，温度场可表示为：),(zyxft t为温度为温度; x,y,z为空间坐标为空间坐标; -时间坐标时间坐标 第二节第二节 导热的基本定律和稳态导热导热的基本定律和稳态

15、导热2022-2-325分类分类 a)随时间划分随时间划分稳态温度场稳态温度场：物体各点温度不随时间改变。：物体各点温度不随时间改变。非稳态温度场非稳态温度场：温度分布随时间改变。：温度分布随时间改变。b)随空间划分随空间划分三维三维稳态温度场：稳态温度场：一维一维稳态温度场稳态温度场0t),(zyxft ),(zyxft 0t),(zyxft )(xft 2022-2-3262 等温面与等温线等温面与等温线定义定义等温面：温度场中同一瞬间同温度各点连成的等温面：温度场中同一瞬间同温度各点连成的面。面。等温线：在二维情况下等温面为一等温曲线。等温线：在二维情况下等温面为一等温曲线。特点特点a)

16、 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交温度不同的等温面或等温线彼此不能相交b)在连续的温度场中，等温面或等温线不会中在连续的温度场中，等温面或等温线不会中止，它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲止，它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲线），或者就终止与物体的边界上线），或者就终止与物体的边界上2022-2-3273 温度梯度（温度梯度（Temperature gradient）温度的变化率沿不同的方向一般是不同的。温温度的变化率沿不同的方向一般是不同的。温度沿某一方向度沿某一方向x的变化率在数学上可以用该方的变化率在数学上可以用该方向上温度对坐标的偏导数来表示，即向上温度对坐标的偏导数来表示，即0

17、limxttxx 温度梯度是用以反映温温度梯度是用以反映温度场在空间的变化特征度场在空间的变化特征的物理量。的物理量。 2022-2-328 系统中某一点所在的等温面与相邻等温面系统中某一点所在的等温面与相邻等温面之间的温差与其法线间的距离之比的极限之间的温差与其法线间的距离之比的极限为该点的温度梯度为该点的温度梯度，记为，记为gradt。 kztjytixtnntntLimgradtn0注：温度梯度是向量；正向朝着温度增加注：温度梯度是向量；正向朝着温度增加的方向的方向2022-2-3294 付里叶定律付里叶定律(Fouriers Law)第一章中给出了稳态条件下的付里叶定律，这第一章中给出

18、了稳态条件下的付里叶定律，这里可推广为更一般情况。里可推广为更一般情况。热流密度在热流密度在x, y, z 方向方向的投影的大小分别为：的投影的大小分别为： nqxttgradztqytqxtqzyx; t1 t2 0 x n dt dn t t+dt2022-2-330负号是因为热流密度与温度梯度的方向不一负号是因为热流密度与温度梯度的方向不一致而加上。致而加上。n - 是该点等温线上的法向单位矢量，指向是该点等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；温度升高的方向； q - 是热流密度矢量。是热流密度矢量。 5 导热系数导热系数定义定义傅利叶定律给出了导热系数的定义傅利叶定律给出了导热系

19、数的定义 :gradtq/w/m 导热系数在数值上等于单位温度梯度时的热流导热系数在数值上等于单位温度梯度时的热流密度的模（大小）。密度的模（大小）。2022-2-331导热系数的影响因素导热系数的影响因素导热系数是导热系数是物性参数物性参数，它与物质结构和状态密，它与物质结构和状态密切相关，例如物质的种类、材料成分、温度、切相关，例如物质的种类、材料成分、温度、 湿度、压力、密度等，与物质几何形状无关。湿度、压力、密度等，与物质几何形状无关。它反映了物质微观粒子传递热量的特性。它反映了物质微观粒子传递热量的特性。不同物质的导热性能不同：不同物质的导热性能不同：非金属金属气体液体固体12418

20、W (m C)金属合 金纯 金 属C)W/(m3025. 0非金属2022-2-332保温材料：保温材料：温度低于温度低于350度时度时热导率小于热导率小于0.12W/(mK) 的材的材料（绝热材料）料（绝热材料）同一种物质的导热系数也会同一种物质的导热系数也会因其状态参数的不同而改变。因其状态参数的不同而改变。一般把导热系数仅仅视为温一般把导热系数仅仅视为温度的函数，而且在一定温度度的函数，而且在一定温度范围还可以用一种范围还可以用一种线性线性关系关系来描述。来描述。 )1 (0bT2022-2-333二、二、 一维稳态导热一维稳态导热1 通过平壁的导热通过平壁的导热平壁的长度和宽度都远大于

21、其厚度，因而平板平壁的长度和宽度都远大于其厚度，因而平板两侧保持均匀边界条件的稳态导热就可以归纳两侧保持均匀边界条件的稳态导热就可以归纳为一维稳态导热问题。为一维稳态导热问题。2022-2-334从平板的结构可分为单层壁，多层壁和复合壁从平板的结构可分为单层壁，多层壁和复合壁等类型等类型 。a.单层壁导热单层壁导热 b.多层壁导热多层壁导热 c. 复合壁导热复合壁导热2022-2-335o xt1tt2)(12AttttqAR 导热热阻导热热阻r单位导热热阻单位导热热阻2022-2-336热阻：热阻：各种转移过程的共同规律：各种转移过程的共同规律：过程中的转移量过程中的转移量 = （过程的动力

22、）（过程的动力）/（过程的阻力）（过程的阻力）如电学中的欧姆定律：如电学中的欧姆定律： )()()(电阻电压电流RUI平板导热可类似写出平板导热可类似写出 ：)/(At/tqAR 导热热阻导热热阻r单位导热热阻单位导热热阻2022-2-337假设各层之间接触良好，可以近似地认为接合假设各层之间接触良好，可以近似地认为接合面上各处的温度相等面上各处的温度相等通过通过多层平壁的导热多层平壁的导热多层平壁：由几层不同材料组成多层平壁：由几层不同材料组成例：房屋的墙壁例：房屋的墙壁 白灰内层、白灰内层、水泥沙浆层、红砖（青砖）主体水泥沙浆层、红砖（青砖）主体层等组成层等组成qttqtr211111qt

23、tr32222qttr43333t2t3t4t1 qt1 r1 t2 r2 t3 r3 t42022-2-338总热阻为：总热阻为： 332211321rrrrt2t3t4t1 q334322321121ttttttq由和分比关系由和分比关系 33221141ttqt1 r1 t2 r2 t3 r3 t4推广到推广到n层壁的情况层壁的情况: niiinttq1112022-2-339问：现在已经知道了问：现在已经知道了q，如，如何计算其中第何计算其中第 i 层的右侧壁层的右侧壁温？温？第一层：第一层： 11122111)(qttttq第二层：第二层：22233222)(qttttq第第 i 层

24、：层： iiiiiiiiqttttq111)(t2t3t4t1 q2022-2-340 接触热阻接触热阻在推导多层壁导热的公式时，假定了两层壁面之在推导多层壁导热的公式时，假定了两层壁面之间是保持了良好的接触，要求层间保持同一温度。间是保持了良好的接触，要求层间保持同一温度。而在工程实际中这个假定并不存在。因为任何固而在工程实际中这个假定并不存在。因为任何固体表面之间的接触都不可能是紧密的。体表面之间的接触都不可能是紧密的。t1t2ttxt此时，两壁面之间只有接此时，两壁面之间只有接触的地方才直接导热，在触的地方才直接导热，在不接触处存在空隙。不接触处存在空隙。热量是通过充满空隙的流体的导热、

25、对流和热量是通过充满空隙的流体的导热、对流和辐射的方式传递的，因而存在传热阻力，称辐射的方式传递的，因而存在传热阻力，称为接触热阻。为接触热阻。 2022-2-341例：一锅炉炉墙采用密度为例：一锅炉炉墙采用密度为300kg/m3的水泥珍的水泥珍珠岩制作，壁厚珠岩制作，壁厚 = 100 mm，已知内壁温度，已知内壁温度t1=500，外壁温度，外壁温度t2=50，求炉墙单位面积、，求炉墙单位面积、单位时间的热损失。单位时间的热损失。解：材料的平均温度为：解：材料的平均温度为： t = (t1 + t2)/2 = (500 + 50)/2 = 275 由由p272附录附录A-12查得：查得： Ck

26、)W/(m000105. 00651. 0tk)W/(m0940. 0275000105. 00651. 0221W/m423)50500(1 . 00940. 0)(ttq2022-2-342例：一双层玻璃窗，高例：一双层玻璃窗，高2m，宽，宽1m，玻璃厚，玻璃厚3mm，玻璃的导热系数为，玻璃的导热系数为0.5 W/(m K)，双层，双层玻璃间的空气夹层厚度为玻璃间的空气夹层厚度为5mm，夹层中的空气，夹层中的空气完全静止，空气的导热系数为完全静止，空气的导热系数为 0.025W/(m K)。如果测得冬季室内外玻璃表面温度分别为如果测得冬季室内外玻璃表面温度分别为15和和5，试求玻璃窗的散热

27、损失，并比较玻璃，试求玻璃窗的散热损失，并比较玻璃与空气夹层的导热热阻。与空气夹层的导热热阻。解解 这是一个三层平壁的稳态导热问题。根据这是一个三层平壁的稳态导热问题。根据式式(4-14)散热损失为：散热损失为：3214133221141wwwwRRRttAAAtt2022-2-343如果采用单层玻璃窗，则散热损失为如果采用单层玻璃窗，则散热损失为 是双层玻璃窗散热损失的是双层玻璃窗散热损失的35倍，可见采用双层倍，可见采用双层玻璃窗可以大大减少散热损失，节约能源。玻璃窗可以大大减少散热损失，节约能源。W3 .3333003. 010W3 .945 . 02003. 0025. 02005.

28、05 . 02003. 0515可见，单层玻璃的导热热阻为可见，单层玻璃的导热热阻为0.003 K/W，而，而空气夹层的导热热阻为空气夹层的导热热阻为0.1 K/W，是玻璃的，是玻璃的33.3倍。倍。2022-2-3442 通过圆筒壁的导热通过圆筒壁的导热)ln()ln()(121211rrrrttttwwwrrrttdrdtww1)ln(122121221mW)ln(ddrrttrrtqwwW 2)ln( 2211221Rttlrrttrlqwwww2022-2-34521221mW)ln(ddrrttrrtqwwW 2)ln( 2211221Rttlrrttrlqwwww)ln()ln()

29、(121211rrrrttttwww长度为长度为 l 的圆筒壁的导热热阻的圆筒壁的导热热阻热流密度热流密度 q 与半径与半径 r 成反比！成反比！2022-2-346通过多层圆筒壁的导热通过多层圆筒壁的导热 由不同材料构成的多层圆筒壁由不同材料构成的多层圆筒壁带有保温层的热力管道、嵌套的金属管道和带有保温层的热力管道、嵌套的金属管道和结垢、积灰的输送管道等结垢、积灰的输送管道等 由不同材料制作的圆筒同心紧密结合而构成由不同材料制作的圆筒同心紧密结合而构成多层圆筒壁多层圆筒壁 ，如果管子的壁厚远小于管子的，如果管子的壁厚远小于管子的长度，且管壁内外边界条件均匀一致，那么长度，且管壁内外边界条件均

30、匀一致，那么在管子的径向方向构成一维稳态导热问题。在管子的径向方向构成一维稳态导热问题。 2022-2-347343432323212121212121rrnLttrrnLttrrnLtt31141121iiiirrnLtt31141121iiiilrrnttLQq单位管长的热流量单位管长的热流量 2022-2-348例例2-3 温度为温度为120的空气从导热系数为的空气从导热系数为 1 =18W/(m K)的不锈钢管内流过，表面传热系数的不锈钢管内流过，表面传热系数为为h1 =65 W/(m2 K), 管内径为管内径为d1 = 25 mm，厚度，厚度为为4 mm。管子外表面处于温度为。管子外

31、表面处于温度为15的环境中，的环境中，外表面自然对流的表面传热系数为外表面自然对流的表面传热系数为h2 = 6.5 W/(m2 K)。 (1)求每米长管道的热损失；求每米长管道的热损失； (2)为为了将热损失降低了将热损失降低80%，在管道外壁覆盖导热系，在管道外壁覆盖导热系数为数为0.04 W/(m K)的保温材料，求保温层厚度；的保温材料，求保温层厚度；(3)若要将热损失降低若要将热损失降低90%，求保温层厚度。，求保温层厚度。解：这是一个含有圆管导热的传热过程，光管解：这是一个含有圆管导热的传热过程，光管时的总热阻为：时的总热阻为： 2022-2-349221121112)/ln(1Ah

32、lddAhRC/W 6823. 10165. 05 . 6118)25/33ln(0125. 065121(1)每米长管道的热损失为：每米长管道的热损失为： W4 .626823. 115120Rt(2)设覆盖保温材料后的半径为设覆盖保温材料后的半径为r3，由所给条件，由所给条件和热阻的概念有和热阻的概念有 保温光管光管保温RR2 . 02022-2-3502 . 012)/ln(2)/ln(112)/ln(132223112112211211AhlddlddAhAhlddAh2 . 05 . 6104. 0)0165. 0/ln(18)25/33ln(0125. 06510165. 05 .

33、 6118)25/33ln(0125. 065133rr由以上超越方程解得由以上超越方程解得r3 = 0.123 m故保温层厚度为故保温层厚度为123 16.5 = 106.5 mm。2022-2-351(3)若要将热损失降低若要将热损失降低90%，按上面方法可得，按上面方法可得r3 = 1.07 m这时所需的保温层厚度为这时所需的保温层厚度为1.07 0.0165 = 1.05 m由此可见，热损失将低到一定程度后，若要再由此可见，热损失将低到一定程度后，若要再提高保温效果，将会使保温层厚度大大增加。提高保温效果，将会使保温层厚度大大增加。2022-2-352对于稳态、无内热源、第一类边界条件

34、下的对于稳态、无内热源、第一类边界条件下的一维导热问题，可以不通过温度场而直接获一维导热问题，可以不通过温度场而直接获得热流量。此方法对一维变物性、变传热面得热流量。此方法对一维变物性、变传热面积非常有效。积非常有效。由付里叶定律：由付里叶定律：dxdttA)(绝热绝热绝热绝热xt1t2变截面或变导热系数问题变截面或变导热系数问题求解导热问题的主要途径分两步：求解导热问题的主要途径分两步： 求解导热微分方程，获得温度场；求解导热微分方程，获得温度场；(1)根据根据Fourier定律和已获得的温度场计算热定律和已获得的温度场计算热流量；流量；2022-2-353dxdttA)(分离变量：（由于是

35、稳态问题，分离变量：（由于是稳态问题， 与与x无关）无关） dttAdx)(dttAdxxxtt)(2121绝热绝热绝热绝热xt1t21221)(ttdtttt21)()(21xxxAdxtt当当 随温度呈线性分布时，即随温度呈线性分布时，即 0bt时时2210ttb2022-2-3543 肋片导热肋片导热W 112121AhAAhttff为了增加传热量，可以采取哪些措施为了增加传热量，可以采取哪些措施?增加温差，但受工艺条件限制增加温差，但受工艺条件限制减小热阻：减小热阻：金属壁一般很薄金属壁一般很薄( 很小很小)、热导率很大，、热导率很大，导热热阻一般可忽略导热热阻一般可忽略增大增大h1、

36、h2，但提高，但提高h1、h2并非任意的并非任意的增大换热面积增大换热面积 A 也能增加传热量也能增加传热量tf1 h1 tw1 q tw2 h2 tf2 2022-2-355工程上经常采用肋工程上经常采用肋片（或翅片）来强片（或翅片）来强化换热。化换热。 肋片：依附于基础肋片：依附于基础表面上的扩展表面。表面上的扩展表面。2022-2-356肋片导热的特点：肋片导热的特点：在肋片伸展的方向上有表面的对流换热及在肋片伸展的方向上有表面的对流换热及辐射换热，因而热流量沿传递方向不断变化。辐射换热，因而热流量沿传递方向不断变化。肋片表面的所传递的热量都来自（或进入）肋片表面的所传递的热量都来自（或

37、进入）肋片根部，即肋片与基础表面的相交面。肋片根部，即肋片与基础表面的相交面。分析目的：得出温度场、热流量。分析目的：得出温度场、热流量。2022-2-357直肋直肋通过等截面直肋的导热通过等截面直肋的导热从图中取出一个肋片：设肋片与从图中取出一个肋片：设肋片与基础表面相交处（肋根）的温度基础表面相交处（肋根）的温度t0已知，周围流体温度为已知，周围流体温度为t ，肋，肋片与环境之间有热交换（对流、片与环境之间有热交换（对流、辐射）复合表面传热系数为辐射）复合表面传热系数为h。严格地说，肋片中的温度场是三维、稳态、无严格地说，肋片中的温度场是三维、稳态、无内热源、常物性、第三类边条的导热问题。但内热源、常物性、第三类边条的导热问题。但由于三维问题比较复杂，故此，在忽略次要因由于三维问题比较复杂，故此，在忽略次要因素的基础上，将问题简化为一维问题。素的基础上，将问题简化为一维问题。2022-2-358假定：假定：宽度宽度 l and H 肋片长度方向温度均肋片长度方向温度均匀匀 l = 1 大、大、 H，认为温，认为温度沿厚度方向均匀。度沿厚度方向均匀。0 xdx x x+dx1H s所以，所以， / 1/h，温度仅沿，温度仅沿x变化，于是我变化，于是我们可以把通过肋片的导热问题视为沿肋片方们可以把通过肋片的导热问题视为沿肋片方向上的一维导热问题。