肋片導(dǎo)熱-文檔資料

1、第四講 肋片導(dǎo)熱,2-4 通過肋片的導(dǎo)熱,第三類邊界條件下通過平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,為了增加傳熱量，可以采取哪些措施,1）增加溫差（tf1 - tf2），但受工藝條件限制,2）減小熱阻,a) 金屬壁一般很薄( 很小)、熱導(dǎo)率很大，故導(dǎo)熱熱阻一般可忽略,b) 增大h1、h2，但提高h1、h2并非任意的,c) 增大換熱面積 A 也能增加傳熱量,本節(jié)介紹增加換熱面積的有效方法 “有效方法”指在材料消耗量增加較少的條件下能較多地增大面積的方法。 肋片，又稱翅片（fin）是有效增加換熱面積的方法。 所謂肋片是指依附于基礎(chǔ)表面上的擴展表面,在一些換熱設(shè)備中，在換熱面上加裝肋片是增大換熱量的重要手段,肋壁：直

2、肋、環(huán)肋；等截面、變截面,1 通過等截面直肋的導(dǎo)熱,l,已知： 矩形直肋 肋跟溫度為t0，且t0 t 肋片與環(huán)境的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 h. ，h和Ac均保持不變 求： 溫度場 t 和熱流量,分析：嚴格地說，肋片中的溫度場是三維、穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱 源、常物性、第三類邊條的導(dǎo)熱問題。但由于三維 問題比較復(fù)雜，故此，在忽略次要因素的基礎(chǔ)上， 將問題簡化為一維問題,簡化：a 寬度 l and H 肋片長度方向溫度均勻 l = 1 b 大、 H，認為溫度沿厚度方向均勻 邊界：肋根：第一類；肋端：絕熱；四周：對流換熱 求解：這個問題可以從兩個方面入手： a 導(dǎo)熱微分方程，例如書上第38頁 b 能量守恒Fourie

3、r law,能量守恒,Fourier 定律,Newton冷卻公式,關(guān)于溫度的二階非齊次常微分方程,導(dǎo)熱微分方程,混合邊界條件,引入過余溫度 。令,則有,方程的通解為,應(yīng)用邊界條件可得,最后可得等截面內(nèi)的溫度分布,雙曲余弦函數(shù),雙曲正切函數(shù),雙曲正弦函數(shù),穩(wěn)態(tài)條件下肋片表面的散熱量 = 通過肋基導(dǎo)入肋片的熱量,肋端過余溫度： 即 x H,幾點說明： (1) 上述推導(dǎo)中忽略了肋端的散熱（認為肋端絕熱）。對于一般工程計算，尤其高而薄的肋片，足夠精確。若必須考慮肋端散熱，?。篐c=H + /2,2)上述分析近似認為肋片溫度場為一維。 當Bi=h/ 0.05 時，誤差小于1%。對于短而厚的肋片，二維溫度

4、場，上述算式不適用；實際上，肋片表面上表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h不是均勻一致的 數(shù)值計算,2 肋片效率 為了從散熱的角度評價加裝肋片后換熱效果，引進肋片效率,肋片的縱截面積,可見， 與參量 有關(guān)，其關(guān)系曲線如圖214所示。這樣，矩形直肋的散熱量可以不用(2-38)計算，而直接用圖214查出 然后，散熱量,影響肋片效率的因素：肋片材料的熱導(dǎo)率 、肋片表面與周圍介質(zhì)之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h、肋片的幾何形狀和尺寸（P、A、H,3 通過環(huán)肋及三角形截面直肋的導(dǎo)熱 為了減輕肋片重量、節(jié)省材料，并保持散熱量基本不變，需要采用變截面肋片，環(huán)肋及三角形截面直肋是其中的兩種。 對于變截面肋片來講，由于從導(dǎo)熱微分方程求得的肋片

5、散熱量計算公式相當復(fù)雜，因此，人們仿照等截面直肋。利用肋片效率曲線來計算方便多了，圖214和215分別給出了三角形直肋和矩形剖面環(huán)肋的效率曲線,圖 214,圖 215,4. 通過接觸面的導(dǎo)熱,實際固體表面不是理想平整的，所以兩固體表面直接接觸的界面容易出現(xiàn)點接觸，或者只是部分的而不是完全的和平整的面接觸 給導(dǎo)熱帶來額外的熱阻,當界面上的空隙中充滿導(dǎo)熱系 數(shù)遠小于固體的氣體時，接觸 熱阻的影響更突出,接觸熱阻,當兩固體壁具有溫差時，接合 處的熱傳遞機理為接觸點間的 固體導(dǎo)熱和間隙中的空氣導(dǎo)熱， 對流和輻射的影響一般不大,Thermal contact resistance,1）當熱流量不變時，接

6、觸熱阻 rc 較大時，必然 在界面上產(chǎn)生較大溫差,2）當溫差不變時，熱流量必然隨著接觸熱阻 rc 的增大而下降,3）即使接觸熱阻 rc 不是很大，若熱流量很大， 界面上的溫差是不容忽視的,接觸熱阻的影響因素,1）固體表面的粗糙度,3）接觸面上的擠壓壓力,例,2）接觸表面的硬度匹配,4）空隙中的介質(zhì)的性質(zhì),在實驗研究與工程應(yīng)用中，消除接觸熱阻很重要,導(dǎo)熱姆（導(dǎo)熱油、硅油）、銀,先進的電子封裝材料 （AIN），導(dǎo)熱系數(shù)達400以上,作業(yè)： 2-1，2-2，2-11，2-17，2-25，2-28，2-33， 2-56，2-57, 2-58,思考題： 1矢量傅立葉定律的基本表達式及其中各物理量的定義。 2溫度場, 等溫面, 等溫線的概念。 3利用能量守恒定律和傅立葉定律推導(dǎo)導(dǎo)熱微分方程的基本 方法。 4使用熱阻概念, 對通過單層和多層平板, 圓筒和球殼壁面的 一維導(dǎo)熱問題的計算方法。 5利用能量守恒定律和傅立葉定律推導(dǎo)等截面和變截面肋片 的導(dǎo)熱微分方程的基本方法,6導(dǎo)熱系數(shù)為溫度的線性函數(shù)時, 一維平板內(nèi)溫度分布曲線的形 狀及判斷方法。 7肋效率的定義。 8肋片內(nèi)溫度分布及肋片表面散熱量的計算。 9導(dǎo)熱問題三類邊界條件的數(shù)學(xué)描述. 10兩維物體