传输原理-第10章冶金传输原理-传热2

冶金传输原理-传热上节内容回顾对流换热系数的单位、物理意义、影响因素对流换热能量微分方程的推导对流换热相似特征数的表达式及物理意义第10章对流换热10.1对流换热机理及影响因素10.2对流换热微分方程组10.3对流换热的准数方程式10.4强制对流换热的计算10.5自然对流换热的计算10.4强制对流换热-外掠平板1．层流边界层对流换热微分方程组N-S方程能量微分方程连续性方程边界换热微分方程普朗特数将温度场与速度场联系起来温度场与速度场完全一致10.4强制对流换热-外掠平板2．对流换热系数的近似积分解法一二三四通过边界层控制体的能量平衡，建立能量积分方程利用边界层特性，假定温度场分布求解能量积分方程求对流换热系数10.4强制对流换热-外掠平板局部值

努塞尔数斯坦顿数10.4强制对流换热-外掠平板平均值10.4强制对流换热-外掠平板适用条件

1）Pr>1气体：Pr=0.6～1.0近似适用液体金属：Pr=0.001～0.2不适用一般液体：Pr=1～50适用2）Re<5×105

3）定性温度例10-1P13910.4强制对流换热-外掠平板能量方程

傅里叶数温度场随时间的变化特征贝克来数温度场随空间的变化特征1．相似理论-模型实验法（1）利用相似转换法求相似特征数10.4强制对流换热-管内流动123努塞尔数表征对流换热作用强弱斯坦顿数表征对流换热作用强弱普朗特数将动量传输与热量传输联系起来边界换热微分方程

10.4强制对流换热-管内流动N-S方程强制流动状态惯性力/黏性力自然流动状态浮升力/黏性力10.4强制对流换热-管内流动（2）建立特征数方程稳定流动紊流强制对流换热自然对流换热（3）模型实验确定待定系数10.4强制对流换热-管内流动（4）经验公式管内紊流强制对流换热，以迪塔斯-波尔特公式最著名：m—液体被加热或气体被冷却时m=0.4液体被冷却或气体被加热时m=0.3定性温度为流体的平均温度Tf

—温差修正系数；—管长修正系数；—弯曲修正系数10.4强制对流换热-管内流动公式适用条件：1）紊流强制对流光滑直管

Re=104~1.2×105直管，管内为气体管内为液体10.4强制对流换热-管内流动弯管2）普朗特数：Pr=0.6~1203）温度差限制：气体水油类4）定形尺寸：管内径，非圆管用当量直径。10.4强制对流换热-管内流动n=0.4强化对流换热的措施：1）流体种类液体>气体2）提高流速v，减小管径d，流速效果>管径效果3）为减小圆管当量直径，可将圆管改为椭圆管4）增加表面粗糙度10.4强制对流换热-管内流动过渡流对流换热

Re=2300～104

层流对流换热

定性温度为Tf

；例10-3P14410.4强制对流换热-管内流动10.5自然对流换热自然对流换热特点Grashoff数表征浮力与粘性力的相对大小，自然对流换热中，反映自然对流对换热的影响。Gr值越大，引起对流的浮力相对于阻力越大，自然对流也越强烈。不依靠泵或风机等外力推动,由于流体内部存在温度差导致流体中质量力分布不均匀所引起的流动,称为自然对流。不均匀的温度场造成不均匀的密度场竖平壁上常物性自然对流Tw＝常量数学模型

边界层外流体压力为静压力

边界层外流体速度为零10.5自然对流换热驱动（受热层）摩擦力～浮升力被驱动（未受热层）摩擦力～惯性力向上流动的流体并不限于厚度为

T这一层流体，受热向上运动的流体层对外侧未受热流体的粘性拖曳作用，使未受热流体向上流动。10.5自然对流换热浮升力～惯性力摩擦力～浮升力在

T外，流体温度不变化，浮升力未零，粘性力引起的拖曳作用几乎不存在，流体不运动，速度分布和温度分布的宽度相同。10.5自然对流换热10.5自然对流换热自然对流换热经验公式：C、n取决于流动性质、表面形状、表面朝向查表11-2P146表面温度为常数的自然对流换热限制条件：

例10-4P147自然对流和强制对流的混合对流换热管内自然对流对强制对流换热的影响分析：=浮升力/惯性力自然对流的影响可忽略，纯强制对流换热纯自然对流换热混合对流换热10.5自然对流换热小结一、本课的基本要求1．掌握管内流动时的对流换热计算。2．掌握自然对流换热计算。二、本课的重点、难点重点：管内流动时的对流换热计算。难点：强化对流换热措施的分析。三、作业习题P1497、9、10、11主要内容：对流换热的分类及研究方法，牛顿冷却公式与对流换热系数，热边界层与对流换热机理，流体流过平板时对流换热，管内流动时的对流换热，自然对流换热。重点：牛顿冷却公式与对流换热系数，管内流动时的对流换热。难点：热边界层与对流换热机理。基本要求：掌握对流换热系数的物理意义，管内流动时的对流换热量计算；会计算自然对流换热量。本章小结

第11章辐射换热11.1热辐射的基本概念11.2热辐射的基本定律11.3固体和液体及灰体的辐射11.4黑体间的辐射换热及角系数11.5灰体间的辐射换热11.6气体辐射11.6对流与辐射共存时的热量传输11.1辐射换热的基本概念1．热辐射的特点可见光（0.38-0.76μm)

红外线（0.76-1000μm）热射线（0.1-100μm）辐射换热是指物体之间通过相互辐射和吸收进行的热量传输过程。物体由于自身温度引起的发射辐射能的现象,依靠热射线（电磁波）传递热量热辐射工程上的热辐射集中在0.76～40微米的红外线部分——红外线辐射。1不需要物质作传热媒介，而是依靠发射电磁波来传递热量。2伴随着能量形式的两次转化.辐射时:内能-辐射能吸收时:辐射能-内能3物体T＞0K，进行热辐射热辐射的特点11.1辐射换热的基本概念辐射能的吸收、反射和投射吸收热能

低温物体热能高温物体辐射能流（热射线）GGRGDGA穿透

与中间介质无关而由电磁波传输反射

11.1辐射换热的基本概念2．辐射能的吸收、反射与透过反射率11.1辐射换热的基本概念固体、液体：对辐射能的吸收只在物体表面薄层内进行，可认为其透射率：

=0气体：对热辐射几乎不能反射，即：

=0对称的双原子气体、纯净空气，可认为其基本不吸收辐射能，即

≈0体积辐射吸收率透过率表面辐射物体能将外界投射来的辐射能全部吸收－－黑体能量守恒原理吸收率反射率透射率物体能将外界投射来的辐射能全部反射入射角等于反射角－－镜体；漫反射－－白体外界投射到物体上的辐射能全部透过物体－－透明体一般固体、液体表面辐射

=0

+

=1一般气体体积辐射

=0

+

=111.1辐射换热的基本概念3.黑体模型空腔吸收率0.6小孔面积/空腔内表面积<0.6%小孔吸收率0.99611.1辐射换热的基本概念符号：符号：E

4.辐射力辐射力：发射物体每单位表面积、单位时间内向半球空间所发射的全部波长的能量。单色辐射力：若辐射能力仅指某波长λ下波长间隔dλ范围内所发射的能量。单位：W/m2单位：W/m2.μm11.1辐射换热的基本概念方向辐射力：某方向θ的能量EθW/m2.sr11.2热辐射的基本定律

1.普朗克定律

W/(m2·µm)维恩定律:λmax·T=2897.6µm·K揭示了黑体辐射能量按波长的分布规律<500~550℃600℃800~850℃1000℃1300℃

不发光暗红色鲜红色桔黄色亮白色应用：一定，光学高温计

红外温度计11.2热辐射的基本定律

2.斯忒藩—玻耳兹曼定律W/m2

Cb—黑体辐射系数，5.67，W/(m2·K4)

四次方定律全辐射高温计11.2热辐射的基本定律

3.基尔霍夫定律吸收率a表示物体相对于黑体的吸收能力黑度ε表示物体相对于黑体的辐射能力热平衡11.2热辐射的基本定律

3）,不能吸收的，也不能辐射；不能辐射的，也不能吸收。2）吸收能力强，辐射能力强；1）黑体,吸收能力最大，辐