热工计算初步讲解

热工计算初步讲解汇报人：AA2024-01-20CATALOGUE目录热工计算基本概念热传导计算对流换热计算辐射换热计算热工实验与测量技术热工计算在工程中的应用01热工计算基本概念热工计算是热力学与传热学原理在工程技术中的应用，通过对热能传递与转换过程的量化分析，为优化设计和操作提供依据。热工计算的主要目的是预测和评估热能系统的性能，包括能量的转换效率、热损失、设备尺寸等，以指导工程师在设计和运行阶段做出合理决策。热工计算定义与目的目的定义表示物体冷热程度的物理量，常用单位有摄氏度（°C）、华氏度（°F）和开尔文（K）。温度热量比热容热导率热传递过程中所传递的能量，常用单位有焦耳（J）和千卡（kcal）。单位质量的物质温度升高1°C所需的热量，常用单位有J/(g·°C)和kcal/(kg·°C)。材料传导热量的能力，常用单位有W/(m·K)和Btu/(ft·h·°F)。热工参数及单位环境影响热工计算可以量化系统对环境的影响，如排放的废热、废气等，为环保设计和绿色能源利用提供数据支持。节能与优化通过热工计算，可以评估系统的能效并找出潜在的节能措施，对于提高能源利用效率和降低成本具有重要意义。设备设计热工计算可以为设备设计提供关键参数，如换热器、散热器、锅炉等的尺寸和性能要求，确保设备在满足功能需求的同时具有经济性和可靠性。安全运行对于涉及高温、高压等危险条件的热能系统，热工计算有助于预测潜在的安全风险并采取相应的预防措施，保障系统的安全运行。热工计算重要性02热传导计算温度梯度驱动热量自发地从高温区域向低温区域传递，直至温度平衡。热传导方式包括固体内部的热传导、流体中的热对流以及物体间的热辐射。热流密度与热通量表示单位时间内通过单位面积的热量，反映热传导的强弱。热传导基本原理稳态热传导物体内部温度分布不随时间变化，热流密度保持恒定。非稳态热传导物体内部温度分布随时间变化，热流密度也随时间变化。判别方法根据温度场是否随时间变化来判断热传导属于稳态还是非稳态。稳态与非稳态热传导03测量方法通常采用实验方法测量材料的热传导系数，如稳态法、瞬态法等。01热传导系数定义反映材料导热性能的物理量，数值上等于单位温度梯度下的热流密度。02影响因素材料的种类、温度、压力、湿度以及微观结构等因素都会影响热传导系数。热传导系数及影响因素通过数学分析求解热传导方程，得到温度分布的解析解。适用于简单几何形状和边界条件的问题。解析法采用有限差分、有限元等数值计算方法求解热传导方程，适用于复杂几何形状和边界条件的问题。数值法通过搭建实验装置模拟实际热传导过程，测量温度分布和热流密度等数据，验证理论分析和数值计算结果的准确性。实验法典型热传导问题求解方法03对流换热计算流体与固体壁面之间的热量传递过程，包括导热和对流两种方式。对流换热定义热量从高温壁面传递给流体，流体再将热量传递给低温壁面，同时伴随着流体的宏观运动。对流换热过程对流换热强度与流体物性、流动状态及壁面条件密切相关。对流换热特点对流换热基本原理强制对流由外部力（如风扇、泵等）驱动流体运动而产生的流动，如管道内的水流。自然对流与强制对流的比较自然对流强度较弱，受环境影响大；强制对流强度可控，适用于各种场合。自然对流由温度梯度引起的密度差而产生的流动，如室内外的空气流动。自然对流与强制对流对流换热系数及影响因素流体物性壁面条件如导热系数、密度、比热容等。壁面形状、粗糙度、材料等。对流换热系数定义流动状态温度差表示对流换热能力的大小，单位为W/(m^2·K)。层流或湍流，流速分布等。壁面与流体之间的温度差越大，对流换热系数越大。解析法通过数学分析求解对流换热问题的精确解，适用于简单几何形状和边界条件。数值法利用计算机进行数值计算，得到近似解，适用于复杂几何形状和边界条件。常用的数值方法有有限差分法、有限元法、有限体积法等。实验法通过实验手段测量对流换热系数和相关参数，为理论分析和数值计算提供验证和依据。典型对流换热问题求解方法04辐射换热计算热辐射基本概念物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。热辐射基本定律基尔霍夫定律、普朗克定律、维恩位移定律、斯特藩-玻尔兹曼定律。辐射换热过程物体间相互辐射和吸收的总效果。辐射换热基本原理030201123能够吸收投射到其表面上的所有热辐射能的物体。黑体辐射介于黑体和透明体之间的物体，既能反射也能吸收一部分热辐射能。灰体辐射黑体辐射能力最强，灰体次之，透明体最弱。黑体和灰体的比较黑体辐射与灰体辐射表示物体间辐射换热能力大小的物理量。辐射换热系数物体的发射率、温度、形状和相对位置等。影响因素根据物体的发射率和温度等参数进行计算。换热系数的计算辐射换热系数及影响因素求解两个物体间辐射换热的常用方法，通过计算角系数来确定物体间的辐射换热量。角系数法将多个物体间的辐射换热问题转化为网络问题，通过求解网络方程得到各物体间的换热量。网络法一种基于概率统计的数值计算方法，适用于复杂形状物体间的辐射换热问题。蒙特卡罗法将连续的物理问题离散化，通过求解离散化后的方程组得到问题的近似解。有限元法典型辐射换热问题求解方法05热工实验与测量技术热工实验目的和意义探究热力学基本定律和传热学基本原理了解热工设备的性能和工作原理掌握热工测量技术的基本原理和方法为热工计算提供实验依据和数据支持利用测温元件与被测对象达到热平衡后进行测量，如热电偶、热电阻等。接触式测温法利用物体的热辐射特性进行测量，如红外测温仪、辐射温度计等。非接触式测温法温度测量技术与方法通过测量加热或冷却过程中的热量变化来计算热量，如量热计法。直接测量法通过测量与热量相关的物理量来推算热量，如热流计法、热平衡法等。间接测量法热量测量技术与方法对实验数据进行分类、筛选和整理，剔除异常值和误差较大的数据。数据整理运用数学方法对实验数据进行处理和分析，如线性回归、方差分析等。数据分析将实验结果以图表、曲线等形式呈现出来，便于直观分析和比较。结果呈现撰写实验报告，包括实验目的、原理、步骤、结果分析和结论等。实验报告热工实验数据处理与分析06热工计算在工程中的应用热工设计要求根据建筑功能、地域气候特点，合理确定建筑体形系数、窗墙比等热工参数，优化建筑热环境。节能标准与规范遵循国家和地方相关节能标准与规范，确保建筑设计满足节能要求。建筑设计热工原则遵循节能、环保、舒适性的原则，确保建筑外围护结构具有良好的保温、隔热性能。建筑工程热工设计原则和要求设备热工性能评价根据工艺需求、设备热工性能及投资成本等因素，综合选择高效、节能的设备。设备选型依据设备运行与维护确保设备在良好状态下运行，定期进行维护保养，提高设备热工性能。对设备的热效率、热损失等热工性能进行评价，为设备选型提供依据。设备热工性能评价与选型依据节能减排政策要求国家和地方政府出台一系列节能减排政策，对工程建设提出更高要求。热工计算挑