第五章传热的基本定律.ppt

1、第五章，介绍了热量传递的基本规律和应用北京理工大学郑洪飞，本章和上一章的区别，热能利用问题：工程热力学问题。(假定系统处于平衡状态，而不管传递时间)引入了传热问题：传热问题。(考虑到在有限的时间内温度不平衡引起的传热过程，学习前面的工程热力学，知道系统和系统之间可能会发生能量交换。主要是空气过热。但是上面讨论的是交互过程的最终状态。不讨论过程的性质和发生速度。本章主要研究传热过程和速度，并讨论提高或降低传热速度的方法。(强化传热和绝热)，基本概念，1 .热传递是由于温差引起的能量传递的温差，有热传递的2。传热的各种形式(主要有三种形式)(1)热导(热导)物体内有温差或两个温度不同的物体接触时，

2、物体各部分之间没有发生相对位移，则依赖于物质粒子，通过固体或静态流体之间的热导，以热导为主。热传导是固体内部传热的唯一方法。例如，固体物质两侧的温度不同，热量就通过固体流动。研究表明，热导率的大小可以表示为：是的，温差。传热的距离。与热导物质相关的参数，称为热导率(热导率)。(2)对流、温差时流体流动(宏或微组流动)产生的传热。最简单的情况下，在以下计算过程中对流传热系数，W/M2；a是热交换面积，m2。常识是指从表面到运动流体的传热。是计算对流交换热的核心参数，与很多因素有关。(3)辐射因热量而向外发射电磁波的现象称为热辐射。与对流、传导传热不同，是表面之间的热辐射传热，不需要中间物质(例如

3、太阳地球之间的传热)。任何高于0o K的物质都有向外发射电磁波的能力，温度越高，发射能力越强。任何物体都有接受热辐射的能力。能接受所有投射到表面的热辐射的物体称为绝对黑体。绝对黑体发射热辐射的能力是斯蒂芬玻尔兹曼常量，A是发射面积。实际物体必须更低： (黑道1)，(1)流体也有热传导。(纯热传导)，4实际传热是多种传热方式的组合和相互作用的结果，太阳能电池是太阳能利用的新设备，(2)能诱导电导传热。蒸发冷凝，一节热传导，热传导是在不透明、没有空气孔的固体中进行传热的唯一方法，热流的方向是从高温到低温。热传导主要可以分为两类：1正常热传导2异常热传导，在某一瞬间物体内每个点的温度分布称为温度场。

4、在稳定的热传导中，物体内所有地方的温度不随时间变化。因此，温度场只是空间坐标的函数。非稳态热传导的温度场也与时间相关：如果传热只在一个方向上进行，则称为一维热传导。此时说明这个过程最简单：或Q对与徐璐其他物体相同的传热面积A和相同的温度梯度徐璐有不同的值，但各向同性物体具有导热材料的热传导率，单位：W/(mK)，这与物质的特性有关。常识被称为傅里叶传热定律，也是导热系数的定义式。减号意味着热量总是从高温传到低温，或者热量总是从高温物体流向低温物体。沿传热方向温度总是降低。q总是采用正值。单位面积的传热速率称为热流密度。在一维坐标系中，常识(变得非常简单)，1.1通过板的稳态热计算，有无限厚的板

5、。，由于长度和宽度的关系，等温面与两侧平行，热量仅在一个方向流动。单位面积的热流如下：其中减号表示热流减少到温度的方向，是热传导系数。如果平板均匀，里面就没有热源，也没有热。那么，在X方向的任何地方，Q都必须相等，所以Q是常数。如果传热区域A已知，则总传热：电路中的电流是由电压引起的欧姆定律：，在正常状态下，通过各壁的导热系数必须相同，但由于各层的导热系数不同，各层的温度梯度也不同，通过各层的导热系数可以表示为：例如，这是与绳子结合的导热系数。b，C是并行的。并联热阻和并联电阻的电阻计算是相同的。通过、1.3三维布管和球体的热传导，有一层长L、内半径和外半径分别为R1和R2的圆柱壁、lr2和无

6、限长圆柱。在正常状态条件下，执行半径为R的圆柱面分析。在圆柱面上，热流方向互垂于圆柱面，因此可以取得单位长度圆柱面的以下方程式：积分：单位管道长度的热流密度对于由多层套管组成的系统来说，可以通过热阻连接关系计算。内部半径R1、外部半径R2、任意半径R处垂直于热流方向的剖面面积：球形容器热阻为：1.4通过等截面延长表面的热传导，扩展表面常用于各种换热器，起到强化传热的作用。我们知道固体、气体或固体、液体表面之间有对流换热。因此，接触面积越大，Q就越大，因此延伸表面起到提高传热面积的作用。其他横截面积的延伸表面的传热问题是复杂的。最简单的是等截面的延伸表面。截面面积为A，长度为L，周长为U，周围流

7、体温度为Tf，对流传热系数为基准温度T0，导热系数为沿长度传导热时，还与周围流体进行对流换热。通常是二维或三维问题，但是在大的情况下，可以视为一维。沿着长度，杆内的热量会发生变化。X中的传热密度：Qx，x dx中的传热减少，变化：X到xdx，表面和周围流体的换热：在稳态条件下能量平衡为：(向周围流体的传热减少)，例如，(已知)，如果我们知道这种方法，就可以在其他可变截面的延伸曲面上写微分方程，解就行了。有时方程式的解法不确定，可以使用试解法。2.3非稳态导热，我们知道传热介质的温度分布通常在非稳态热传导中介质温度场随时间变化。即使是一维的，例如无限的板块，此时温度分布是，我们热传导1介质的温度

8、分布2求出传热，一般介质的体内可能有热源。由于温度的变化，介质有储能问题等。因此，非稳态导热系数非常复杂。对于大物质，要研究温度分布，首先要设置坐标系，看看如何写温度方程。(莎士比亚，温度，温度，温度，温度，温度，温度，温度，温度，温度，温度，温度)(x，y，z)中取较小的体元来考虑。边长：dx，dy，dz，在能量守恒定律中，我们知道：，X方向：、也称为传导温度系数。因为a越大，温度变化就越快，是质量属性参数。，但是计算机的发展为解决这种问题提供了方便，一般可以数值解决。要解这些方程，还必须知道边界条件和初始条件。边界条件和起始条件：(1)在热流方程中，空间坐标的解是二次的。因此，必须为每个坐

9、标指定两个边界条件。(2)对时间的推导是1差，所以提出确定条件就成为初始条件。第一类边界条件：给定边界的温度值。0的时候最简单。第二种类型的边界条件：指定边界的热流密度值。零点，(绝热时，此常数为0，这里：都是未知的。由于二维异常问题很多，为了方便，已经在地图上画了绿幕图，可以自己写，自己看书。2.4次总热容量方法，在一般非稳态热传导的情况下，我们当然要根据上述方程并行边界条件和初始条件来解决，但一般是很困难的。但是，在某些情况下，不必列举那么复杂的方程，也可以得到近似值。集总热容量法是一种很好的近似解法。固体与周围流体交换热时，通常要经历两个阶段：(1)通过与边界的对流将热传送到固体。(2)

10、固体内径传导热量，使内部温度均匀。金属零件的淬火是典型的例子。也就是说，边界是对流热阻。内部是热导热阻：一般在金属物体上很大，但与周围流体的传热系数不一定很大。也就是说，热量通过边界传递到物体后，在物体内很快就将它扩散到整个物体上。(圣雄甘地，传热，传热，传热，传热，传热，传热，传热，传热，传热)此时物体内的温度梯度很小，在极端情况下显然是不可能的。但是，作为近似值，我们可以做这样的假设。此时(物体内的温度均匀)，知道固体和外部流体热交换需要两个阶段：(1)壁的对流换热(2)内部热导，内部热导比外部对流快得多时可用的总热容方法。对流热阻：内部热阻：对板而言，L为一半厚度。如果不是平板，则L是反

11、映物体大小的特征量，称为特征尺寸，具有长度的尺寸。命令：哦，叫我比奥秀。(无量纲量)Bi1中可用的总热容量方法。通常，在Bi0.1中，物体内的点温差小于5，因此Bi0.1称为总热容量使用条件。特征尺寸，对于不规则物体，放置在(体积比表面积比)、200C的气流中。问：将节点温度提高到199C需要多长时间？例如：球形热电偶节点测量气流中的温度，知道节点表面和气流之间的对流换热系数400W/m2 K，节点物理参数分别为20W/mK、Cp400J/kg K和8500kg/m3。解析：首先求出比奥数，以聚合总热容量法得到非常准确的结果。任务：P146。17问题，达到199C所需的时间，5.3对流传热，对

12、流换热是流体通过固体壁时发生的传热过程。(1)这种现象很普遍。(2)可分为强制对流和自然对流。例如，我们知道如果tw不等于TF，就会发生对流换热。表面积A，固体的一个面积A和流体的热交换Q可以用对流热交换系数表示。单位：W/m2C，其中Q始终为正数。如果这是著名的牛顿冷却公式。，对流换热更换过程的所有复杂性和计算上的困难往往集中在换热系数上。3.1流动边界层和热边界层，流动对传热影响很大，因此，(1)流动边界层，首先分析流体通过平板的情况。(1)紧贴固体表面的流体因摩擦或粘性而停止。(2)由于粘性力降低了附近墙面的流体速度，因此随着流速的加深，这种粘度也可能影响到离墙面更远的地方。(。如果可以

13、使用仪器或跟踪器方法，则可以看到上图所示的速度分布曲线。y0、u0、起点、U随着与墙的距离Y的增加而增加。通过薄壁层后，U以接近主流速度uf的速度增加，这种速度急剧变化的薄层通常称为流动边界层。还将U等于uf的99的Y值定义为边界层的厚度。显然，也随着流量的加深而变化。根据牛顿的粘性定律，粘性力与垂直于运动方向的速度变化率成正比。也就是说，称为流体的动力粘度，kg/m s不能忽略，因为它在边界层内。沿固体壁流动，边界层内的流动情况也发生变化。随着开始，0，x的增加，壁的粘性力逐渐影响内部，因此边界层增厚和增加。但是在一定距离xc之前，发现边界层内的流动主要维持分层、秩序、滑动流、各层、徐璐不干涉的层流特性层流边界层。(2)增加，或xxc，边界层内的不稳定，X越大，不稳定状态越盛行。最终大部分变成了湍流。叫做湍流边界层。(3)