传热学复习1.2章

1、传热学导热模块复习传热学导热模块复习制作人：蓝文清制作人：蓝文清 冯育维冯育维传热学传热学传热学传热学的简介的简介传热的传热的分类分类思考与思考与提高提高背景背景稳态热稳态热传导传导非稳态非稳态热传导热传导按温度按温度变化分变化分类类有无内有无内热源热源三个目三个目的的三种方三种方式式按维度按维度分分集中参集中参数法数法查表法查表法和公式和公式法法温度分温度分布函数布函数知识结构框架图：知识结构框架图：第一章：绪论第一章：绪论l1.1 传热学的简单介绍l1.2 传热学的三大任务l1.3 传热三种途径l1.4 混合传热传热学的简单介绍：传热学的简单介绍：l生活中关于传热的现象大家并不少见，衣、食

2、、住、行等生活中关于传热的现象大家并不少见，衣、食、住、行等都涉及到传热的问题。都涉及到传热的问题。l既然热的传递在生活中到处都存在着，那么如果能够系统既然热的传递在生活中到处都存在着，那么如果能够系统的研究传热的特征及规律，就能达到节能以及提高经济效的研究传热的特征及规律，就能达到节能以及提高经济效率。率。l假如能够发明一件衣假如能够发明一件衣 服，服， 能够按照人体体温来调节能够按照人体体温来调节 保暖程度，那么不是很方便？保暖程度，那么不是很方便？传热学的三大任务：（主要目的）传热学的三大任务：（主要目的）l强化传热。例如夏天时开空调，把室内的热量强制性的排出室外。l削弱传热。例如某些装

3、置要求储热性能好，最常见的是保温瓶，比较保温性能的好坏用单位时间的传热量来比较。 越小，代表保温性能好。l温度控制。为使一些设备能安全经济地运行，或者为得到优质产品，要对物体关键的部位的温度进行控制。例如：温室大棚（种植蔬菜）。那么学习传热学有什么用？那么学习传热学有什么用？传热学主要研究什么？传热学主要研究什么？热量传递的动力？热量传递的动力？答：答：学好传热学，我们就能掌控好传热的过程及程度。学好传热学，我们就能掌控好传热的过程及程度。传热学主要研究如何控制温度，控制传热量。从而达到能量的最高利用率。传热学主要研究如何控制温度，控制传热量。从而达到能量的最高利用率。温差是热量传递的动力。温

4、差是热量传递的动力。于是，只要掌握温度分布函数，就能够实现传热学的三大目的。于是，只要掌握温度分布函数，就能够实现传热学的三大目的。传热三种途径：传热三种途径：热传导热传导热对流热对流热辐射热辐射流体的宏观运动流体的宏观运动引起流体各部分引起流体各部分之间发生相对位之间发生相对位移，冷、热流体移，冷、热流体相互掺混导致热相互掺混导致热量传递过程。量传递过程。（必然伴随有热（必然伴随有热传导现象）传导现象）物体因热的物体因热的原因而发出原因而发出辐射能的现辐射能的现象。象。依靠分子、原依靠分子、原子及自由电子子及自由电子等微观粒子热等微观粒子热运动而产生的运动而产生的热能传递过程。热能传递过程。

5、宏观上无相对宏观上无相对位移位移。热传导：热传导： 傅里叶定律：l单位： W l热流密度l W/(m.K)l物理意义： 单位时间带走的能量 。 单位时间l单位面积的能量l传递方向：温度： l如果温度t沿x正方向增加时，热量从x负方向传递。反之亦然。dxdtA)(KmW/dxdtAqqSJ /)/(2smJ初末t-t热对流：热对流：l牛顿冷却公式：l热流密度：l表面传热系数：h。l单位: l影响因素：五大影响因素。l1.流动起因。 2.有无相变。l3.流动状态。 4.物理性质。l5.换热表面几何因素。）小大t -(thAthq)/(2KmWh热辐射：热辐射：l斯忒藩-玻尔兹曼定律：l对象：黑体。

6、 l实际大多数物体不是黑体，采用修正形式：l适用对象：大多数物体。l式中：T为热力学温度，K。l 为一常数，黑体辐射常数，数值为：lA为辐射面积， 。l l 为物体的发射率，又称黑度，数值上恒小于1。4TA4TA）428/(1067. 5KmW2m热辐射：热辐射：l注意：斯忒藩-玻尔兹曼定律中的 是物体自身向外辐射的热流量，而不是辐射传热量。l辐射传热量就是指物体间相互辐射和吸收的总效果。l常见模型：表面积为 l表面温度为 l发射率为 l的物体被表面温度为 l的空腔包容，l辐射换热量为：1A1T12T)(424111TTA混合传热混合传热l传热过程。（特指）l表达式：l简化成：)(111wft

7、tAh)(21wwttA)(222fwttAh212111)(hhttAffK K称为传热系数，则简化为：称为传热系数，则简化为：l单位为：l传热过程的总传热系数：K。l类比电阻，串联相加。)(21ffttAk)/(2KmW21111hhK第二章：稳态热传导第二章：稳态热传导l2.1 导热基本定律导热基本定律傅里叶定律傅里叶定律l2.2 从数学角度分析导热问题从数学角度分析导热问题l2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解l2.4 通过肋片的导热通过肋片的导热2.1 2.1 导热基本定律导热基本定律傅里叶定律傅里叶定律l1.1 导热机理：固体、气体、液体。l1.2 温度

8、场：l 物体的温度场是坐标与时间的函数，即l 稳态温度分布函数：l1.3 导热基本定律傅里叶导热定律l1.4 导热系数),(zyxft ),(zyxft xtA|nxtq2.2 2.2 导热问题的数学描写导热问题的数学描写l2.1 导热微分方程l有内热源 l三维l非稳态l能量守恒方程：l进去的能量+自产的能量l出去的能量+保留的能量=由此可得导热微分方程：由此可得导热微分方程：l根据对应条件可化简：（1） 为常数时：（2）一维，稳态，无内热源，常物性：)()()(cztzytyxtxtcztytxtat)(222222022dxtd2.2 2.2 定解条件：定解条件：l导热问题常见的三类边界条

9、件：l（1）规定了边界的温度，为第一类边界条件规定了边界的温度，为第一类边界条件。l 对非稳态： 时， l（2）规定了边界上的热流密度值，为第二类。规定了边界上的热流密度值，为第二类。l l 时 l（3）规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度 为第三类边界条件。 常数wt0)(1ftw常数wq0)()(2fntwft)()(fwwtthnt2.3 2.3 热扩散率的物理意义热扩散率的物理意义l热扩散率的定义：l（1）分子中有导热系数 越大，越容易导热， 也越大。l（2）分母是 ， 越小，温度上升 所吸收的热量就越小，就可省下更多热量传给物体内部。l故热扩散率是衡量物体温度

10、变化传播快慢的指标。caaccc12.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解l1.单层平壁，无内热源、稳态、常物性。l边界条件：l得温度分布函数：l根据傅里叶定律表达式有：l从而有：022dxtd21,;, 0ttxttx112txttttdxdtqtA物理意义物理意义 类比：欧姆定律。l则 为转移过程的动力， 为转移过程的阻力，l 为导热过程的转移量。l阻力就是传热过程中的热阻，可l类比电阻，串联相加。l多层平壁：多层平壁：过程的阻力过程的动力过程中的转移量 t)/(A33221141ttq2.3.2 2.3.2 通过圆筒壁的导热通过圆筒壁的导热l1.单层圆筒壁

11、：l导热微分方程及边界条件：l可求得温度分布函数，对时间求导后l再结合傅里叶定律得：l导热量：0)(drdtrdrd2211,ttrrttrr)/ln(1221rrttrdrdtq)/ln()(221221rrttrlrlql由热阻定义得：l传热面积为圆筒的侧面积：2.多层圆筒壁： 类比多层平壁，热阻叠加。lddtR2)/ln(1233422311241/ )/ln(/ )/ln(/ )/ln()(2ddddddttlrl22.4 2.4 通过肋片的导热通过肋片的导热 l把增加换热面积来增加换热量肋片。l合理简化：l（1）把对流与辐射包含在内的复合对流换热系数 h。l（2）导热系数、表面传热系

12、数、横截面积均为常数。l（3）温度在垂直长度方向不发生变化，且表面换热热阻远大于肋片中的导热热阻，故同一截面默认温度均匀。l（4）肋片顶端温度不变（即绝热）。通过等截面直肋的导热通过等截面直肋的导热由此可得导热微分方程：由此可得导热微分方程：l内热源 要进一步确定，l取微元段dx，截面周长为P。l表面总散热量l微元体积 ，折算源项：l 式中负号表示肋片向坏境散热l化简得：l边界条件：022dxtd)()(tthPdxsdxAcccsAtthPdxA)(cAtthPdxtd)(220,;, 00dxdtHxttx2.4 2.4 肋效率与肋面总效率肋效率与肋面总效率l1.等截面直肋的效率l l2.肋面总效率式中 为肋片表面积，两个肋片根部之间的根部表面积为 。l肋片总效率高于肋片效率。基温度下的散热量假设整个肋表面处于肋实际