第四章 熱量傳遞基礎(chǔ)1.ppt

4 1概述 4 2熱傳導(dǎo) 4 2 1傅立葉定律 4 2 2導(dǎo)熱微分方程 4 2 3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 4 2 4非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 幻燈片1目錄 第四章熱量傳遞基礎(chǔ) 第四章熱量傳遞基礎(chǔ) 4 1概述 4 2熱傳導(dǎo) 4 2 1傅立葉定律 一 基本概念 4 2 1傅立葉定律 物性之一 與物質(zhì)種類 熱力學(xué)狀態(tài) T P 有關(guān)物理含義 代表單位溫度梯度下的熱通量大小 故物質(zhì)的 越大 導(dǎo)熱性能越好 一般地 導(dǎo)電固體 非導(dǎo)電固體 液體 氣體T 氣體 水 其它液體的 二 傅立葉定律 4 2 2導(dǎo)熱微分方程 即 4 2 2導(dǎo)熱微分方程 若 為常數(shù) 則 定解條件 4 2 2導(dǎo)熱微分方程 由以上方程和邊界條件 初始條件可數(shù)值求解溫度場 但是 下面我們將重新從熱量衡算出發(fā)求解一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題 4 2 3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 一維穩(wěn)態(tài)時 一 無限大單層平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 無內(nèi)熱源 可見溫度分布為直線 若 為常數(shù) 則 4 2 3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 薄殼衡算法 二 無限大多層平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 無內(nèi)熱源 4 2 3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 薄殼衡算法 思考1 若上述平壁的右側(cè)與環(huán)境進(jìn)行對流傳熱 設(shè)環(huán)境溫度為t0 對流傳熱系數(shù)為 則傳熱量表達(dá)式如何 4 2 3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 薄殼衡算法 三 無限長單層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 無內(nèi)熱源 若 為常數(shù) 則 可見溫度分布為對數(shù)關(guān)系 4 2 3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 薄殼衡算法 4 2 3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 薄殼衡算法 Q 常數(shù) 但q 常數(shù) 四 無限長多層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 無內(nèi)熱源 4 2 3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 薄殼衡算法 4 2 3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 薄殼衡算法思考 保溫層越厚 保溫效果越好嗎 4 2 3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 薄殼衡算法 五 保溫層的臨界厚度 影響因素 接觸材料的種類及硬度 接觸面的粗糙程度 接觸面的壓緊力 空隙內(nèi)的流體性質(zhì) 接觸熱阻一般通過實(shí)驗(yàn)測定或憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì) 4 2 3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 薄殼衡算法 六 接觸熱阻 4 3對流傳熱 4 3 1理論分析法求 4 3 2實(shí)驗(yàn)方法求 4 3 3類比法求 對流傳熱系數(shù)小結(jié) 的數(shù)量級 幻燈片2目錄 第四章熱量傳遞基礎(chǔ) 4 3對流傳熱 什么是對流傳熱 流動的流體與外界的傳熱 靜止流體與外界的傳熱 強(qiáng)制對流 自然對流 的獲得主要有四種方法 4 3對流傳熱 用因次分析法 再結(jié)合實(shí)驗(yàn) 建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式 把理論上比較成熟的動量傳遞的研究成果類比到熱量傳遞過程 4 數(shù)值法 建立理論方程式 用數(shù)學(xué)分析的方法求出 的精確解或數(shù)值解 這種方法目前只適用于一些幾何條件簡單的幾個傳熱過程 如管內(nèi)層流 平板上層流等 連續(xù)性方程和N S方程 得到速度場 壁面處的速度梯度 壁面力 4 3 1理論分析法求 回憶 第一章范寧因子f的理論求解過程 引入 阻力系數(shù) 又稱范寧因子 引入 摩擦因數(shù) 1 圓管內(nèi)的穩(wěn)定層流 的理論求解過程為 邊界層是對流傳熱的主要熱阻所在 4 3 1理論分析法求 影響 的因素主要有 1 引起流動的原因 自然對流和強(qiáng)制對流2 流動型態(tài) 層流或湍流3 流體的性質(zhì) cp 等4 傳熱面的形狀 大小 位置 如圓管與平板 垂直與水平 管內(nèi)與管外等5 有相變與無相變 cp或汽化潛熱r 4 3 2實(shí)驗(yàn)方法求 因次分析法 格垃霍夫準(zhǔn)數(shù)Gr是雷諾數(shù)的一種變形 表征自然對流時的 雷諾數(shù) 無因次數(shù)群 努塞特準(zhǔn)數(shù) 表示導(dǎo)熱熱阻與對流熱阻之比 4 3 2實(shí)驗(yàn)方法求 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 反映物性的影響 一般 氣體的Pr1 導(dǎo)溫系數(shù) SeealsoP192 故 4 3 2實(shí)驗(yàn)方法求 對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式 一 無相變時 當(dāng)Gr 25000 需考慮自然對流對傳熱的影響 需乘上一個大于1的校正系數(shù) 4 3 2實(shí)驗(yàn)方法求 書P195式4 73 一 無相變時 Why 若使用條件不滿足上述條件時 需修正 1 對于短管 L d 60 乘上一個大于1的校正系數(shù) 用式 4 75 2 當(dāng)壁面與流體主體溫差較大時 Nu 0 027Re0 8Pr1 3 w 0 14教材式4 74 3 非圓形管的強(qiáng)制湍流 上式仍可使用 但需將d換成de 4 彎管內(nèi) 乘上一個大于1的校正系數(shù) 1 1 77 d R 式4 80 一 無相變時 3 流體在管殼間的對流傳熱 式4 84 3 管外的強(qiáng)制對流傳熱 1 流體橫向流過單管傳熱 見圖4 23 2 流體橫向流經(jīng)管束 管簇 的傳熱 式4 82 83 一 無相變時 C n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù) 4 自然對流 一 無相變時 式4 87a 4 3 2實(shí)驗(yàn)方法求 豎直壁面 層流 湍流 水平圓管外 層流 1 冷凝傳熱 P207式4 89 P208式4 95 P208式4 96 水平管束 膜狀冷凝傳熱的強(qiáng)化 減薄冷凝液液膜厚度 選擇正確的蒸汽流動方向 在傳熱面上垂直方向上刻槽或安裝若干條金屬絲等 第一排的 與單管相似 第二排的 比第一排小 第三排的 比第二排小 若干排后 基本上不變 平均 比單排的小 二 有相變