上海交大传热学.ppt
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1、传 热 学 (Heat Transfer),传热学杨世铭、陶文铨编著,第三版,传热学,传热学 序论 导热基本定律及稳态导热 非稳态导热 导热问题的数值算法 对流换热 凝结与沸腾换热 热辐射基本定律及物体的辐射换热 辐射换热的计算 传热过程分析与换热器热计算,第一章 绪论,传热学与热力学的区别 传热学的研究对象 传热学应用实例,1-0 概 述,1-1 热量传递的三种基本方式,1 导热(热传导),(1) 导热的基本定律: 1822年,法国数学家Fourier:,1 导热(热传导)(续),(2) 导热系数 表征材料导热能力的大小,是一种物性参数,与材料种类和温度有关。,(3) 一维稳态导热及其导热热
2、阻 如图右图所示,稳态 q = const,于是积分Fourier定律有,以上结果在2-3 节中会进一步说明。,Q,1 导热(热传导)(续),图1-3 导热热阻的图示,(4) 一维稳态导热及其导热热阻,,(1) 对流换热的基本计算公式牛顿冷却公式,2 对流, 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量,影响h因素:流速、流体物性、壁面形状大小等,(2) 对流换热系数(表面传热系数),图16,(3) 对流换热热阻,3 热辐射,(1) 热辐射的研究方法:,黑体,黑体的定义,黑体的辐射控制方程,3 热辐射,(5) 辐射换热的特点,a 不需要中间介质; b 在辐射换热过程中伴
3、随着能量形式的转换 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能 c 无论温度高低,物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量;高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量;总的结果是热由高温传到低温,(4) 辐射换热:物体间靠热辐射进行的热量交换,它与单纯的热辐射不同,就像对流和对流换热类似。,(6) 两黑体表面间的辐射换热(参见图19):,3 热辐射,公式(19)不用看,因为用我们现在所学的知识还不能推导出来。,In-Class Problems,13,一维、稳态、无内热源的传热系统示意图如下,垂直黑板方向的尺寸为b(m).di表示高度,忽略接触热阻。 (1)画出等效热阻图 (2
4、)推导总热阻(等效热阻)、总传热系数以及总换热量公式 (3)给出左侧外壁面温度的计算公式,Quick Review,(1) 导热 Fourier 定律: (2) 对流换热 Newton 冷却公式: (3) 热辐射 Stenfan-Boltzmann 定律:,2 三种传热方式及各自的特点和公式:,1 传热学的定义和意义,3 传热过程的定义、传热过程分析、热阻的概念和分析方法?,Quick Review,4 导热系数、表面传热系数、Stefan-Boltzmann常数 ? 5 稳态传热和非稳态传热的特点及区别? 6 什么情况下热流恒定?什么情况下热流密度恒定?,判断对错并简述理由: 非稳态时,通过
5、导热物体的热流量恒定? 稳态时,通过导热物体的热流量恒定?,Quick Review,大纲要求,热量传递的基本方式及传热机理。 一维傅里叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义、单位。 牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义、单位。 黑体辐射换热的四次方定律基本表达式及其中各物理量的定义、单位。 传热过程及传热系数的定义及物理意义。 热阻的概念,对流热阻、导热热阻的定义及基本表达式。 接触热阻及污垢热阻的概念。 使用串联热阻叠加的原则和在换热计算中的应用。 对流换热和传热过程的区别。表面传热系数(对流换热系数)和传热系数的区别。 导热系数,表面传热系数和传热系数之间的区别。,第二章 导热基
6、本定律及稳态导热,2-1 导热基本定律 2-2 导热微分方程式及定解条件 2-3 通过平壁、圆筒壁、球壳和其它变截面物 体的导热 2-4 通过肋片的导热 2-5 具有内热源的导热及多维导热,2-1 导热基本定律,(1) 温度场:,三维非稳态温度场:,三维稳态温度场:,一维稳态温度场:,二维稳态温度场:,1 几个基本概念: 温度场、等温面、等温线、温度梯度、热流密度矢量,2-1 导热基本定律(续),(2) 等温线,(3) 等温面,图2-1 温度场的图示,(4) 等温面和等温线的特点,2 导热基本定律Fourier Law,对于一维情况, 对于三维直角坐标系情况,有,通用形式的Fourier La
7、w,图2-2 温度梯度,2-1 导热基本定律(续),2-1 导热基本定律(续),(1)物理意义:热导率的数值就是物体中单位温度梯度、单位时间、通过单位面积的导热量 。热导率的数值表征物质导热能力大小,由实验测定。,(2) 影响因素:物质的种类、材料成分、温度、湿度、压力、密度等,3 导热系数(热导率),A 气体的导热系数,特点:(a) 气体的导热系数基本不随压力的改变而变化 (b) 随温度的升高而增大 (c) 随分子质量减小而增大,B 液体的导热系数,特点:(a) 随压力的升高而增大 (b) 随温度的升高而减小,特点:纯金属: 合金和非金属:,金属的导热系数与温度的依变关系参见图2-7,C 固
8、体的导热系数,保温材料:国家标准规定,温度低于350度时导热系数 小于 0.12W/(mK) 的材料(绝热材料),图2-7 导热系数对温度的依变关系,2-2 导热微分方程式及定解条件,1 导热微分方程式的推导 为什么需要导热微分方程? 理论基础:Fourier 定律 + 能量守恒定律 导热微分方程式 下面我们来考察一个矩形微元六面体,如下图所示。,假设:(1) 所研究的物体是各向同性的连续介质 (2) 导热系数、比热容和密度均为已知 (3) 物体内具有内热源;强度 W/m3; 内热源均匀 分布;,2-2 导热微分方程式及定解条件,2-2 导热微分方程式及定解条件,根据能量守恒定律有: 导入微元
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