建筑设备-传热学和湿空气的基本知识.pptx

7.1.1 热力学第零定律当不同温度的两物体相互接触或相互作用时,热量会自动从高温物体流向低温物体,直至两物体温度相同,达到热平衡为止。第七章第七章 传热学和湿空气的基本知识传热学和湿空气的基本知识71 热力学三个基本定律热力学三个基本定律热力学第零定律说明温度时间时间热量AAAA B B B7.1.2.热力学第一定律 热能可以转换为其他形式的能,其他形式的能量也可以转换为热能,且转换部分的量值不变(守恒).A.实质是能量守恒与转换定律在热学中的体现。B.能量既不能产生,也不会消失,只能相互转换.C.Q=U+W 加入到物质系统的热量会引起物质系统内能增加或对外作膨胀功。7.1.3.热力学第二定律热力学第二定律：说法A:热量不能自动地从低温物体流向高温物体。说法B:有序能(功)能全部转换为无序能,而无序能不能全部转化为有序能(功).(热机的效率不可能100%)。说法C:加工过程所耗热量总是大于产品需要耗能量。说法D:正常球体绝不能弹回到它开始降落的高度。说法E:车辆没有发动机就不可能爬上比它开始下坡的山头更高的高度。说法F:一切能量的转换过程中,其最终状态都是废热。说法G:自然界中一切自发的过程都是不可逆的。说法H：自然界中一切自发的过程都是从有序走向无序的。7.1.4.热力学基本定律与生活谚语热力学第一定律说:不吃饭只做事的系统是不存在的。热力学第二定律说:只吃饭不做事简直是浪废粮食。热力学第一定律说:没有付出绝无获取。热力学第二定律说:有得必有失；取乎其上得乎其中。热力学第一定律说:巧妇难为无米之炊。热力学第二定律说:陷入困境易,求得解脱难。7.2.热量传递基本规律7.2.1稳态传热与非稳态传热A.稳态传热：稳态传热：物系间传热时，温度、热流物系间传热时，温度、热流等有关热参数保持不变的传热。等有关热参数保持不变的传热。Room1Room2t1=30 t2=15 Room1Room2稳定传热说明t2=15 Room2时间热量Room1t1=30 B.非稳态传热：物系间传热时，温度、热流等有关热参数有变化的传热状态。温度时间时间热量AAAA B B BC.周期性非稳态传热物系间传热时，温度、热流等有关热参数呈周期性稳态变化。温度时间7.2.2.热量传递的基本方式传热方式传热方式：是指热量从一处传至另一处所采是指热量从一处传至另一处所采取的方式和方法取的方式和方法。据传热的基理不同分为三种即据传热的基理不同分为三种即：（1 1）导热传热导热传热 （2 2）对流传热对流传热 （3 3）辐射传热辐射传热三种传热方式在生活中的体现烧水的热传递过程；“开水不响，响水不开”的原因。传导（Conduction）：是固体内部或固体接触时热转移的方式。对流（Convection）：是流体内部或流体间的热转移方式。辐射（Radiation）：是不接触物体间的热转移的方式。7.2.3.导热(热传导)t2=15 A.导热概念：导热概念：由于温度不同引起物体由于温度不同引起物体微观粒子（分子、原子、微观粒子（分子、原子、电子等）的热运动不同，电子等）的热运动不同，从而产生热量转热的现从而产生热量转热的现象。象。B.导热基理：导热基理：靠微观粒热运动来传递靠微观粒热运动来传递;但对于但对于气、液、固体又有所不同。气、液、固体又有所不同。t1=30 气体：气体：气体：气体：分子原子不规则分子原子不规则分子原子不规则分子原子不规则热运动而相互碰撞。热运动而相互碰撞。热运动而相互碰撞。热运动而相互碰撞。固体：固体：固体：固体：导电固体是靠自导电固体是靠自导电固体是靠自导电固体是靠自由运动电子相互作用，由运动电子相互作用，由运动电子相互作用，由运动电子相互作用，非导电固体是靠晶格结非导电固体是靠晶格结非导电固体是靠晶格结非导电固体是靠晶格结构的振动（原子分子在构的振动（原子分子在构的振动（原子分子在构的振动（原子分子在其平衡位置振动），弹其平衡位置振动），弹其平衡位置振动），弹其平衡位置振动），弹性波传递。性波传递。性波传递。性波传递。液体：液体：液体：液体：间于气体与非间于气体与非间于气体与非间于气体与非导电固体之间，以弹导电固体之间，以弹导电固体之间，以弹导电固体之间，以弹性波作用为主，而以性波作用为主，而以性波作用为主，而以性波作用为主，而以分子热运动碰撞为辅。分子热运动碰撞为辅。分子热运动碰撞为辅。分子热运动碰撞为辅。C.导热计算通过密实平板（金属或墙体）的导热计算t1=30 t2=15 表述为：通过平板的热量Q与平板面积F、时间、两表面温差(t1-t2)成正比，与厚度d成反比;还与平板材料有关，反映在系数上。材料的导热系数：征材料的导热能力，也表征材料阻止热量通过的能力。单位是J/sm或w/m 热流密度q：单位时间单位面积流过平板的热量称为。单位是J/（sm2）或w/m2导热热阻R：其中其中R=d/R=d/，称为平板的，称为平板的导热热阻导热热阻，表示，表示厚度为厚度为d d的平板阻止热流通过的能力。单位的平板阻止热流通过的能力。单位为为m m2 2/w/w。关于导热系数的说明：A.表征材料的导热性能，是材料本身的物理属性。B.一般有：金属 非固 液 气 C.多孔材料的导热系数随其含湿量的增加而增加。D.导热系数0.25 w/m 的材料称为绝热材料。7.2.4对流传热 对流：流体运动时，流体间有宏观相对位移的流动（即发生相对运动）。A.对流分类：自然对流：由于自然力造成流体热冷不均或密度不同而引起流体的相对运动（自然力）。高层建筑的抽吸作用，散热器的散热等。强制对流：流体的相对运动由人工机械引起.风机通风，水泵加压。对流及对流传热说明B.对流传热：温度不同的流体有宏观相对位移（即发生相对运动）时，依靠流体微团的相互渗合，把热量从一处转移到另一处的现象。传热基理：依靠流体微团的相互渗合。C.对流换热：流体流过固体表面，与固体间进行的传热。边界层：层流紊流对流换热特点：对流传热与导热同时产生。D.对流换热计算对流换热系数对流换热系数c:c:表示对流换表示对流换热能力；单位：热能力；单位：w/w/（m m2 2）对流换热热流qc：表示单位面积单位时间内通过的对流换热量；单位：w/m2对流换热热阻Rc：单位为:m2/w影响对流换热的因素：（1）流速（2）位置（3）温差（4 4）材料）材料（5 5）边界层）边界层（6 6）是否有相变）是否有相变对平壁表面，当空气与表面对平壁表面，当空气与表面温度一定时，表面对流换热温度一定时，表面对流换热量主要取决于其量主要取决于其“边界层边界层”的状况。的状况。关于关于cc的说明：的说明：a.a.表示换热过程的强弱，由多种因素决定，它表示换热过程的强弱，由多种因素决定，它不是物体的固有属性。不是物体的固有属性。b.b.同条件下同条件下,强制对流自然对流。强制对流自然对流。c.c.有相变无相变。有相变无相变。近似计算:强制对流 自然对流内表面内表面:c:c2.52.54.2V 4.2V 垂直面垂直面:外表面外表面:c:c2.52.54.2V(4.2V(冬冬)水平上水平上:c c5.05.03.6V(3.6V(夏夏)水平下水平下:7.2.5辐射传热A.辐射传热辐射传热：物体依靠电磁波，把热量从一处传递到另一处的现象。0.8600称为红外线。0.440称为热射线，辐射称为热辐射。0.380.78称为可见光。3以上的辐射又称为长波辐射。3以下的辐射又称为短波辐射。电磁波谱：电磁波谱：从从1 1纳米到数公里。纳米到数公里。a.a.温度大于温度大于0 K0 K的物体均要向外辐射能量的物体均要向外辐射能量,同时也可以接受其他物体的辐射。b.b.在一般所遇到的物体的温度范围内，有实际意义的热辐射波长在波谱的0.381000 m之间，而且大部分能量位于红外线区段的0.7620m范围内。基理：依靠原子中电子振动和能级跃迁，以电磁波形式传播。辐射换热:指物系间以辐射传热的方式相互交换热量。辐射换热特点：a.伴有能量形式的转换。b.两物体辐射换热无需直接接触。B.辐射的吸收、反射、透射反射率r=1称为白体。吸收率=1称为黑体。透射率=1称为透明体。C.辐射本领单色辐射本领：物体单位面积在单位时间内辐射某一波长的能量，用E表示。辐射本领：物体单位面积单位时间辐射波长从0到+的全部能量，用E 表示。D.黒体的辐射黑体辐射实验：黑体辐射实验：黑体辐射实验：黑体辐射实验：卢梅尔卢梅尔卢梅尔卢梅尔Lummer 1860Lummer 1860Lummer 1860Lummer 18601925192519251925 :（1）黑体要吸收外来所有波长的辐射。（2）黑体有向外发射所有波长的能力。（3）黒体辐射黒体辐射按波长按波长按波长按波长的分布的分布的分布的分布只与只与黑体黑体黑体黑体温度有温度有关。关。温度分别是温度分别是900K900K、1200K1200K、1500K1500K和和1800K1800K。斯特藩-玻耳兹曼定律：(Stefan-Boltzmannlaw)黑体的辐射能力（即图黑体的辐射能力（即图黑体的辐射能力（即图黑体的辐射能力（即图中曲线与横坐标轴所围中曲线与横坐标轴所围中曲线与横坐标轴所围中曲线与横坐标轴所围的面积）与黑体的热力的面积）与黑体的热力的面积）与黑体的热力的面积）与黑体的热力学温度的四次方成正比，学温度的四次方成正比，学温度的四次方成正比，学温度的四次方成正比，即即即即 Cb=5.68w/(m2.k4)E.实际物体的辐射 灰体：辐射光谱图与黑体辐射光谱图近似，辐射本领与同温度下黑体的辐射本领之比为一近似常数。任何实际物体的辐射本领总是小于同温度下黑体的辐射本领。灰体的辐射本领:C 称为灰体的辐射系数，表征灰体向外辐射能力的大小,T为灰体的绝对温度。令:称为灰体的黑度;表示接近同温黑体辐射的程度。灰体的定义是为了方便大多实际物体的计算而定义的。选择性辐射体:辐射致冷：大气窗：F.辐射换热计算（1）黑体辐射换热计算：（2 2）灰体间辐射换热）灰体间辐射换热q qr r辐射换热强度辐射换热强度，表示单位面积单，表示单位面积单位时间内辐射换热量。单位：位时间内辐射换热量。单位：w/mw/m2 2影响辐射换热因素有：物体表面温度，表面发射率（黑度），相互视角。7.2.6 传热过程热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。传热过程实际上是导热、热对流和辐射三种基本方式共同存在的复杂换热过程。传热过程的热流量可用下式表示：KAt 热量传递过程中要经历三个阶段(如图1-9所示)：(1)热量由室内空气以对流换热和物体间的辐射换热的方式传给墙壁的内表面。(2)墙壁的内表面以固体导热的方式传递到墙壁外表面。(3)墙壁外表面以对流换热和物体间辐射换热的方式把热量传递给室外环境。图1-97.3湿空气的组成和物理性质完全不含水蒸气的空气称为干空气。干空气的组元和成分通常是一定的（见表6-1），可以当做一种“单一气体”。我们所说的湿空气，就是干空气和水蒸气的混合物。大气中总是含有一些水蒸气。一般情况下，大气中水蒸气的含量及变化都较小，通常的环境大气中水蒸气的分压力只有0.0030.004MPa；但随着季节、气候、湿源等各种条件的变化，会引起湿空气干湿程度的变化，进而对人体舒适度、产品质量等产生直接影响。而且在一些场合如烘干装置、采暖通风、室内调温调湿以及冷却塔等设备中用作工作介质的湿空气，通常都是采用环境大气，其水蒸气含量的多少具有特殊作用，因此有必要对湿空气的热力性质、参数的确定、湿空气的工程应用计算等作专门研究。7.3湿空气的组成和物理性质根据理想气体的分压力定律，湿空气总压力等于干空气分压力pa和水蒸气分压力pv之和，即ppapv。如果湿空气来自环境大气，其压力即为大气压力pb，这时pb=pa+pv因而湿空气中水蒸气的含量高低就表现为其分压力的高低。7.3.1未饱和空气与饱和空气在不同的温度和压力下水蒸气有过热与饱和之分，由于湿空气中的水蒸气的含量不同（表现为分压力的高低）以及温度不同，或者处于过热状态，或者处于饱和状态，因而湿空气有未饱和与饱和之分。在一定温度和压力下，当湿空气中的水蒸气达到饱和时，即在该温度和压力下湿空气已经不能再容纳过多的水蒸气，称此时的湿空气为饱和湿空气。饱和湿空气就是由干空气和饱和水蒸气组成的，该状态下若再向其加入水蒸气，将凝结为水滴从中析出。而由干空气和过热水蒸气组成的就是未饱和湿空气。在某一温度下，湿空气中水蒸气分压力的大小固然反映了水蒸气含量的多少，但为方便湿空气热力过程的分析计算，有必要引入两个反映湿空气成分的参数：相对湿度和含湿量。7.3.2相对湿度和含湿量1相对湿度（）湿空气中水蒸气的分压力pv与同一温度、同样总压力的饱和湿空气中水蒸气分压力（ps）的比值称为相对湿度，以表示，则 =pv/ps值介于0和1之间。愈小表示湿空气离饱和湿空气愈远，即湿空气愈干燥，吸取水蒸气的能力愈强，当0时即为干空气；反之，愈大空气愈潮湿，吸取水蒸气的能力也愈差，当1时即为饱和湿空气。2含湿量(d)以湿空气为工作介质的某些过程，如干燥、吸湿等过程中，干空气作为载热体或载湿体，它的质量或质量流量是恒定的，发生变化的只是湿空气中水蒸气的质量。因此，湿空气的一些状态参数，如湿空气的含湿量、焓、气体常数、比体积、比热容等，都是以单位质量干空气为基准的,这样可方便计算。定义1kg干空气所带有的水蒸气的质量为含湿量，以d表示，则d=mv/ma式中mv湿空气中水蒸气的质量，kg;ma湿空气中干空气的质量,kg。7.3.3干球温度、湿球温度与露点温度湿空气的相对湿度和含湿量d的简便测量通常采用干湿球温度计测定。干球温度计(即普通温度计)测出的是湿空气的真实温度t。另一支温度计的感温球上包裹有浸在水中的湿纱布，称为湿球温度计，见图6-1。图6-1干、湿球温度计当大量的未饱和空气流吹过暴露在空气中的湿纱布表面时，开始时湿纱布中水分温度与主体湿空气温度相同。由于湿空气未饱和，湿纱布中水分汽化，通过汽膜向空气流扩散。汽化需要的热量来自于水分本身，使水分温度下降。但水分温度低于湿空气流温度时，热量将由空气传给湿纱布中的水分，传热速率随着两者温差增大而提高，直到空气向湿纱布单位时间传递的热量等于单位时间内湿纱布表面水分汽化所需热量时，湿纱布中的水温保持恒定不变，达到平衡，湿球温度计指示的正是平衡时湿纱布中水分的温度。由于这一温度取决于周围湿空气的温度t和含湿量d，故称为湿空气的湿球温度，以tw表示。湿空气的d越小，湿纱布中的水分汽化越快，汽化所需热量越大，湿球温度越低。相反，若湿空气已经达到饱和，则湿球温度与干球温度相等。7.3.3干球温度、湿球温度与露点温度未饱和湿空气还可以继续容纳水蒸气，因而可以持续向其加入水蒸气，直至饱和。未饱和湿空气也可通过另一途径达到饱和，如果湿空气内水蒸气的含量保持一定，即分压力pv不变而温度逐渐降低，状态点将沿着定压冷却线与饱和蒸汽线相交于一点，也达到了饱和状态，继续冷却就会结露。此点的温度即为对应于pv的饱和温度，称为露点，用td表示。7.3.3干球温度、湿球温度与露点温度由此可见，露点温度是在一定的分压力pv下（指不与水和湿物料接触的情况）未饱和空气冷却达到饱和湿空气，即将结出露珠时的温度，可用湿度计或露点仪测量。达到露点后继续冷却，部分水蒸气就会凝结成水滴析出，在湿空气中的水蒸气状态将沿着饱和蒸汽线变化。这时湿空气温度降低，水蒸气的含量（分压力）也随之降低，即为析湿过程。7.3.3干球温度、湿球温度与露点温度