第四章-传热(第二次课)

1、Qt2t1r1rr2drL温度只沿半径方向变化，温度只沿半径方向变化，等温面为同心圆柱面。等温面为同心圆柱面。圆筒圆筒壁与平壁不同点是其面积随壁与平壁不同点是其面积随半径而变化。半径而变化。在半径在半径r r处取一厚度为处取一厚度为drdr的的薄层，若圆筒的长度为薄层，若圆筒的长度为L L，则则半 径 为半 径 为 r r 处 的 传 热 面 积 为处 的 传 热 面 积 为A=2A=2rLrL。1 1 单层圆筒壁的稳定热传导单层圆筒壁的稳定热传导三、圆筒壁的稳定热传导三、圆筒壁的稳定热传导drdtrLdrdtAQ21221ln2rrttLQ122121)()(rrttAbttAQmmLrrr

2、rrLAmm2ln)(212121212lnrrrrrm12121212ln22ln)(2AAAALrLrrrLAm式中式中 r rm m圆筒壁的对数平均半径，圆筒壁的对数平均半径，m m A Am m圆筒壁的内、外表面对数平均面积，圆筒壁的内、外表面对数平均面积，m m2 2 当当A A2 2/A/A1 122时，可认为时，可认为A Am m= =（A A1 1+A+A2 2）/2/2r1r2r3r4t1t2t3t4对稳定导热过程，单位时间内通过多层壁的热量对稳定导热过程，单位时间内通过多层壁的热量= =各单层壁所各单层壁所传导的热量。传导的热量。 以三层圆筒壁为例：以三层圆筒壁为例：假定各

3、层壁厚分别为假定各层壁厚分别为b b1 1= r= r2 2- - r r1 1，b b2 2=r=r3 3- r- r2 2，b b3 3=r=r4 4- r- r3 3；各层材料的导热系数各层材料的导热系数1 1，2 2，3 3皆视为常数；皆视为常数；层与层之间接触良好，相互层与层之间接触良好，相互接触的表面温度相等，各等温接触的表面温度相等，各等温面皆为同心圆柱面。面皆为同心圆柱面。2 2 多层圆筒壁的稳定热传导多层圆筒壁的稳定热传导12211ln2rrttLQ34433ln2rrttLQ23322ln2rrttLQ34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQnii

4、iiinrrttLQ1111ln1)(2例例 在一在一 60603.53.5mmmm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为的钢管外层包有两层绝热材料，里层为4040mmmm的氧化镁粉，平均导热系数的氧化镁粉，平均导热系数=0.07W/m=0.07W/m，外层为外层为2020mmmm的的石棉层，其平均导热系数石棉层，其平均导热系数=0.15W/m=0.15W/m。现用热电偶测得管内现用热电偶测得管内壁温度为壁温度为500500，最外层表面温度为，最外层表面温度为8080，管壁的导热系数，管壁的导热系数=45W/m=45W/m。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。试求每米管长的热损失及两层保温

5、层界面的温度。 34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQ解：每米管长的热损失解：每米管长的热损失此处，此处，r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07m r4=0.07+0.02=0.09mmwLQ/4.19107.009.0ln15.0103.007.0ln07.010265.003.0ln451)80500(14.32保温层界面温度保温层界面温度t t3 323212131ln1ln1)(2rrrrttLQ03.007.0ln07.010265.003.0ln451)500(14.324.

6、1913t解得解得 t t3 3=131.2=131.2 对流传热对流传热：是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密是依靠流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密切相关。切相关。 第三节第三节 对流传热对流传热一、对流传热的基本概念及类型一、对流传热的基本概念及类型传热过程传热过程高温流体高温流体湍流主体湍流主体壁面两侧壁面两侧层流底层层流底层湍流主体湍流主体低温流体低温流体q湍流主体湍流主体对流传热对流传热温度分布均匀温度分布均匀p层流底层层流底层导热导热温度梯度大温度梯度大p壁面壁面导热导

7、热(导热系数较导热系数较流体大流体大)有温度梯度有温度梯度不同区域的不同区域的传热特性：传热特性：温度温度距离距离TTwtwt热流体热流体冷流体冷流体传热壁面传热壁面湍流主体湍流主体湍流主体湍流主体传热壁面传热壁面层流层流底层底层层流层流底层底层传热方向传热方向对流传热示意图对流传热示意图式中式中 Q Q对流传热速率，对流传热速率，W W； A A传热面积，传热面积，m m2 2 T T热流体平均温度，热流体平均温度，； T TW W与热流体接触的壁面温度，与热流体接触的壁面温度，； t t冷流体的平均温度，冷流体的平均温度，； t tW W与冷流体接触的壁面温度，与冷流体接触的壁面温度，；

8、h h对流传热系数对流传热系数( (heat transferheat transfer confficient confficient) )，W/mW/m2 2K K（或或W/mW/m2 2）。）。 )(tthdAdQw上式称为上式称为牛顿冷却定律牛顿冷却定律，对流传热系数不是材料的物理性质。，对流传热系数不是材料的物理性质。一般用下式描述对流传热的基本关系：一般用下式描述对流传热的基本关系： 二、对流传热速率二、对流传热速率)(wTThdAdQ1 1流体的状态：流体的状态： 液体、气体、蒸汽及在传热过程中是否有相变。有相变时液体、气体、蒸汽及在传热过程中是否有相变。有相变时对流传热系数比无相变化时大的多；对流传热系数比无相变化时大的多； 2 2流体的物理性质：流体的物理性质： 影响较大的物性如密度影响较大的物性如密度、比热比热c cp p、导热系数导热系数、粘度粘度等。等。三、三、 影响对流传热系数的主要因素影响对流传热系数的主要因素 3 3流体的运动状况：流体的运动状况：传热热阻主要集中在层流底层，湍流使滞流底层厚传热热阻主要集中在层流底层，湍流使滞流底层厚度减薄，对流表面传热系数也就随之增大度减薄，对流表面传热系数也就随之增大。4 4流体对流的状况：流体对流的状况： 自然对流，强制对流。自然对流，强制对流。5 5传热表面的形状、位置及大小：传热表面的形状、位置及