第6章传热及气体射流基本知识

1、第六章第六章 传热及气体射流基本知识传热及气体射流基本知识第一节 传热学基本知识第二节 传热过程第三节 气体射流简介第一节第一节 传热学基本知识传热学基本知识一、导热（热传导）l导热：是指温度不同的物体直接接触时，或同一物体温度不同的相邻部分之间所发生的热传递现象。 l热之所以能通过导热方式传递，是由于组成物体的微观粒子运动的结果。l在气体中，热传导主要依靠原子、分子的热运动；l在液体中，热传导主要依靠弹性波的作用；l而在固体中热传导主要依靠晶格振动和自由电子的运动。l固体平壁中进行的导热过程最为简单 。l平壁导热公式为 ： （6-1）l式中 Q：单位时间由导热体传递的热量，称为热流量（J/s

2、）或（W）； ：比例系数，称为导热系数，其意义是当沿着导热方向每米长度上温度降落1K时，单位时间通过每平方米面积所传导的热量（W/mK）。 ：平壁内外两则面的温度差 )/)/()/(222121mWmsJFQqWsJFQ或或或21将（6-1）写出一般的微分形式，得一维稳定导热的傅立叶定律表达式： （6-2）式中 ：沿x方向面积为F处的温度梯度。其它符号意义与式（6-1）相同。式中负号“”表示导热量和温度梯度方向相反。将式（6-2）分离变量后可得 ： （6-3）)/)/()/(22mWsmJdxdqWsJFdxdQ或或或dxddqdx l将（6-3）积分，并代入边界条件：当x=0时， ；x=x时

3、， ，则得：所以即或 （6-3a）由此可见，求解方程（6-3a）后，就可求得平壁内部任意位置上的温度值。通常（ ）和均为常数，所以平壁中的温度分布是直线。1xxxddxq01)(1xqxqxx11xqxq应说明式（6-1）及（6-3a）仅适用于计算物体为单层无限大平面壁的热流量。在实际工程中还会遇到以下几种情况：（一）多层平壁l如房屋以红砖为主体砌成，墙壁内为白灰层，外抹水泥砂浆、磁砌罩面等均为多层平壁。如三层平壁导热，两侧表面均能维持稳定温度和，且各层之间结合严密，接触面温度分别为和，在稳定情况，通过各层的热流量是相等的，以三层平壁的每层可分别写出： （6-4a）式中 、 、 ：各层平壁导热

4、系数； 、 、 ：各层平壁厚度； 、 、 ：各层平壁导热热阻。)(1)/()(1)/()(1)/(433,434433433322,22322322211 ,11211211RFFQRFFQRFFQ1231231 ,R2,R3 ,R化简（6-4a）得： （6-4b）把式（6-4b）各等式前后相加并整理可得： （6-4c）式中 ：为三层平壁总热阻。 对于n层平壁导热，则可直接写出： （6-4）QRQRQR3 ,432,321 ,21)(31,413 ,2 ,1 ,41WRRRRQii31,iiR)(1,11WRQniin（二）单层非平行壁面导热 如圆管的稳定导热热流量时，则式（6-2）应为，通过

5、分离变量积分等运算后，可得圆管稳定导热计算式为： （6-5a）或通过单位长度管状的热流量为 ： （6-5b）式中 L管长（m）； d1、d2管内径和外径（mm）。)(122112ddnlQ21211121ddnlQq【例】某一供热锅炉炉墙由三层砌成，内层为耐火砖层厚=230mm，其导热系数=1.1W/（mK），最外层为红砖层厚=240mm，其导热系数=0.58W（mK），内外层之间填石棉隔热层，原=50mm，其导热系数=0.10W/（mK），已知炉墙最内和最外两表面温度 =500和 =50。求通过炉墙的导热热流量值。l【解】依题意，先计算各层面导热热阻值，可得代入上式（6-4）可得单位面积热流

6、量为：14WKmR2111 ,21. 01 . 123. 0WKmR2222,5 . 01 . 005. 0WKmR2333 ,41. 058. 0024. 02/78.40141. 050. 021. 050500mWFQ二、热对流和对流换热l热对流：温度不同的流体各部分之间发生相对位移，把热量从高温处带到低温处的热传递现象。l对流换热：流动着的流体与温度不同的壁面接触时，它们之间所发生的热传递现象。l对流换热又分为受迫对流和自然对流（或自由对流）换热。 l对流换热的计算，称为牛顿冷却定律，其方程式为 (6-6)式中 Q：对流换热量（W）或（J/s）； A：与流体接触的壁面换热面积（m2）；

7、 ：流体和壁面之间的温差（K）或（）； ：对流换热系数或放热系数J/(sm2K)；或W/（m2K），它表示在单位时间内，当流体与壁面温差为1K时，流体通过壁面单位面积所交换的热量。其大小表征对流换热的强弱。)/)/()/(22mWmsJTqWsJATQ或或或T三、热辐射及辐射换热l辐射能投射到物体上的能量，一般说来，部分可能被吸收，部分可能被反射，另部分可能穿透过物体。三者的百分比如以 、 、 表示，则 =1l 、 和 分别称为物体的吸收率、反射率和透射率。l绝对黑体：对于投射于其上的波长的能量，能全部吸收的理想物体，称为绝对黑体，简称黑体。l黑体的辐射能力为 E0= C0T4 (6-7) E

8、0：黑体单位时间内单位面积向外辐射时的能量，W/m2 ，称为黑体的辐射力。 C0：黑体的辐射常数，5.6710-8 W/（m2K4） 。 T： 绝对温度，K。l上式称为斯蒂芬-玻尔兹曼定律，又称四次方定律。可改写成： （6-8）400)100(TCE l灰体：对投射来各种波长的射线均同程度吸收的物体，也即是其表面吸收率与波长无关的物体。 l大多数实际固、流体表面很接近灰体性质，因而人们把实际物体当作灰体处理 。其辐射力为： 式中C：为灰体实际物体的辐射系数。l引入辐射率，上式改写成： （6-9）式中 ：物体的辐射率，又称为黑度，数值在01之间。4)100(TCE 040)100(ETCE第二节第二节 传热过程传热过程l实际换热过程往往是两种或三种基本换热方式同时出现的复杂过程。工程领域内经常遇到的是高温流体通过固体壁把热量传给低温流体。这种过程称为传热过程。 第三节第三节 气体射流简介气体射流简介l流体以较高的速度（属于紊流流态）经孔口、管嘴