第9章热量传递的基本方式ppt课件

1、公司公司 第九章第九章热量传递的基本方式热量传递的基本方式哈尔滨工业大学威海汽车工程学院本章主要内容及重点本章主要内容及重点v传热学的研究方法v简要介绍热量传递的基本方式v传热过程简介 1 1、基本概念、基本概念 2 2、基本定律、基本定律v传热学的研究方法传热学的研究方法v传热学研究中的基本假设传热学研究中的基本假设v 研究物体中温度、密度、速度等物理参数都研究物体中温度、密度、速度等物理参数都是空间的连续函数。是空间的连续函数。传热学研究方法传热学研究方法1.1.理论分析：数学分析理论分析：数学分析 求解偏微分方程求解偏微分方程 解析解精确解）解析解精确解） 是传热学理论分析的主要任务。是

2、传热学理论分析的主要任务。2.2.实验研究：通过实验测定实验研究：通过实验测定 是传热学的基本研究方法。是传热学的基本研究方法。3.3.数值模拟：通过计算机求解数值模拟：通过计算机求解 是数值传热学的研究内容，本课程不作介绍。是数值传热学的研究内容，本课程不作介绍。传热学要解决的主要问题传热学要解决的主要问题v计算传递的热量计算传递的热量v 增强传热：更好地散热。增强传热：更好地散热。v 削弱传热：更好地隔热。削弱传热：更好地隔热。v确定物体中各点的温度确定物体中各点的温度工具：工具： 高等数学高等数学确定物体中的温度分布确定物体中的温度分布是传热学研究的一个基本问题是传热学研究的一个基本问题

3、传热学是研究热量传递规律的科学传热学是研究热量传递规律的科学 热量传递的基本方式热量传递的基本方式l导热热传导）导热热传导）l (thermal conduction)l热对流热对流l (thermal convection)l热辐射热辐射l (thermal radiation)。9.1 9.1 导热导热 导热：指温度不同的物体各部分或温度不导热：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。热量传递现象。n必须有温差必须有温差n物体直接接触物体直接接

4、触n依靠分子、原子及自由电依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传子等微观粒子热运动而传递热量递热量n不发生宏观的相对位移不发生宏观的相对位移导热的特点：导热的特点：9.1 9.1 导热导热例如：大平壁的一维稳态导热例如：大平壁的一维稳态导热 0 xt tw2 tw1 特点：特点： 2.平壁温度只沿垂直于壁面的方向发生变化； 热流量：单位时间内通过某一给定热流量：单位时间内通过某一给定面积的热量。面积的热量。W Ww1w 2ttA气体液体非金属固体金属w1w 2ttqA热流密度热流密度 q qw1w 2ttAw1w 2ttAw1w 2ttRRA热阻网络热阻网络tw1tw2例如：大平壁的一维

5、稳态导热例如：大平壁的一维稳态导热欧姆定律欧姆定律傅里叶定律傅里叶定律9.2 9.2 热对流热对流热对流热对流:流体中气体或液体温度不同的各部分之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间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一一 处传递到另一处的现象。处传递到另一处的现象。对流换热对流换热:流体流过物体表面时，流流体流过物体表面时，流体与固体壁间的换热。体与固体壁间的换热。对流换热特点：对流换热特点：9.2 9.2 热对流热对流对流换热分类对流换热分类v没有相变：自然对流换热没有相变：自然对流换热 如：暖气如：暖气 v 强制对流换热强制对流换热 如：换热器如：换热

6、器v有相变：有相变： 液体沸腾液体沸腾 如：液体在热表面上如：液体在热表面上 v 蒸汽凝结蒸汽凝结 如：蒸汽在冷表面上如：蒸汽在冷表面上 thA 计算公式：计算公式：牛顿冷却公式：牛顿冷却公式： thq :h 比例系数，称表面传热系数或对流换热系数比例系数，称表面传热系数或对流换热系数 单位：单位： KmW2/:h不是物性参数不是物性参数对流换热的基本计算公式：对流换热的基本计算公式：牛顿冷却公式牛顿冷却公式 W f)(tthAw2fW/m )(tthqwh h 表面传热系数，表面传热系数，KmW2对流换热系数对流换热系数A A 与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积wt固体壁表面温度固体壁

7、表面温度 ft流体温度流体温度 9.2 9.2 热对流热对流2m表面传热系数表面传热系数h h的影响因素的影响因素 （1流体的物性热导率、粘度、密度、比热容等）； 一些对流换热的h数值范围 对流换热类型110 水自然对流换热2001000 空气强迫对流换热10100 水强迫对流换热10015000 水沸腾250035000 水蒸气凝结500025000这就是为什么这就是为什么JackJack冻死冻死了，而了，而RoseRose没有！没有！wf1ttAh1hRAhtw tfhR对流换热热阻对流换热热阻 = Ah(tw tf) wfhttR称为对流换热热阻，单位为称为对流换热热阻，单位为 W/K。

8、对流换热热阻网络：对流换热热阻网络：9.3 9.3 热辐射热辐射 辐射：辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式称物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。为辐射。热辐射：热辐射：物体会因为各种原因发出辐射能。物体会因为各种原因发出辐射能。其中因热的原因而发出辐射能的现象其中因热的原因而发出辐射能的现象为热辐射。为热辐射。电磁波谱电磁波谱v依靠电磁波传递能量依靠电磁波传递能量v不需要任何介质不需要任何介质v温度高于温度高于0K,0K,都有发射辐射粒子的能力。都有发射辐射粒子的能力。v物体间以热辐射的方式进行的热量传递是物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的。双向的。 热辐射的主要特点热辐射的主要

9、特点高温高温物体物体低温低温物体物体辐射换热不仅有能辐射换热不仅有能量转移量转移, ,还有能量形还有能量形式的变化式的变化辐射换热辐射换热辐射换热：辐射换热： 物体间靠热辐射进行的热量传递物体间靠热辐射进行的热量传递热能热能 辐射能辐射能 热能热能发射发射吸收吸收发射辐射能是物质的固有属性发射辐射能是物质的固有属性辐射换热的主要影响因素辐射换热的主要影响因素（1 1物体本身的温度、表面辐射特性；物体本身的温度、表面辐射特性； （2 2物体的大小、几何形状及相对位置。物体的大小、几何形状及相对位置。 4TA428/1067. 5KmW斯忒藩斯忒藩- -玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律T黑体的热力学温度黑

10、体的热力学温度斯忒藩斯忒藩- -玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数 计算方法计算方法小小 结结（1 1导热、热对流和热辐射三种热量传递基导热、热对流和热辐射三种热量传递基本方式往往不是单独出现的；本方式往往不是单独出现的； （2 2分析传热问题时首先应该弄清楚有那些分析传热问题时首先应该弄清楚有那些传热方式在起作用，然后再按照每一种传热传热方式在起作用，然后再按照每一种传热方式的规律进行计算。方式的规律进行计算。 （3 3如果某一种传热方式与其他传热方式相如果某一种传热方式与其他传热方式相比作用非常小，往往可以忽略。比作用非常小，往往可以忽略。 举举 例例9.4 9.4 传热过程简介传热过程简介指热量从

11、固体壁面一侧的流体通过固体指热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。壁面传递到另一侧流体的过程。 传热过程通常由导热、热对流、热辐射组合形成传热过程通常由导热、热对流、热辐射组合形成传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成: :9.4 9.4 传热过程简介传热过程简介通过平壁的稳态传热过程通过平壁的稳态传热过程 假设：假设： tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；为常数。 （2 2平壁的导热平壁的导热 w1w2ttAw1w2ttAw1w2ttR tw2 tw1 0 xt h1 tf1 h2 tf2 )(111wfttAh1111)(

12、Ahttwf111)(hwfRtt（3 3右侧的对流换热右侧的对流换热 2w2f2Ah ttw2f221ttAhw2f22httRf1f 21211ttAhAAhf1f 2kttRf1f 212hhttRRR12khhRRRRtw1 R1hR2hRtw2 tf1 tf2 传热热阻网络：传热热阻网络： 通过平壁的稳态传热过程通过平壁的稳态传热过程 关于传热系数关于传热系数 将传热热流量的计算公式写成将传热热流量的计算公式写成 f1f 2Ak ttAk t12111khh通过单位面积平壁的热流密度为通过单位面积平壁的热流密度为 f1f2qk ttf1f21211tthhf1f 21211ttAhA

13、Ah冬天，屋顶积雪冬天，屋顶积雪有助于房屋保温有助于房屋保温 第九章第九章 小结小结 （1掌握导热、热对流、热辐射三种热量传递基本掌握导热、热对流、热辐射三种热量传递基本方式的机理及特点；方式的机理及特点；（2掌握热流量、热流密度、导热系数、对流换热、掌握热流量、热流密度、导热系数、对流换热、表面传热系数、传热系数、热阻等基本概念；表面传热系数、传热系数、热阻等基本概念；（3灵活运用平壁的一维稳态导热公式、对流换热灵活运用平壁的一维稳态导热公式、对流换热的牛顿冷却公式、通过平壁的一维传热过程计算公式的牛顿冷却公式、通过平壁的一维传热过程计算公式进行相关的计算、分析。进行相关的计算、分析。作业：

14、作业：P142 9-1、9-2、9-4例例 题题 设冬天室内空气温度为设冬天室内空气温度为tf1tf1，室外空气温度为，室外空气温度为tf2 tf2 ，试在该两，试在该两温度不变的条件下，画出下列三种情形下从室内到室外空气温度温度不变的条件下，画出下列三种情形下从室内到室外空气温度分布的示意性曲线：分布的示意性曲线： （1 1室外平静无风。室外平静无风。 （2 2室外冷空气以一定流速吹过砖墙表面。室外冷空气以一定流速吹过砖墙表面。 （3 3除了室外刮风，还要考虑砖墙与四周环境间的辐射传热。除了室外刮风，还要考虑砖墙与四周环境间的辐射传热。 tw2 tw1 0 t h1 tf1 h2 tf2 xxt（1） （2） （3）tf1 tf2 t（1） （2） （3）tf1 tf2 例例 题题)(111wfttAh)(11wfttf1f 2Ak ttAk t室内：室内：tw1 tw2 其中：其中：h1、A、tf1不变不变假如：假如： 12111khhw1w2ttA三种情况，三种情况，h2不断增大，不断增大，k 直线越来