第三章传热学

1、第三章传热学第三节辐射换热第四节传热过程与换热器n辐射换热是热量传递的三种方式之一。是由于运动而以电磁波形式传递的能量。以电磁波形式传递的能量。n特点特点： 1)热辐射与导热和对流换热不同，热辐射与导热和对流换热不同，它不需要任何中间物体传递热量，可以在它不需要任何中间物体传递热量，可以在真空中传递。真空中传递。n 2)热辐射过程中不仅有能量的转移，而热辐射过程中不仅有能量的转移，而且还伴随着能量的转换，即发射时由热能且还伴随着能量的转换，即发射时由热能转变为辐射能，吸收时又由辐射能转换为转变为辐射能，吸收时又由辐射能转换为热能。热能。n 3)导热和对流换热导热和对流换热是热量传递的是热量传递

2、的单向单向过过程，而程，而热辐射热辐射是发射和接收同时进行的是发射和接收同时进行的双双向向过程。过程。电磁波谱热辐射是电磁辐射(电磁波)的一种 m 1000.1 m 1000 m 100076.0, x, m 38.0 104 m 0.7638.03热射线无线电波红外线射线等射线紫外线可见光n6.1.2辐射能的吸收、反射和透过辐射能的吸收、反射和透过n n n 吸收率吸收率 反射率反射率 穿透率穿透率11QQQQQQQQQQQQQQQQn 吸收率吸收率 反射率反射率 穿透率穿透率n对于大多数的固体和液体：对于大多数的固体和液体：n对于不含颗粒的气体：对于不含颗粒的气体：n对于黑体：对于黑体：

3、n镜体或白体：镜体或白体：n透明体：透明体：n黑体、白体、透明体都是理想的黑体、白体、透明体都是理想的1,01,011111QQQQQQQQQQn黑体：黑体：是指能吸收投入到其面是指能吸收投入到其面 上的所有热辐射能的物体，上的所有热辐射能的物体， 是一种科学假想的是一种科学假想的物物 体，现实生活中是不存在的。体，现实生活中是不存在的。 但却可以人工制造出但却可以人工制造出 近似的人工黑体。近似的人工黑体。 二、热辐射的基本定律二、热辐射的基本定律n辐射力、斯蒂芬玻耳兹曼定律(1)辐射力辐射力E :单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波

4、长的能量总和。所有波长的能量总和。 (W/m2)；n(2)斯蒂芬玻耳兹曼定律：黑体辐射力与黑体热力学温度的4次方成正比，因此又称为4次方定律。即n式中：Cb=5.6710-8W/(m2K4)，称为黑体辐射系数；T为绝对温度，K。为了计算方便，改为 C0=5.67 W/(m2K4)n(3)发射率：物体的辐射力E与同温度下黑体的辐射力Eb之比称为该物体的发射率发射率(又称黑度黑度)，用符号表示4TCEbb40)100(TCEbbEE/n基尔霍夫定律基尔霍夫定律n实际物体的辐射和吸收间的关系n板相距很近，从一块板发出的辐射全部n落到另一块板上。n板1为黑体表面：Eb、Tbn板2为无透射的任意表面 ：

5、E、A、Tn两板间单位面积的辐射换热量：n当系统处于热平衡状态时n 若温度平衡 ，即q0，则n把上述关系推广n在热平衡状态下，任何实际物体的辐射力和吸收率之比n都相同，均等于同温度下黑体的辐射力 。n 与黑体热平衡的条件下才能成立bqEAE,0bTT qbEEA1212.bEEEEAAA图6-10 平行平板的辐射换热bEAE基尔霍夫定律引出结论 (1)在相同温度下，辐射力大的物体，其吸收比也大，亦即善于辐射的物体也善于吸收。(2)因为所有实际物体的吸收比都小于1，所以在同温度条件下黑体的辐射力最大。(3)将式(3-43)与式(3-41)相对照，则有a=第第4节节 传热过程与换热器传热过程与换热

6、器n通过平面的热流量的计算方式n式中：式中：K是传热系数是传热系数(总传热系数总传热系数)。对于。对于不同的传热过不同的传热过程程，K的计算公式也不同。的计算公式也不同。n单层平壁单层平壁 多层平壁多层平壁)(21ffttkAtotARk121111hhk211111hhkniii通过圆管的传热通过圆管的传热n内部对流：内部对流：圆柱面导热：圆柱面导热：外部对流：外部对流： n 其中：其中： )(1wifiittldh)ln(21)(iowowiddltt)(2fwooottldhiihidlhR1lddRio2)ln( ooholdhR1)(1)ln(211)(fofiooooioiifof

7、ittldkdhdddhttloiooiioohddddhdk1)ln(21hihon换热器的分类：换热器的分类：螺旋板式板式交叉流换热器管壳式壳管式套管式)(蓄热式混合式间壁式板翅式管翅式管束式冷热流体冷热流体分别位于分别位于固体壁面固体壁面两侧。两侧。n：冷热流体混合进行传热。冷热流体混合进行传热。间壁式换热器的主要型式间壁式换热器的主要型式n套管式换热器套管式换热器n肋片管式换热器肋片管式换热器n板式换热器板式换热器n板翅式换热器板翅式换热器套管式换热器：套管式换热器：最简单的一种间壁式最简单的一种间壁式换热器，流体有顺流和逆流两种，换热器，流体有顺流和逆流两种，适用于传热量不大或流体流

8、量不适用于传热量不大或流体流量不大的情形大的情形。肋片管式换热器：肋片管式换热器：适用于管内液体和管外气适用于管内液体和管外气体之间的换热体之间的换热板式换热器：板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，板叠加所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清洗方便，其特点是拆卸清洗方便，故适用于含有易结垢物的故适用于含有易结垢物的流体。流体。板翅式换热器：板翅式换热器：结构紧凑，单位体积的换热面结构紧凑，单位体积的换热面积大，但清洗困难，不易检修，积大，但清洗困难，不易检修，适用于清洁无腐蚀适用于清洁无腐蚀性流体间的

9、换热性流体间的换热 顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的最大，顺流则最小；顺流时，而逆度下，逆流的最大，顺流则最小；顺流时，而逆流时，则可能大于流时，则可能大于 ，可见，逆流布置时的换热最，可见，逆流布置时的换热最强。强。dqiToThdTcdTTInOutdqiToThdTcdTTInOut无论是顺流还是逆流，都可以统一用这个公式来计算换热器的平均温差minmaxminmaxtlnttttm换热器热计算的基本方程式是换热器热计算的基本方程式是传热方传热方程式程式及及热平衡式热平衡式mtkA)()(cccmchhhmhttcqttcq 强化手段强化手段:na 无源技术无源技术(被动技术被动技术) ；b 有源技术有源技术(主动式主动式技术技术)n无源技术无源技术(被动技术被动技术)：除了输送传热介质的功：除了输送传热介质的功率消耗外，无需附加动力率消耗外，无需附加动力n其主要手段有：其主要手段有：涂层表面在换热表面涂上细小涂层表面在换热表面涂上细小的多孔层以加以强化沸腾；的多孔层以加以强化沸腾；n粗糙表面粗糙表面(图图3-29)粗糙表面可以促进边界层中粗糙表面可以促进边界层中流体的混合；流体的混