工程传热学第一章-绪论.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,*,*,工程传热学,教材及参考书,教材,工程传热学,许国良等编著，中国电力出版社,参考书,传热学,章熙民等编著 第五版,传热学,杨世铭 陶文铨 第三版,第一章 绪论,1-1,工程传热学概述,1-2,热量传递的基本方式,1-3,传热过程和传热系数,9,全球温升预测,10,IKAROS House,（德国）,11,Chuckanut Ridge House,（,华盛顿,）,12,自然之屋（俄罗斯）,13,Ecomo,（,皮埃特罗拉索,）,14,HomeforLife,（,丹麦,）,15,Hover House,（,加州洛杉矶,）,16,Crooked House,（,瑞士,）,17,Robles Arquitectos,（,哥斯达加,）,18,Fincube,（,意大利,）,19,Casa No Gere,（,葡萄牙,）,20,国际新能源市场光热馆,21,世博中国馆,22,德州太阳谷微排大厦,23,杭州低碳科技馆,24,清华大学节能楼,(1),泰坦尼克号中，为什么在水里的,Jack,冻死了，而在木板上的,Rose,幸存,(2),人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持,20,度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？为什么？,(3),北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释其道理？越厚越好？,(4),深秋晴朗无风的夜晚，气温高于,0,，清晨看到草地上披上一身白霜，但如果阴天或有风，在同样气温下草地却不会出现白霜，这是为什么？,(5),最近网上出现一种喝水“神器”，叫,55,杯。把开水倒进杯子，摇晃了,10,多秒，水温就能变成,55,；喝光杯子里的水，再注入冷水，摇一摇，水温又上升到,55,。这种杯子究竟靠不靠谱？,(6),暖水瓶的瓶胆是怎么回事？,1-1,工程传热学概述,1.,工程传热学概念,研究,工程应用,中,热量传递规律,的科学,热量可以,自发地,由,高温,热源传给,低温,热源,热量传递的动力,温差,传热,普遍,存在,稳态,传热过程,(,定常过程,),温度,不随,时间变化,(2),非稳态,传热过程,(,非定常过程,),温度,随,时间变化,2.,热量传递过程,各种热力设备在,持续不变的工况下运行时的热传递过程,属稳态传热过程；而在,启动、停机、工况改变时,的传热过程则属非稳态传热过程。,1-2,热量传递的基本方式,热量传递基本方式：,热传导、热对流、热辐射,1.,热传导（导热）,热传导简称导热，是,物体内部,或,相互接触的物体表面,之间，由于,分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动,而产生的热量传递现象。,热传导的发生,不,需要物体各部分之间有,宏观的相对位移,。,导热的特点：,必须有温差；,物体直接接触；,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；,不发生宏观的相对位移。,导热机理：,气体,:,气体分子不规则运动时相互碰撞的结果,导电固体：自由电子运动,非导电固体：晶格结构振动,液体：兼有气体和固体导热的机理,傅里叶定律：,：热流量，单位时间传递的热量,W,；,q,：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量,W/m,2,；,A,：垂直于导热方向的截面积,m,2,；,：导热系数（热导率）,W/(m K),。,1822,年，法国数学家,Fourier,：,当物体内部存在,温度梯度,时，能量就会通过,热传导,从,温度高的区域,传递到,温度低的区域,。,负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。,大平板稳态导热，由于是一维问题，且,和,q,为常量，故 积分傅立叶定律：,t,1,t,2,这里有必要引入,热阻,的概念。热量传递是自然界中的一种转移过程。各种转移过程有一个共同规律，就是：,导热热阻,面积热阻,2.,热对流,若流体有宏观的运动，且内部存在,温差,，则由于流体各部分之间发生,相对位移,，冷热流体相互掺混而产生的热量传递现象称为,热对流,。,流体中有,温差,热对流,必然同时伴随着,热传导,，,自然界不存在单一的热对流,。,在日常生活及工程实践中，人们遇到更多的是流体流过一个温度不同的物体表面时引起的热量传递，这种情况称为,对流换热,。,对,流,换,热,流动原因,强制对流换热,自然对流换热,是否相变,有相变的,对流换热,无相变的,对流换热,当实际流体流过物体表面时，由于,粘性作用,，紧贴物体表面的流体是静止的，热量传递只能依,导热,的方式进行；离开物体表面，流体有宏观运动，,热对流,方式将发生作用。所以，对流换热是,热对流,和,导热,两种基本传热方式共同作用的结果。,卡曼漩涡,对流换热特点：,不是基本传热方式，,导热,与,热对流,同时存在；,必须有,直接接触,（流体与壁面）和,宏观运动,；,也必须有温差。,课前复习,什么是工程传热学？,热量传递的基本方式。,傅里叶定律。,试分析对流换热与热对流的区别。,对流换热公式,牛顿冷却公式,u,t,f,t,w,A,热流量,W,，单位时间传递的热量,h,表面传热系数,A,与流体接触的壁面面积,固体壁表面温度,流体温度,传热过程,h,(W/m,2.,K),自然对流,空气,水,强制对流,空气,水,高压水蒸气,相变传热,水沸腾,水蒸气凝结,1-10,200-1000,10-100,1,000-15,000,1,000-15,000,2,500-35,000,5,000-25,000,影响,h,因素：,流体的物性,导热系数、粘度、密度、比热容等,流动的形态,层流、紊流,流动的成因,自然对流或强制对流,物体表面的形状、尺寸,换热时有无相变,沸腾或凝结等,h,是表征,对流换热过程强弱,的物理量。,对流热阻,对流热阻,特点：,任何物体，只要温度高于,0K,，就会不停地向周围空间发出热辐射；,可以在真空中传播；,伴随能量形式的转变；,内能,辐射能,辐射能与温度和波长均有关。,3.,热辐射,由于,热的原因,而发出辐射能的现象称为热辐射。,斯蒂芬,-,玻尔兹曼定律,绝对黑体辐射力,黑体表面的绝对温度（热力学温度）,斯蒂芬,-,玻尔兹曼常数，,黑体：能,全部吸收,投射到其表面辐射能的物体，或称绝对黑体。,黑体的,辐射能力,与,吸收能力,最强。,实际物体辐射能力：,低于同温度黑体,实际物体表面的发射率（黑度），,01,；与,物体的种类,、,表面状况,和,温度,有关。,特殊情况下的两表面辐射换热,例,1-1,有三块分别由纯铜、碳钢和硅藻土砖制成的大平板，它们的厚度都为,=50mm,，两侧表面的温差都维持为,t=t,w1,-t,w2,=100,不变，试求通过每块平板的导热热流密度。纯铜、碳钢和硅藻土砖的导热系数分别为,1,=398W/(mK),，,2,=40W/(mK),，,3,=0.242W/(mK),。,解：,这是通过大平壁的一维稳态导热问题，对于纯铜板，热流密度为,对于碳钢板，有,对于硅藻土砖，有,由计算可知，由于几种材料的导热系数各部相同，即使在相同的条件下，通过它们的热流密度也是不相同的。通过纯铜的热流密度大约是通过硅藻土砖的热流密度的,2000,倍。,例,1-2,一室内暖气片的散热面积为,A=2.5m,2,，表面温度,t,w,=50,，和温度为,20,的室内空气之间自然对流换热的表面传热系数为,h=5.5,W/(m,2,K),。试计算该暖气片的对流散热量。,解,：暖气片和室内空气之间是稳态的自然对流换热，根据牛顿冷却公式得,故该暖气片的对流散热量为,412.5W,例,1-3,若,例,1-2,中暖气片的发射率为,1,=0.8,，室内墙壁温度为,20,，试计算该暖气片和室内墙壁的辐射换热量。,解,：由于墙壁面积比暖气片大得多，因此墙和暖气片之间的辐射换热量为,故该暖气片室内的对流散热量和辐射散热量大致相当。,保温瓶散热过程,人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持,20,度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？为什么？,夏季,30,20,热辐射,冬季,0,泰坦尼克号中，为什么在水里的,Jack,冻死了，而在木板上的,Rose,幸存？,这属于对流换热的范畴，空气的对流换热系数小于水里的对流换热系数，因此，,Jack,与水的换热量要大于,Rose,与空气的换热量。,1-3,传热过程与传热系数,热量由热流体通过间壁传给冷流体的过程。,1.,传热过程,热量以,对流换热,的方式从高温流体传给固体壁面；,热量以,导热,的方式从高温流体侧壁面传递到低温流体侧壁面；,热量以,对流换热,的方式从低温流体侧壁面传给低温流体。,k,为传热系数，,W/(m,2,),，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。,60,热流体到壁面一的,对流换热,：,2.,传热系数的计算,从壁面一到壁面二的,导热,：,壁面二到冷流体的,对流换热,：,例,:,一房屋的混凝土外墙的厚度为,=200mm,，混凝土的热导率为,=1.5W/(mK),，冬季室外空气温度为,t,f2,=-10,有风天和墙壁之间的表面传热系数为,h,2,=20W/(m,2,K),，室内空气温度为,t,f1,=25,和墙壁之间的表面传热系数为,h,1,=5 W/(m,2,K),。假设墙壁及两侧的空气温度及表面传热系数都不随时间而变化，求单位面积墙壁的散热损失及内外墙壁面的温度。,解：,由给定条件可知，这是一个稳态传热过程。通过墙壁的热流密度，即单位面积墙壁的散热损失为,根据牛顿冷却公式，对于内、外墙面与空气之间的对流换热，,作业,思考题：,1-1,、,1-7,、,1-9,习题：,1-6,、,1-7,、,1-9,