三种方式.pptx

1/35热设计热设计 2/35热控制热控制 3/35工工程程热热力力学学研研究究“量量”和和“质质”的的变变化化，而而不不考虑过程所需要的考虑过程所需要的时间时间；工工程程热热力力学学主主要要研研究究可可逆逆过过程程，而而不不考考虑虑过过程程中的中的势差势差；工工程程热热力力学学不不考考虑虑不不同同时时刻刻、不不同同地地点点工工质质温温度的变化度的变化。Heat Transfer 4/35第四章第四章 热量传递的热量传递的基本理论基本理论5/354-1 4-1 热量传递的热量传递的三种基本方式三种基本方式6/35一、热传导（简称导热，一、热传导（简称导热，Heat Conduction）1.1.定义：温度不同的物体各部分或温度不同的两定义：温度不同的物体各部分或温度不同的两物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而产生的热量传递现象。动而产生的热量传递现象。7/352.2.特点特点有温差存在有温差存在物体各部分之间不发生宏观位移物体各部分之间不发生宏观位移依靠微观粒子（分子、原子、电子等）的无规依靠微观粒子（分子、原子、电子等）的无规则热运动则热运动物质的固有本质（物质的固有本质（只要存在温差，在固体、液只要存在温差，在固体、液体、气体中均会发生导热现象）体、气体中均会发生导热现象）8/353.3.热流量的计算热流量的计算tw2tw1热流密度热流密度 导热系数导热系数 热流量热流量 9/35二、热对流（二、热对流（Thermal convection）1.1.定义：流体中，温度不同的各部分之间发生相对位定义：流体中，温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递现象。移时所引起的热量传递现象。10/35仅能发生在流体中仅能发生在流体中流体宏观运动流体宏观运动+流体导热流体导热(流体中各部分温度流体中各部分温度不同，必然拌有分子不规则热运动而传递的不同，必然拌有分子不规则热运动而传递的热量热量)2.2.特点特点对流换热：流体流过温度不同的固体壁面时对流换热：流体流过温度不同的固体壁面时的热量传递过程（工程上感兴趣）的热量传递过程（工程上感兴趣）Convective Heat Transfer11/353.3.分类分类对流换热按照不同的原因可分为多种类型对流换热按照不同的原因可分为多种类型 流动起因，分为：强迫对流换热和自然对流换热。流动起因，分为：强迫对流换热和自然对流换热。是否相变，分为：相变对流换热和无相变对流换热。是否相变，分为：相变对流换热和无相变对流换热。12/354.4.基本计算式基本计算式(Newtons Law of Cooling)A:与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积 约定对流换热量永远取正值约定对流换热量永远取正值13/35h：表面传热系数表面传热系数，是表征对流换热过程强弱的，是表征对流换热过程强弱的物理量。不是物性参数，与很多因素有关物理量。不是物性参数，与很多因素有关(流体流体种类，表面形状，流体速度大小等种类，表面形状，流体速度大小等)流动方式：强制对流流动方式：强制对流 自然对流自然对流 介质：水介质：水 空气空气 相变：有相变相变：有相变 无相变无相变 水蒸气凝结水蒸气凝结 有机蒸汽凝结有机蒸汽凝结 convective heat transfer coefficientP.109 P.109 表表4-1 4-1 14/35三、热辐射（三、热辐射（Thermal Radiation）15/351.1.定义定义辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式。辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式。热辐射：物体由于热的原因向外发出的辐射。热辐射：物体由于热的原因向外发出的辐射。辐射换热：物体之间以热辐射的形式交换热量。辐射换热：物体之间以热辐射的形式交换热量。16/352.2.特点特点不需要冷热物体的直接接触。即：不需要介质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，而且最有效。的存在，在真空中就可以传递能量，而且最有效。在辐射换热过程中伴随着能量的转移和能量形在辐射换热过程中伴随着能量的转移和能量形式的转换，物体热力学能式的转换，物体热力学能 电磁波能电磁波能 物体物体热力学能。热力学能。动态平衡动态平衡17/35黑体是一种理想物体，它的辐射能力只与温度有关黑体是一种理想物体，它的辐射能力只与温度有关3.3.计算式计算式黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体。物体。黑体黑体向外辐射热流量向外辐射热流量计算式计算式 （Stefan-Boltzmann）18/35物体的温度越高、辐射能力越强物体的温度越高、辐射能力越强实际物体实际物体向外辐射热流量向外辐射热流量计算式计算式发射率发射率(emissivity1)：与物体的种类、：与物体的种类、表面状况、温度有关表面状况、温度有关19/35 辐射表面传热系数辐射表面传热系数复合换热表面传热系复合换热表面传热系数数20/35h1,tf1h2,tf2暖气管道散热暖气管道散热21/35四、传热过程和传热系数四、传热过程和传热系数换热器的结构图换热器的结构图22/351.传热过程定义传热过程定义 热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中的过程称为传热过程。体中的过程称为传热过程。h1,tf1h2,tf22.传热方程式传热方程式k 传热系数，表示整个传传热系数，表示整个传热过程的强弱，单位是热过程的强弱，单位是23/35分析分析：该传热过程包含着的三个串连环节：该传热过程包含着的三个串连环节：(1)(1)高高温流体侧的对流换热；温流体侧的对流换热；(2)(2)通过壁面的导热；通过壁面的导热；(3)(3)低低温流体侧的对流换热。温流体侧的对流换热。3.通过平壁传热过程的分析通过平壁传热过程的分析 在稳态情况下，由上面三个式在稳态情况下，由上面三个式子计算的热流量应是相等的。子计算的热流量应是相等的。h1,tf1h2,tf2tw2tw124/3525/35 与传热方程式相对应，可以得到在该传热过程与传热方程式相对应，可以得到在该传热过程中传热系数的计算式。中传热系数的计算式。26/354.热阻的概念热阻的概念通过平壁导热的热阻通过平壁导热的热阻t2t1Ut1t2定义定义27/35h1,tf1h2,tf2tf1tw2tw1tf228/355.思考题思考题（1）冬天，白天太阳下晒过的棉被，晚上盖起来冬天，白天太阳下晒过的棉被，晚上盖起来 很暖和，而且晒时经过拍打以后，效果更加明显。很暖和，而且晒时经过拍打以后，效果更加明显。？29/35（2）冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风冬天，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比无风时感到更冷些？58 W/m2 热热 232 W/m2 舒服舒服 696 W/m2 凉快凉快 928 W/m2 冷冷30/35（3）夏天在维持夏天在维持2020度的室内工作，穿单衣感到舒适，度的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬天在保持而冬天在保持2222度的室内工作，必须穿绒衣才觉度的室内工作，必须穿绒衣才觉得舒服。为什么得舒服。为什么？31/35（4）改变暖气管中的水速或把铸铁管换成铜管可否改变暖气管中的水速或把铸铁管换成铜管可否显著强化换热？显著强化换热？32/35（5）要及时清除冰箱内的结霜要及时清除冰箱内的结霜33/35（6）家用热得快要及时清除水垢家用热得快要及时清除水垢34/35（7 7）冬天，屋顶结霜或积雪有利于房屋保暖）冬天，屋顶结霜或积雪有利于房屋保暖