传热学课件总结.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,*,思考题：,1.,热量传递的基本方式及,传热机理。,2.,一维傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义。,3.,牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。,4.,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。,5.,传热过程及传热系数的定义及物理意义。,6.,热阻的概念,.,对流热阻,导热热阻的定义及基本表达式。,7.,接触热阻,污垢热阻的概念。,8.,使用串连热阻叠加的原则和在换热计算中的应用。,9.,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。,10.,导热系数,表面传热系数和传热系数之间的区别。,有一砖砌墙壁，厚为,0.25m,。已知内外壁面的温度分别为,25,和,30,。试计算墙壁内的温度分布和通过的热流密度。,解：由平壁导热的温度分布,代入已知数据可以得出墙壁内,t=25+20 x,的温度分布表达式,。,从附录查得红砖的,=0.87W/(m),于是可以计算出通过墙壁的热流密度,例题,2,1,由三层材料组成的加热炉炉墙。第一层为耐火砖。第二层为硅藻土绝热层，第三层为红砖，各层的厚度及导热系数分别为,1,240mm,，,1,=1.04W/(m,),，,2,50mm,2,=0.15W/(m,),，,3,115mm,3,=0.63W/(m,),。炉墙内侧耐火砖的表面温度为,1000,。炉墙外侧红砖的表面温度为,60,。试计算硅藻土层的平均温度及通过炉墙的导热热流密度。,解：,已知,1,0.24m,1,=1.04W/(m,),2,0.05m,2,=0.15W/(m,),3,0.115m,3,=0.63W/(m,),t,1,=1000,t,2,=60,例题,2,2,t,2,t,3,t,4,t,1,q,t,1,r,1,t,2,r,2,t,3,r,3,t,4,硅藻土层的平均温度为,6,作业,6 P89 2,2,；,2,9,稳态传热过程中，如果没有热损失，则热量传递的方向上，热流量,始终保持不变。,稳态传热过程中，如果没有热损失，则热量传递的方向上，热流密度,q,始终保持不变。,通过圆筒壁稳态导热，不同半径处热流量处处相等。,通过圆筒壁稳态导热，不同半径处热流密度处处相等。,（,）,（,）,（,）,（,）,判断题,通过圆筒壁稳态导热，不同半径处,单位长度圆筒壁的热流量,处处相等,（,）,有一圆管外径为,50mm,，内径为,30mm,，其导热系数为,25W/(m),内壁面温度为,40,外壁面温度为,20,。试求通过壁面的单位管长的热流量和管壁内温度分布的表达式。,例题,2,3,解：由通过圆筒壁的热流计算公式求得,再由圆筒壁的温度分布,代入已知数据有,一平壁水泥泡沫砖构成，厚度为,50cm,，导热系数为,高温面维持,200,、低温面为,50,。试求,（,1,）通过平壁的热流密度；,（,2,）维持热流密度不变时，计算在墙壁内温度为,70,处，距高温墙面的厚度为多少？,例题,2,4,解法一：,因热流密度不变，故,解法二：,作业,7,7,P92 2-17,一实心燃气轮机直叶片，高度,h=6.25mm,，横截面积,A,4.65cm,2,，周长,P,12.2cm,，导热系数,22W/(m,）。燃气有效温度,T,ge,=1140K,，叶根温度,T,r,=755K,，燃气对叶片的总换热系数,h,390W/(m,2,）。假定叶片端面绝热，求叶片的温度分布和通过叶根的热流量。,例题,2,5,解：,外径为,25mm,的管子，沿管长装有等厚环肋，肋片厚,1.2mm,，高,H,15mm,，导热系数,=150W/(m,2,）。若肋间空隙为,10mm,，管壁温度为,200,，周围介质温度为,25,，表面总传热系数,h,100 W/(m,2,），试计算每米管长所散失的热量。,例题,2,6,解：,思考题：,1),失量傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义。,2),温度场,等温面,等温线的概念。,3),利用能量守恒定律和傅立叶定律推导导热微分方程的基本方法。,4),使用热阻概念,对通过单层和多层平板,圆筒和球壳壁面一维导热问题的计算方法。,5),利用能量守恒定律和傅立叶定律推导等截面和变截面肋片的导热微分方程的基本方法。,6,导热系数为温度的线性函数时,一维平板内温度分布曲线的形,状及判断方法。,7,肋效率的定义。,8,肋片内温度分布及肋片表面散热量的计算。,9,放置在环境空气中的有内热源物体一维导热问题的计算方法,10,导热问题三类边界条件的数学描述,.,11,两维物体内等温线的物理意义,.,从等温线分布上可以看出 哪,些热物理特征。,12,导热系数为什么和物体温度有关,?,而在实际工程中,为什么经常将导热系数作为常数,.,13,什么是形状因子,?,如何应用形状因子进行多维导热,问题的计 算,?,将初始温度为,80,直径为,20mm,的紫铜棒突然横置于气温为,20,的风道之中,五分钟后,紫铜棒温度降到,34,。试计算气体与紫铜棒之间的换热系数,。已知紫铜棒密度,=8954kg/m3,比热,C=383.1J/(kg,),导热系数,=386W/(m,),解,:,先假定可以用集总系统法分析紫铜棒的散热过程,例题,3,1,其中,=560=300s,验算,Bi:,一定要有验算步骤,30,的大铜板，被置于,400,的炉中加热,10,分钟后，测得铜板温度上升到,150,。已知铜板两侧与周围环境间的表面传热系数为,125W/,（,m 2,k,），铜板的,=8440kg/m 3,，,C,P,=377J/,（,kg,k,），,110W/m.K,。试估算铜板的厚度是多少？,例题,3,2,解：设,，采用集总数法,校核假设,假设正确,思考题：,非稳态导热的分类及各类型的特点。,Bi,准则数,Fo,准则数的定义及物理意义。,Bi,0,和,Bi,各代表什么样的换热条件,?,集总参数法的物理意义及应用条件。,使用集总参数法，物体内部温度变化及换热量的计算方,法。时间常数的定义及物理意义,.,非稳态导热的正规状况阶段的物理意义及数学计算上的特,点。,非稳态导热的正规状况阶段的判断条件。,无限大平板和半无限大平板的物理概念。半无限大平板的,概念如何应用在实际工程问题中。,如何用查图法计算无限大平板非稳态导热正规状况,阶段的换热问题,?,如何用近似拟合公式法计算无限大平板非稳态导热,问题,?,10,半无限大平板非稳态导热的计算方法。,本章小结,几个重要概念：,正规阶段与非正规阶段；,Bi,（毕渥数）；,Fo,（傅立叶数）,集中参数法；牛顿加热（牛顿冷却）；时间常数；,诺模图（海斯勒图）,几种问题：,零维问题集中参数法,一维平板：诺模图；近似拟合法,半无限大：误差函数,12,导热部分习题讲解,总结起来：,从边界层出发，通过量级分析，得到等温平板层流传热,局部努塞尔数,平均努塞尔数,通过比拟理论，得到等温平板湍流传热,局部努塞尔数,则包括层流和湍流的整个平板长的平均努塞尔数,由临界长度和板长的相比判断，计算整个平板的传热，要么只用层流（,1,）式，要么用包括层流和湍流的（,2,）式。,（,1,）,（,2,）,本章小结,1,几个重要概念,边界层 数量级分析方法,Pr,数,Nu,数 特征数方程 比拟理论,j,因子,St,数,2,几个公式或题型,教材,P217,例题,5,1,（改变流速）,教材,P218,例题,5,2,讲解作业,15,例题,1,30,的水以,2.5kg/s,的流量流入内径为,50mm,的长光管，水的出口温度为,70,，管壁温度保持,85,，试计算所需管长及管子出口截面处的局部热流密度。不考虑温差修正。,附表节录,:,饱和水的物理性质,kg/m,3,KJ/kg,K,W/m,K,kg/m,s,40,992.2,4.174,63.5,653.3,4.31,50,988.1,4.174,64.8,549.4,3.54,60,983.2,4.179,65.9,469.9,2.99,解：,由附表查出水的相应物性量得,选用紊流关联式,定性温度：,由热平衡方程,因壁温均匀，采用对数平均温差（注意：如果采用算术平均温差只算基本正确）,代入数据得管长,检验：,，不需修正,管子出口处的局部热流密度按下式计算,一套管式换热器，饱和蒸汽在内管中凝结，使内管外壁温度保持在,100,，初温为,25,，质量流量为,0.8kg/s,的水从套管换热器的环形空间中流过，换热器外壳绝热良好。环形夹层内管外径为,40mm,，外管内径为,60mm,，试确定把水加热到,55,时所需的套管长度，及管子出口截面处的局部热流密度。不考虑温差修正。,例题,2,kg/m,3,kJ/kg,K,W/m,K,kg/m,s,40,992.2,4.174,63.5,653.3,4.31,50,988.1,4.174,64.8,549.4,3.54,60,983.2,4.179,65.9,469.9,2.99,附表节录,:,饱和水的物理性质,解：本题为水在环形通道内强制对流换热问题，要确定的是管子长度，因而可先假定管长满足充分发展的要求，然后再校核。,定性温度：,从附表查得水的物性参数,当量直径为,:,水被加热,由热平衡方程,因壁温均匀，采用对数平均温差（注意：如果采用算术平均温差只算基本正确）,不考虑管长（入口段）修正。,管子出口处的局部热流密度按下式计算,1,）说明管内对流换热的入口效应并解释其原因。,答：管内入口处边界层很薄,热边界层厚度越小，传热阻力越小，因此在入口段，传热效果得到加强。这种效果叫入口效应。,2,）对管内强制对流传热，为何采用短管和螺旋管可以强化流体的传热？,答：采用短管，主要是利用流体在管内换热处于入口段温度边界层较薄，表面传热系数较高，因而传热较强，即所谓的入口效应；对于螺旋管，流体流经管道时，由于离心力的作用，在横截面上产生二次环流，增加了流体的扰动，从而强化了换热。,18,课堂讨论：,在计及入口效应时，管内流动的入口效应修正系数大于,1,，而流体横掠管束时，小于,16,排的管排修正系数却小于,1,，为什么？,答：对管内流动，由于入口效应，入口段热边界层较薄，表面传热系数较高，因而要乘上大于,1,的长度修正系数；而对流体横掠管束的流动，管排数越少，对后排管束的扰动减少，因而应乘上小于,1,的修正系数,教材,P262,例题,6,5,19,作业,P290 6,33 P291 6,36,思考题：,1.,对流换热是如何分类的,?,影响对流换热的主要物理因素,.,2.,对流换热问题的数学描写中包括那些方程,?,3.,自然对流和强制对流在数学方程的描述上有何本质区别,?,4.,从流体的温度场分布可以求出对流换热系数,(,表面传热系,数,),其物理机理和数学方法是什么,?,5.,速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义,.,6.,管外流和管内流的速度边界层有何区别,?,7.,为什么说层流对流换热系数基本取决与速度边界层的厚度,?,8.,从边界层积分方程的应用结果来说明,.,9.,为什么温度边界层厚度取决与速度边界层的厚度,?,10.,对十分长的管路,为什么在定性上可以判断管路内层流,对流换热系数是常数,?,11.,如何使用边界层理论简化对流换热微分方程组,?,12.,如何将边界层对流换热微分方程组转化为无量纲形式,?,13.,为什么说对强制对流换热问题,总可以有,:Nu=f(Re,Pr,),的数学方程形式,?,14.,什么是特性长度和定性温度,?,选取特性长度的原则是什么,?,15.,对管内流和管外流,Re,准则数中的特性长度的取法是不一,样的,.,说明其物理原因,.,16.,当量水利直径的定义和计算方法,.,17.,湍流动量扩散率,湍流热扩散率,湍流普朗特数是如何定,义的,?,它们是物性么,?,18.,什么是雷诺比拟,?,它怎样推导出摩擦系数和对流换热系数,间的比拟关系式,?,19.,什么是相似原理,?,判断物理相似的条件,?,相似原理在工程,中有什么作用,?,20.,比拟和相似之间有什么联系和区别,?,21.,使用相似分析法推导准则关系式的基本方法,.,22.,使用,定理推导准则关系式的基本方法,.,23.Nu,Re,Pr,Gr,准则数的物理意义,.,24.,在有壁面换热条件时,管内流体速度分布的变化特点,.,25.,管内强制对流换热系数及换热量的计算方法,.,如何确定,特性长度和定性温度,?,26.,流体横琼单管和管束时对流换热的计算方法,.,27.,竖壁附近自然对流的温度分布,速度分布的特点,?,换热,系数的特点,?,28.,大空间自然对流换热的计算方法,.,如何确定横管和竖管,的特性长度,?,29.,如何区分自然对流是属于大空间自然对流还是受限空,间自然对流,?,30.,如何计算物体表面自然对流和辐射换热同时需要考虑的,换热问题,?,31.,如何使用实验数据整理对流换热准则数实验方程式,?,32.,对自然对流换热,自模化的物理意义及工程应用意义,.,33.,混合对流的概念,.,1.4,凝结过程,膜状凝结,凝结液体能很好地润湿壁面，沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递。,珠状凝结,当凝结液体不能很好的润湿壁面时，则在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结（可能大几倍，甚至一个数量级）,g,g,在其它条件相同时，横管与竖管的平均对流传热系数之比：,如果取,l/d,=50,，则横管的平均表面传热系数是竖管的,2,倍,课堂讨论：试解释为什么冷凝器（凝汽器）通常都采用横管的布置方式？,1,）什么是膜状凝结？什么是珠状凝结？哪种凝结形式的换热性能好？为什么？,2,）试解释为什么冷凝器通常采用横管布置方案？,3,）试说明蒸汽凝结传热中有不凝结气体存在时，对凝结传热的影响？,几个简答题：,21,思考题：,1.,膜状凝结和珠状凝结的概念,.,2.,纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热分析解的基本推导方法,.,在这个推导方法中 最基本的假设是什么,?,4.,对于单根管子,有那些因素影响层流膜状凝结换热,?,它们,起什么作用,?,5.,对于实际凝结换热器,有那些方法可以提高膜状凝结换热,系数,?,6.,池内饱和沸腾曲线可以分成几个区域,?,有那些特性点,?,各,个区域在换热原理上有何特点,?,7.,气化核心的概念,.,沸腾气泡产生的物理条件,.,8.,画出水的池内饱和沸腾曲线,.,掌握特性点的基本数值范围,.,由,Kirchhoff,定律可知，物体的吸收率等与它的发射率。但该式具有如下严格的,限制,：,整个系统处于热平衡状态；,投射辐射源必须是同温度下的黑体,。,判断,物体的吸收率等于它的发射率,善于辐射的物体必善于吸收,（,）,（,）,在计算工业温度范围内物体辐射相互作用时，一般看作漫灰体，但太阳辐射不能，为了将,Kirchhoff,定律推向实际的工程应用，人们考察、推导了多种适用条件，形成了该定律不同层次上的表达式，见下表,漫灰体吸收比与发射率的关系,对于漫灰体，不论投入辐射是否来自黑体，也不论是否处于热平衡条件，其吸收比恒等于同温度下的发射率。即,=,对于漫灰体，物体的吸收率等于它的发射率,对于漫灰体，善于辐射的物体必善于吸收,（,）,（,）,练习,4,）：,有一半球形容器，底部圆形面被均分为,1,、,2,，半球内壁面为,3,，如图所示。计算角系数 和 以及 。,解：由角系数相对性有,又因为,