第四部分傳熱-ppt課件

1、 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、傳熱的方法一、傳熱的方法熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱、輻射傳熱熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱、輻射傳熱二、學(xué)習(xí)內(nèi)容及目的二、學(xué)習(xí)內(nèi)容及目的1 1、掌握各種傳熱過程的根本原理、掌握各種傳熱過程的根本原理2 2、掌握總的傳熱速度方程及其運(yùn)用計(jì)算、掌握總的傳熱速度方程及其運(yùn)用計(jì)算傳熱計(jì)算傳熱計(jì)算3 3、掌握總的傳熱系數(shù)、掌握總的傳熱系數(shù)K K及傳熱平均溫度差的計(jì)算及傳熱平均溫度差的計(jì)算4 4、了解對(duì)流傳熱系數(shù)的建立及輻射傳熱的規(guī)律、了解對(duì)流傳熱系數(shù)的建立及輻射傳熱的規(guī)律 第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)一、傅立葉定律一、傅立葉定律熱傳導(dǎo)的根本實(shí)際熱傳導(dǎo)的根本實(shí)際熱傳導(dǎo)的定義：依托物體內(nèi)自在電子運(yùn)熱傳導(dǎo)

2、的定義：依托物體內(nèi)自在電子運(yùn)動(dòng)或分子原位振動(dòng)，從而導(dǎo)致熱量的傳動(dòng)或分子原位振動(dòng)，從而導(dǎo)致熱量的傳送，即熱傳導(dǎo)。送，即熱傳導(dǎo)。1 1、幾個(gè)概念、幾個(gè)概念溫度場(chǎng)：一個(gè)空間各點(diǎn)溫度隨時(shí)間的分溫度場(chǎng)：一個(gè)空間各點(diǎn)溫度隨時(shí)間的分布，稱為溫度場(chǎng)。布，稱為溫度場(chǎng)。穩(wěn)定的溫度場(chǎng)：各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間變化。穩(wěn)定的溫度場(chǎng)：各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間變化。等溫面：溫度場(chǎng)中，溫度相等的點(diǎn)組成等溫面：溫度場(chǎng)中，溫度相等的點(diǎn)組成的面。等溫面之間不相交的面。等溫面之間不相交溫度梯度：溫度沿著溫度增大方向的變溫度梯度：溫度沿著溫度增大方向的變化率?；?。dt/dxdt/dxmWmdxdtmAWQ/2，比例系數(shù)，稱導(dǎo)熱系數(shù)溫度梯度，傳熱面積

3、，單位時(shí)間傳熱量，2 2、傅立葉定律、傅立葉定律dxdtAQqdxdtAQ或二、平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)二、平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)傅立葉定律運(yùn)用傅立葉定律運(yùn)用1 1、單層平壁、單層平壁t0b21ttbAQdxdtAQ積分xt2t12 2、多層平壁、多層平壁A A為同一個(gè)值為同一個(gè)值QQQQ321AbAbAbttttbAttbAttbAQ33221141433332222111例4-1 某冷庫壁內(nèi)外層磚壁厚各為12 cm ，中間夾層填以絕熱資料，厚10 cm 。知磚的導(dǎo)熱系數(shù)為0.70 W/ mK ，絕熱資料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.04W/mK。墻的外外表溫度為10 ，內(nèi)外表溫度為-5 。試計(jì)算進(jìn)入冷庫的熱流密度及絕

4、熱資料與磚墻兩接觸面上的溫度。解：根據(jù)題意，）（），（，KmWKmWmbmcmbbtt/04. 0/7 . 01 . 012. 01251023123141bqtbqttbqttttmWbbbttAQqq1 . 47 . 012. 027. 551 . 97 . 012. 027. 5102/27. 51 . 012. 004. 01 . 07 . 012. 0510) 1 (3342223111232233221141和）求（）（）（求熱流密度三、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)三、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)1 1、單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)、單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 比平壁復(fù)雜，傳熱面積 A是個(gè)變量。rLA2對(duì)于同一

5、管子，L內(nèi)外一致，只需r 在變，如下圖 -圓筒長-圓筒的內(nèi)半徑-圓筒的外半徑-圓筒中恣意處半徑L Lr1r2r1r2rL Lt2t121211212211212212ln2ln22ttbAbttLrrrrrttrrLrrttLQdrdtrLdrdtAQmm積分得1212122112ln222rrrrrrrrrrrrmm時(shí)，時(shí)，當(dāng)2、多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)、多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)33343222322112133322211141321mmmmmmAbttAbttAbttAbAbAbttQQQQQ例 4-2 在一mm5 . 3mm60 的鋼管外包有兩層絕熱材料，里層為mm40的氧化鎂粉，平均導(dǎo)熱

6、系數(shù)11KmW07. 0，外層為mm20的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù)11KmW15. 0?，F(xiàn)用熱電偶測(cè)得管內(nèi)壁溫度為500，最外層表面溫度為80，管壁導(dǎo)熱系數(shù)11KmW45。試求每米管長的熱損失及保溫層界面溫度。 解：12340.0265m0.030.07m0.09mrrrr，112 3.14 (500 80)191W m10.0310.0710.09lnlnln450.0265 0.070.03 0.150.07q1313211222 ()11lnlnttqrrrr界面溫度每米管長的熱損失：(a)(b)t332 3.14 (500)19110.0310.07lnln450.02650.070.0

7、3t解得：Ct1323第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱一、間壁兩側(cè)的傳熱分析一、間壁兩側(cè)的傳熱分析冷、熱流體經(jīng)過間壁傳熱運(yùn)用最多特點(diǎn)：1、冷、熱流體中心，為湍流，溫度無差別；2、接近管壁處，存在層流底層，傳熱以傳導(dǎo)方式進(jìn)展；3、熱量在管壁內(nèi)也以傳導(dǎo)方式進(jìn)展；4、傳熱阻力主要集中在層流底層，稱傳熱有效膜，傳熱快慢主要由此處的速度決議。冷流體熱流體TttwTw二、對(duì)流傳熱方程式牛頓冷卻定律ttATTAQww2211221mAAWQ傳熱面積，、傳熱速率，tTTtww冷流體平均溫度，熱流體平均溫度，冷熱流體的平均溫度，,mW221/,系數(shù)，熱、冷流體的對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)1、影響對(duì)流傳熱的要素：而產(chǎn)

8、生的自然浮力致導(dǎo)致的自然對(duì)流由于流體內(nèi)部溫度不一、tgtgluCp223RePr,tlgGrluCplNutgluCpf；格拉曉夫準(zhǔn)數(shù)，雷諾準(zhǔn)數(shù)，；普蘭特準(zhǔn)數(shù)，努塞爾準(zhǔn)數(shù)，析，可得到四個(gè)準(zhǔn)數(shù)：采用因次分析法進(jìn)行分，準(zhǔn)數(shù)的意義2、對(duì)流傳熱系數(shù)各準(zhǔn)數(shù)關(guān)系：hfaGrKNuPrRe1流體無相變時(shí)的：流體在管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流圓形直管內(nèi)的強(qiáng)迫對(duì)流湍流過渡流層流彎管內(nèi)的強(qiáng)迫對(duì)流非圓形管內(nèi)的強(qiáng)迫對(duì)流湍流湍流過渡流過渡流層流層流流體在管外的強(qiáng)迫對(duì)流流體垂直流過管束流體程度流過管束大空間的自然對(duì)流2有相變是的：蒸汽冷凝時(shí)的液體沸騰時(shí)的在程度管外冷凝在垂直管外冷凝3運(yùn)用閱歷關(guān)聯(lián)式本卷須知： 適用范圍：關(guān)聯(lián)式給出了運(yùn)用條

9、件，Re、Pr等范圍 特性尺寸：普通l取管的內(nèi)徑 定性溫度：查取、Cp時(shí)，要有溫度，稱定性 溫度。 取流體的進(jìn)出口平均溫度， 取壁溫， 取膜溫， 蒸汽冷凝：膜狀冷凝，滴狀冷凝 液體沸騰：自然對(duì)流，核狀沸騰，膜狀沸騰221tttmwwtT或2wwmTttt 第四節(jié)第四節(jié) 傳熱計(jì)算傳熱計(jì)算一、總的傳熱速度方程式一、總的傳熱速度方程式mtKAQtmAmWKm度差，冷熱流體之間的平均溫傳熱面積，總的傳熱系數(shù)，22/1、總的傳熱系數(shù)k確實(shí)定(一間壁兩側(cè)傳熱為例)：22112211111AttATTAbtTKAtTttATTAbtTAtKAQwwmwwwwmm22112211111111AAAbKAKAt

10、TAAAbtTQmm1對(duì)于平壁：2121111bKAAAAm2對(duì)于圓筒壁以內(nèi)外表積為基準(zhǔn)：LdA121211111ddddbKmmdmdmdm圓筒壁的外直徑，圓筒壁的內(nèi)直徑，圓筒壁的對(duì)數(shù)平均直徑21LdA11LdA22LdAmm以外外表積為基準(zhǔn)：以外外表積為基準(zhǔn)：22121111mddbddK3對(duì)于有污垢熱阻時(shí)，對(duì)于有污垢熱阻時(shí)，K確實(shí)定：確實(shí)定：設(shè)管壁內(nèi)、外側(cè)外表上的熱阻分別為設(shè)管壁內(nèi)、外側(cè)外表上的熱阻分別為 及及22121211111ddddRddbdRdkm或或22212111211RddbdddRdddkmRd1Rd2當(dāng)傳熱面為平壁或薄管壁時(shí)，當(dāng)傳熱面為平壁或薄管壁時(shí)，21dddm22

11、11111RdbRdk2、傳熱平均溫度差、傳熱平均溫度差確實(shí)定確實(shí)定這一平均溫差是指冷、熱流體之間的溫差這一平均溫差是指冷、熱流體之間的溫差1恒溫差傳熱例如蒸發(fā)操作恒溫差傳熱例如蒸發(fā)操作tTtmtmtm1變溫差傳熱變溫差傳熱T2T1t1t2T1T2t1t2逆流逆流并流順流并流順流t1t2T1T2T2t1t2T1Tt1t22121lntttttmt1和t2分別表示流體進(jìn)出口兩端的溫差 二、傳熱過程的熱量衡算可以確定消費(fèi)操作二、傳熱過程的熱量衡算可以確定消費(fèi)操作的熱負(fù)荷的熱負(fù)荷1、冷、熱流體無相變，且以為流體的比熱不隨溫度變化、冷、熱流體無相變，且以為流體的比熱不隨溫度變化式中式中 cp流體的平均

12、比熱，流體的平均比熱，kJ/kg t冷流體的溫度，冷流體的溫度， T熱流體的溫度，熱流體的溫度， )()(12221121ttCpqTTCpqQmm流體有相變，如飽和蒸汽冷凝或液體沸騰時(shí)流體有相變，如飽和蒸汽冷凝或液體沸騰時(shí))(12221ttCpqRqQmsm或或KgJCpCpKgJrRrqttCpqTTCpRqQsssmmsm/,21122211221，熱、冷流體的平均比熱，熱、冷流體的汽化潛熱例例 4-3 4-3 用刮板式換熱器冷卻蘋果醬，知其質(zhì)量用刮板式換熱器冷卻蘋果醬，知其質(zhì)量流量為流量為50Kg/h50Kg/h，比熱為，比熱為3817J/3817J/KgKKgK，入口溫度，入口溫度8

13、080，出口溫度，出口溫度2020。套管環(huán)隙逆流通冷水，入口溫度。套管環(huán)隙逆流通冷水，入口溫度1010，出口溫度，出口溫度1717。傳熱系數(shù)。傳熱系數(shù)K K為為568W/568W/m2Km2K。求：。求：1 1需求的冷卻水流量；需求的冷卻水流量；2 2傳熱平均溫差及換熱面積；傳熱平均溫差及換熱面積；3 3假設(shè)改為并流，流體進(jìn)出口溫度均不變，傳熱平假設(shè)改為并流，流體進(jìn)出口溫度均不變，傳熱平 均溫差及換熱面積如何變化？均溫差及換熱面積如何變化？hKgttCpQqWhJttCpqTTCpqQmmm/326101741861056. 9266036001056. 9/1056. 92080381750

14、)()() 1 (612266122211221解：此題為傳熱綜合運(yùn)用計(jì)算題解：此題為傳熱綜合運(yùn)用計(jì)算題2162. 08 .2856826608 .281063ln1063)2(mtKQAKtmm802010176310222. 03 .2156826603 .21370ln370)3(mtKQAKtmm并流流動(dòng)80201017703三、壁溫的計(jì)算三、壁溫的計(jì)算在計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)在計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)時(shí)，有時(shí)需求知道壁溫時(shí)，有時(shí)需求知道壁溫)()()(2211ttAtTAbTTAQwwwmw11AQTTw22AQtAbQTtmww運(yùn)用時(shí)留意以下幾點(diǎn)：運(yùn)用時(shí)留意以下幾點(diǎn)：假設(shè)上式中各項(xiàng)都知，那么可直

15、接求取壁溫；假設(shè)上式中各項(xiàng)都知，那么可直接求取壁溫；假設(shè)上式中有一項(xiàng)未知，采用試差法來求。例：假設(shè)上式中有一項(xiàng)未知，采用試差法來求。例：假想象求假想象求tW ，知，知Q，tT，未知，未知， 與與tW 有關(guān)，有關(guān)，那么先設(shè)那么先設(shè)tW 。試差法步驟如下：。試差法步驟如下：設(shè)設(shè)tW根據(jù)根據(jù)tW 計(jì)算計(jì)算 將所得將所得值代入上式，校核值代入上式，校核 tW 能否與所設(shè)相符，假設(shè)不相符能否與所設(shè)相符，假設(shè)不相符重新設(shè)重新設(shè)tW，計(jì)算，計(jì)算第五節(jié)第五節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱一、根本概念1、熱輻射：因物體本身溫度而發(fā)出的輻射能稱為熱輻射。2、熱輻射的波長范圍：紫外線紫外線可見光可見光紅外線紅外線微波微波無線電

16、波無線電波410-7810-710-30.3熱射線熱射線電磁波波長范圍，電磁波波長范圍，m熱射線波長：0.440m3、熱輻射的特點(diǎn)：、熱輻射的特點(diǎn)：1性質(zhì)與光一致；性質(zhì)與光一致；2輻射傳熱條件為有溫度差存在；輻射傳熱條件為有溫度差存在；3凡是溫度在凡是溫度在0K -273以上的物體都能以上的物體都能發(fā)出熱射線；發(fā)出熱射線；4熱射線遇到物體時(shí)，其能量一部分被吸收，熱射線遇到物體時(shí)，其能量一部分被吸收，一部分被反射，一部分可以透過。一部分被反射，一部分可以透過。QQQQQQQQQQTRATRA1透過率反射率吸收率，QQQQQQTRA/3、黑體：吸收率為1的物體；白體鏡體：反射率為1的物體；透熱體：

17、透過率為1的物體；灰體：對(duì)一切波長的輻射能都具有一樣的吸收率。二、物體的發(fā)射才干：1、發(fā)射才干E：物體在一定溫度下，單位外表積、單位時(shí)間所發(fā)射的全部波長=0的總能量稱為該溫度下的發(fā)射才干。 W/m22、單色發(fā)射才干E：物體在一定溫度下，單位外表積、單位時(shí)間發(fā)射某一波長的能量，稱為該溫度下的單色發(fā)射才干。 3、斯蒂芬波爾茲曼定律黑體的發(fā)射才干4040)100(TcTEb斯蒂芬波爾茨曼輻射常數(shù)，5.6710-8 w/(m2K4) c0黑體輻射系數(shù)， 5.67w/(m2K4) T黑體外表絕對(duì)溫度，K4、灰體的輻射才干4)100(TcE c灰體的輻射系數(shù)，w/(m2K4)T灰體外表絕對(duì)溫度，K5、黑度40100TcEEEEbb三、克?；舴蚨苫殷w黑度與吸收率之間關(guān)系灰體灰體黑體黑體EEbAEb1-AEb當(dāng)兩壁面溫度相等時(shí)，兩壁間輻射傳熱到達(dá)平衡，AAEEEAEbb四、兩固體間的相互輻射42412121