6章传热及气体射流基本知识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本章重点：,热量传递的基本方式：,导热,:,温度不同的物体相互接触是的热传导对流,:,热量随着流体的流动传递热量热辐射,:,依靠红外线传热传热过程和传热系数介绍建筑采暖工程必需的热量传递的基本知识第六章 传热及气体射流基本知识,辐射换热、,对流换热、,热传导,典型的传热设备,套管式换热器,典型的传热设备,单程列管式换热器,典型的传热设备,1-,壳体,2-,管束,3-,挡板,4-,隔板,双程列管式换热器,第一节,传热学基本知识,一、导热,(1),定义：,指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象,(2),物质的属性：,可以在固体、液体、气体中发生,(3),导热的特点：,a,必须有温差；,b,物体直接接触；,c,传热依靠分子热运动、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；,d,在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中3),导热的特点：,1.,气体传热依靠,分子热运动分子,运动速度增大，相互碰撞而传递热量；,2.,绝缘体固体导热主要,依靠晶格,的振动传递热量；,3.,导体的导热主要依靠,自由电子热运动,而传递热量；,4.,液体的导热一种是依靠晶格的振动传递热量理论。

另一种是依靠,分子热运动分子运动传递热量理论导热的基本定律：,：热流量：单位时间通过某一面积传递的热量,W,；,q,：,热流密度：单位时间通过单位面积传递的热量；,F,：垂直于导热方向的截面积,m,2,；,：,导热系数（热导率）,W/(m K),图,2-1,一维稳态平板内导热,0,x,dt,Q,导热量,导热系数,固体,液体,气体,导电体,绝缘,工程中需要传热加强的例子,:,暖气片、空调风机盘管，过水热，各种热水换热设备工程中需要传热减弱的例子,:,管道保温、墙体保温，窗户保温，人体保暖保温材料,：国家标准规定，温度低于,350,度时热导率小于,0.12W/(mK),的材料（绝热材料）,热电比拟,为热阻,传热可以用类似电路计算的方式进行串并联计算无限大平板,单位面积的传热热阻,则传热量为,(1),多层平壁,例题,例题,1-1,一块厚度,=50,mm,的平板，两侧表面分别维持在,材料为铜，,=375,w/(mK,);,材料为钢，,=36.4,w/(mK,);,材料为铬砖，,=2.32,w/(mK,),；,材料为铬藻土砖，,=0.242,w/(mK,),解：参见,图,2-1,及一维稳态导热公式有：,例题,铬砖：,硅藻土砖：,讨论：,由计算可见，由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差别，导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土砖的导热量大三个数量级。

因而，铜是热的良导体，而硅藻土砖则起到一定的隔热作用,铜：,钢：,（,2,）单层非平行壁面导热,由不同材料构成的多层圆筒壁，其导热热流量可按总温差和总热阻计算,通过单位长度圆筒壁的热流量,热电厂中有一直径为,0.2m,的过热蒸汽管道，钢管壁厚为,8mm,钢材的导热系数为,管外包有厚度为,m,的保温层，保温材料的,W/(m,K),，,管内壁面温度为,300,，保温层外壁面温度为,50,试求单位,例题,W/(mK)，,导热系数为,管长的散热损失W/m,解：这是一个通过二层圆筒壁的稳态导热问题钢管壁的导热热阻与保温层的导热热阻相比非常小，可以忽略,例题,二、热对流和对流换热,流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由,于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的,现象热对流,当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点：,a,导热与热对流同时存在的复杂热传递过程,b,必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差,c,壁面处会形成速度梯度很大的边界层,对流换热,牛顿冷却定律,为对流传热热阻,如：,对流换热的计算,表,0-1,一些表面传热系数的数值范围,对流换热类型,表面传热系数,h,W/(m,2,K),气体自然对流换热,110,液体自然对流换热,501000,气体强迫对流换热,20100,液体强迫对流换热,100015000,液体沸腾,250035000,蒸气凝结,500035000,三、热辐射及辐射 换热,(1),定义,：有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象,热辐射,(2),特点,：,a,任何物体，只要温度高于,0 K,，,就会不停地向周围空间发出热辐射；,b,可以在真空中传播；,c,伴随能量形式的转变；,d,具有强烈的方向性；,e,辐射能与温度和波长均有关；,f,发射辐射取决于温度的,4,次方。

3),生活中的例子：,a,当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比背面热；,b,冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时要舒服；,c,太阳能传递到地面,(5),辐射换热的特点,a,不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量,b,在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换,物体热能 电磁波能 物体热能,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传递，它与单纯的热辐射不同，就像对流和对流换热一样，,2.3.2,辐射能的计算,1,、,辐射换热的研究方法：,假设一种黑体，它只关心热辐射的共性规律，忽略其他因素，然后，真实物体的辐射则与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从而获得真实物体的热辐射规律,2,、,黑体的定义：,能吸收投入到其表面上的所有热辐射的物体，包括所有方向和所有波长，因此,相同温度下，黑体的吸收能力最强,.,图,2-3,两黑体表面间的辐射换热,3,、,Stefan-Boltzmann,定律,，,，,真实物体则为：,4,、,两黑体表面间的辐射换热,传热过程是指热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。

传热过程由三个相互串联的环节组成,:,高温流体,低温流体,固体,壁,（,1,）,热量从高温流体以对流换热（或对流换热辐射换热）的方式传给壁面；,（,2,）,热量从一侧壁面以导热的方式传递到另一侧壁面；,（,3,）,热量从低温流体侧壁面以对流换热（或 对流换热辐射换热）的方式传给低温流体第二节,传热过程和传热系数,1,传热过程的定义：,两流体间通过固体壁面进行的换热,2,传热过程包含的传热方式：,导热、对流、热辐射,辐射换热、,对流换热、,热传导,稳定传热方程,3,一维稳态传热过程中的热量传递,忽略热辐射换热，则,左侧对流换热热阻,固体的导热热阻,右侧对流换热热阻,上面传热过程中传递的热量为：,传热系数 ，是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关2.4.2,传热系数,单位热阻或面积热阻,a,k,越大，传热越好若要增大,k,，,可增大,c,h,1,、,h,2,的计算方法及增加,k,值的措施是本课程的重要内容,注意：,b,非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析法,1,冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显试解释原因解：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。

而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小（,20,，,1.0132510,5,Pa,时，空气导热系数为,0.0259W/mK,），,具有良好的保温性能而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显思 考 题,2,冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？,思 考 题,解：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自然对流换热（不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时）而空气的强制对流换热强度要比自然对流强烈因而在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些解：当其他条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加热阻，因此要达到相同的制冷室温度，必然要求蒸发器处于更低的温度，所以，结霜的冰箱耗电量更大思 考 题,3,利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？,4,有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却为使稀饭凉得更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？,解：从稀饭到凉水是一个传热过程显然，稀饭和水的换热在不搅动时属自然对流。

而稀饭的换热比水要差因此，要强化传热增加散热量，应该用搅动的方式强化稀饭侧的传热思 考 题,第三节 气体射流简介,（一）无限空间紊流射流的特征,（二）有限空间射流,。