传热学第2章电子教案.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,*,第二章 稳态导热,导热微分方程：,稳态时满足：,常物性、稳态导热微分方程：,无内热源时常物性、稳态导热微分方程：,第一节 通过平壁的导热,应用领域：墙壁、锅炉壁面,一、第一类边界条件,1.单层平壁：,一维简化的假设条件：高度、宽度远大于厚度,常物性时导热微分方程组如下：,积分两次，得,：,代入边界条件解出,C,1,和,C,2,：,单层平壁的温度分布：,将,C,1,和,C,2,代入导热微分方程，得到：,单层平壁的热流密度：,上式对,x,求导，得到：,2.多层平壁可看作数个单层平壁相互串连,n,层平壁的热流密度：,第,i,层与第,i+1,层之间接触面的温度：,二、第三类边界条件,单层平壁的热流密度：,根据第一类边界条件时的结果:,（此时壁温,t,w1,和,t,w2,为未知,）,与以上两个边界条件共三式变形后相加,可消去,t,w1,和,t,w2，,得：,常物性时导热微分方程组如下：,多层平壁的热流密度：,第二节 通过复合平壁的导热,应用领域：空心砖，空斗墙,请同学们动脑筋思考:,空斗墙和空心砖内均存在导热系数很小的空气孔隙，因而保温性能一定会很好吗？为什么？,一维简化的假设条件：,组成复合平壁的各种不同材料的导热系数相差不是很大,近似计算式：,总导热热阻的计算方法划分单元，模拟电路,对于右图所示的复合平壁，,有以下两种处理方法：,a.,先串联再并联的计算方法：,b.,先并联再串联的计算方法：,两种处理方法结果并不完全相同，但均为合理结果,原因：将二维导热问题简化为一维导热问题，无论采取简化方法，,都必然会产生一定误差,复合平壁导热问题的注意点：,1,.,区域划分一定要合理，保证每个区域形状完全相同,3.对于各部分导热系数相差较大的情况，总热阻必须用二维热流影响的修正系数（教材表21）加以修正,2.每个单元的热阻必须使用总热阻，不能使用单位面积热阻,第三节 通过圆筒壁的导热,应用领域：管道,蒸汽管,热水管（95,70,，60,45,）,冷冻水管（7,12,）,蒸汽管道保温层,一、第一类边界条件,1.单层圆筒壁：,一维简化的假设条件,长度远大于壁厚，温度场轴对称,请同学们动脑筋思考:,管道保温层越厚，保温效果一定越好吗？,常物性时导热微分方程组如下：,积分一次，得,：,再积分一次，得,：,代入边界条件解出,C,1,和,C,2,：,将,c,1,和,c,2,代入导热微分方程，得到：,单层圆筒壁的温度分布：,通常更多情况下用直径代替半径：,将第一次积分的结果：,代入傅立叶定律：,得到：,单层圆筒壁的热流量：,长度为,l,的圆筒壁的热阻：,单位管长单层圆筒壁的热流量：,2.多层圆筒壁可看作数个单层圆筒壁相互串连,n,层圆筒壁的单位管长热流量：,二、第三类边界条件,常物性时导热微分方程组如下：,根据第一类边界条件时的结果:,（此时壁温,t,w1,和,t,w2,为未知,）,与以上两个边界条件共三式变形后相加,可消去,t,w1,和,t,w2，,得：,单层圆筒壁的单位管长热流量：,三、临界热绝缘直径,有绝缘层时的管道总热阻：,当,d,x,增大时：,增大,减小,可能增大,亦可能减小，,应具体分析,必须通过对函数求极值来判断,总热阻的变化规律,对,d,x,求导并令其为0:,从而得出：,临界热绝缘直径,a.,当,d,x,d,c,时,R,l,随,d,x,增大而增大,只有在,d,2,d,c,时，,才可能存在此情况,需要考虑临界热绝缘直径的场合：,d,2,较小时,较大时,h,较小时,应用实例：细管，电线,电线的绝缘层外直径小于临界热绝缘直径时，,可起到散热作用,第四节 具有内热源的平壁导热,应用领域：混凝土墙壁凝固,研究对象：厚度为2,的墙壁，内热源强度为,q,v,，,两边为第三类边界，中间为绝热边界，,取墙壁的一半为研究对象建立导热微分方程,常物性时导热微分方程组如下：,积分两次，得,：,代入边界条件解出,C,1,和,C,2,并代入导热微分方程，得到：,三类边界时具有内热源平壁的温度分布：,上式对,x,求导，得到：,三类边界时具有内热源平壁的热流密度：,当,h,趋于无限大时，得到：,一类边界时具有内热源平壁的温度分布：,第五节 通过肋壁的导热,肋壁的作用：加大散热面积，增强传热,应用领域：冷凝器、散热器、空气冷却器等,肋片的类型：,肋片散热器,肋片置于管道外侧的原因：,换热器或管道内侧流体一般多为流速较高的液体，,而换热器或管道外侧流体多为流速较低的气体，,大多情况下外侧对流换热热阻最大，,对整个传热过程起,支配,作用,一、等截面直肋的导热,一维简化的假设条件：,肋片的高度,l,远大于肋片的厚度,，,因而厚度方向温差很小，,负内热源的处理方法,将,y,方向的对流散热量,等效转化为负内热源,断面周长：,断面面积：,进行负内热源处理后等截面直肋导热微分方程组如下：,（假定肋端绝热）,定义：,令：,过余温度,使导热微分方程齐次化：,并解出其通解为：,代入边界条件求出,c,1,和,c,2,，,并代入通解，得出特解：,等截面直肋的温度分布：,肋端过余温度：,肋片散热量：,当考虑肋端散热时，计算肋片散热量时可采用假想肋高,代替实际肋高,l,一维温度场假定的检验：,肋高越大，肋的散热面积越大，因而采用增加肋高的方法可以增加肋的散热量。这种方法在实际换热器设计中是否可行？若可行，是否会有某些局限性？,请同学们思考一个问题:,二、肋片效率,提出此概念的目的衡量肋片散热的有效程度,肋片效率的定义：,肋片表面平均温度,t,m,下的实际散热量,假定肋片表面全部处在,t,0,时的理想散热量,其中肋片表面平均温度：,代入肋片效率定义，得到：,肋片效率计算式：,m,和,l,对肋片效率的影响分析：,b.,l,一定时，,m,越大,，,f,越低,a.,m,一定时，,l,越大，,越大，但,f,越低,采用长肋可以提高散热量，但却使肋片散热有效性降低,可采用变截面肋片设法降低,m,根据肋片效率计算散热量的方法（查线图法,）：,矩形及三角形直肋的肋片效率,环肋的肋片效率,从线图查出肋片效率,f,第六节 通过接触面的导热,接触热阻的形成原因,固体表面并非理想平整,接触热阻的概念,接触面孔隙间气体导致,两接触面之间存在温差,接触热阻的定义：,接触热阻的例子,镶配式肋片，缠绕式肋片,接触热阻的影响因素：,粗糙度,挤压压力,硬度匹配情形,空隙中介质的性质,表面尽量平整,减小接触热阻的措施：,两表面一软一硬,增加挤压压力,涂导热姆,第七节 二维稳态导热,应用领域：房间墙角，地下埋管，矩形保温层，短肋片,二维稳态导热微分方程：,二维稳态导热问题的研究手段：,解析法,数值法,形状因子法,地源热泵地下埋管,矩形风管保温层,一维无限大平壁的形状因子：,一维无限长圆筒壁的形状因子：,其他常见二维稳态导热情况的形状因子查教材表23,形状因子,S,的定义,将有关涉及物体几何形状和尺寸的因素归纳为一起，,使两个恒定温度边界之间的导热热流量具有一个统一的计算公式,几种导热过程的形状因子,第二章重点,：,1.各种稳态导热问题的数学模型和求解方法,2.临界热绝缘直径问题,3.肋片性能分析,