第9章熱量傳遞的基本方式ppt課件

1、公司公司 第九章第九章熱量傳遞的基本方式熱量傳遞的基本方式哈爾濱工業(yè)大學威海汽車工程學院本章主要內(nèi)容及重點本章主要內(nèi)容及重點v傳熱學的研究方法v簡要介紹熱量傳遞的基本方式v傳熱過程簡介 1 1、基本概念、基本概念 2 2、基本定律、基本定律v傳熱學的研究方法傳熱學的研究方法v傳熱學研究中的基本假設(shè)傳熱學研究中的基本假設(shè)v 研究物體中溫度、密度、速度等物理參數(shù)都研究物體中溫度、密度、速度等物理參數(shù)都是空間的連續(xù)函數(shù)。是空間的連續(xù)函數(shù)。傳熱學研究方法傳熱學研究方法1.1.理論分析：數(shù)學分析理論分析：數(shù)學分析 求解偏微分方程求解偏微分方程 解析解精確解）解析解精確解） 是傳熱學理論分析的主要任務(wù)。是

2、傳熱學理論分析的主要任務(wù)。2.2.實驗研究：通過實驗測定實驗研究：通過實驗測定 是傳熱學的基本研究方法。是傳熱學的基本研究方法。3.3.數(shù)值模擬：通過計算機求解數(shù)值模擬：通過計算機求解 是數(shù)值傳熱學的研究內(nèi)容，本課程不作介紹。是數(shù)值傳熱學的研究內(nèi)容，本課程不作介紹。傳熱學要解決的主要問題傳熱學要解決的主要問題v計算傳遞的熱量計算傳遞的熱量v 增強傳熱：更好地散熱。增強傳熱：更好地散熱。v 削弱傳熱：更好地隔熱。削弱傳熱：更好地隔熱。v確定物體中各點的溫度確定物體中各點的溫度工具：工具： 高等數(shù)學高等數(shù)學確定物體中的溫度分布確定物體中的溫度分布是傳熱學研究的一個基本問題是傳熱學研究的一個基本問題

3、傳熱學是研究熱量傳遞規(guī)律的科學傳熱學是研究熱量傳遞規(guī)律的科學 熱量傳遞的基本方式熱量傳遞的基本方式l導(dǎo)熱熱傳導(dǎo)）導(dǎo)熱熱傳導(dǎo)）l (thermal conduction)l熱對流熱對流l (thermal convection)l熱輻射熱輻射l (thermal radiation)。9.1 9.1 導(dǎo)熱導(dǎo)熱 導(dǎo)熱：指溫度不同的物體各部分或溫度不導(dǎo)熱：指溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體間直接接觸時，依靠分子、原同的兩物體間直接接觸時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而進行的子及自由電子等微觀粒子熱運動而進行的熱量傳遞現(xiàn)象。熱量傳遞現(xiàn)象。n必須有溫差必須有溫差n物體直接接觸物體直接接

4、觸n依靠分子、原子及自由電依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而傳子等微觀粒子熱運動而傳遞熱量遞熱量n不發(fā)生宏觀的相對位移不發(fā)生宏觀的相對位移導(dǎo)熱的特點：導(dǎo)熱的特點：9.1 9.1 導(dǎo)熱導(dǎo)熱例如：大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱例如：大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 0 xt tw2 tw1 特點：特點： 2.平壁溫度只沿垂直于壁面的方向發(fā)生變化； 熱流量：單位時間內(nèi)通過某一給定熱流量：單位時間內(nèi)通過某一給定面積的熱量。面積的熱量。W Ww1w 2ttA氣體液體非金屬固體金屬w1w 2ttqA熱流密度熱流密度 q qw1w 2ttAw1w 2ttAw1w 2ttRRA熱阻網(wǎng)絡(luò)熱阻網(wǎng)絡(luò)tw1tw2例如：大平壁的一維

5、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱例如：大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱歐姆定律歐姆定律傅里葉定律傅里葉定律9.2 9.2 熱對流熱對流熱對流熱對流:流體中氣體或液體溫度不同的各部分之流體中氣體或液體溫度不同的各部分之 間，由于發(fā)生相對的宏觀運動而把熱量由間，由于發(fā)生相對的宏觀運動而把熱量由一一 處傳遞到另一處的現(xiàn)象。處傳遞到另一處的現(xiàn)象。對流換熱對流換熱:流體流過物體表面時，流流體流過物體表面時，流體與固體壁間的換熱。體與固體壁間的換熱。對流換熱特點：對流換熱特點：9.2 9.2 熱對流熱對流對流換熱分類對流換熱分類v沒有相變：自然對流換熱沒有相變：自然對流換熱 如：暖氣如：暖氣 v 強制對流換熱強制對流換熱 如：換熱器如：換熱

6、器v有相變：有相變： 液體沸騰液體沸騰 如：液體在熱表面上如：液體在熱表面上 v 蒸汽凝結(jié)蒸汽凝結(jié) 如：蒸汽在冷表面上如：蒸汽在冷表面上 thA 計算公式：計算公式：牛頓冷卻公式：牛頓冷卻公式： thq :h 比例系數(shù)，稱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)或?qū)α鲹Q熱系數(shù)比例系數(shù)，稱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)或?qū)α鲹Q熱系數(shù) 單位：單位： KmW2/:h不是物性參數(shù)不是物性參數(shù)對流換熱的基本計算公式：對流換熱的基本計算公式：牛頓冷卻公式牛頓冷卻公式 W f)(tthAw2fW/m )(tthqwh h 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，KmW2對流換熱系數(shù)對流換熱系數(shù)A A 與流體接觸的壁面面積與流體接觸的壁面面積wt固體壁表面溫度固體壁

7、表面溫度 ft流體溫度流體溫度 9.2 9.2 熱對流熱對流2m表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h h的影響因素的影響因素 （1流體的物性熱導(dǎo)率、粘度、密度、比熱容等）； 一些對流換熱的h數(shù)值范圍 對流換熱類型110 水自然對流換熱2001000 空氣強迫對流換熱10100 水強迫對流換熱10015000 水沸騰250035000 水蒸氣凝結(jié)500025000這就是為什么這就是為什么JackJack凍死凍死了，而了，而RoseRose沒有！沒有！wf1ttAh1hRAhtw tfhR對流換熱熱阻對流換熱熱阻 = Ah(tw tf) wfhttR稱為對流換熱熱阻，單位為稱為對流換熱熱阻，單位為 W/K。

8、對流換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)：對流換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)：9.3 9.3 熱輻射熱輻射 輻射：輻射：物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射。為輻射。熱輻射：熱輻射：物體會因為各種原因發(fā)出輻射能。物體會因為各種原因發(fā)出輻射能。其中因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象其中因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象為熱輻射。為熱輻射。電磁波譜電磁波譜v依靠電磁波傳遞能量依靠電磁波傳遞能量v不需要任何介質(zhì)不需要任何介質(zhì)v溫度高于溫度高于0K,0K,都有發(fā)射輻射粒子的能力。都有發(fā)射輻射粒子的能力。v物體間以熱輻射的方式進行的熱量傳遞是物體間以熱輻射的方式進行的熱量傳遞是雙向的。雙向的。 熱輻射的主要特點熱輻射的主要

9、特點高溫高溫物體物體低溫低溫物體物體輻射換熱不僅有能輻射換熱不僅有能量轉(zhuǎn)移量轉(zhuǎn)移, ,還有能量形還有能量形式的變化式的變化輻射換熱輻射換熱輻射換熱：輻射換熱： 物體間靠熱輻射進行的熱量傳遞物體間靠熱輻射進行的熱量傳遞熱能熱能 輻射能輻射能 熱能熱能發(fā)射發(fā)射吸收吸收發(fā)射輻射能是物質(zhì)的固有屬性發(fā)射輻射能是物質(zhì)的固有屬性輻射換熱的主要影響因素輻射換熱的主要影響因素（1 1物體本身的溫度、表面輻射特性；物體本身的溫度、表面輻射特性； （2 2物體的大小、幾何形狀及相對位置。物體的大小、幾何形狀及相對位置。 4TA428/1067. 5KmW斯忒藩斯忒藩- -玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律T黑體的熱力學溫度黑

10、體的熱力學溫度斯忒藩斯忒藩- -玻爾茲曼常數(shù)玻爾茲曼常數(shù) 計算方法計算方法小小 結(jié)結(jié)（1 1導(dǎo)熱、熱對流和熱輻射三種熱量傳遞基導(dǎo)熱、熱對流和熱輻射三種熱量傳遞基本方式往往不是單獨出現(xiàn)的；本方式往往不是單獨出現(xiàn)的； （2 2分析傳熱問題時首先應(yīng)該弄清楚有那些分析傳熱問題時首先應(yīng)該弄清楚有那些傳熱方式在起作用，然后再按照每一種傳熱傳熱方式在起作用，然后再按照每一種傳熱方式的規(guī)律進行計算。方式的規(guī)律進行計算。 （3 3如果某一種傳熱方式與其他傳熱方式相如果某一種傳熱方式與其他傳熱方式相比作用非常小，往往可以忽略。比作用非常小，往往可以忽略。 舉舉 例例9.4 9.4 傳熱過程簡介傳熱過程簡介指熱量從

11、固體壁面一側(cè)的流體通過固體指熱量從固體壁面一側(cè)的流體通過固體壁面?zhèn)鬟f到另一側(cè)流體的過程。壁面?zhèn)鬟f到另一側(cè)流體的過程。 傳熱過程通常由導(dǎo)熱、熱對流、熱輻射組合形成傳熱過程通常由導(dǎo)熱、熱對流、熱輻射組合形成傳熱過程由三個相互串聯(lián)的熱量傳遞環(huán)節(jié)組成傳熱過程由三個相互串聯(lián)的熱量傳遞環(huán)節(jié)組成: :9.4 9.4 傳熱過程簡介傳熱過程簡介通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱過程通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱過程 假設(shè)：假設(shè)： tf1、tf2、h1、h2不隨時間變化；為常數(shù)。 （2 2平壁的導(dǎo)熱平壁的導(dǎo)熱 w1w2ttAw1w2ttAw1w2ttR tw2 tw1 0 xt h1 tf1 h2 tf2 )(111wfttAh1111)(

12、Ahttwf111)(hwfRtt（3 3右側(cè)的對流換熱右側(cè)的對流換熱 2w2f2Ah ttw2f221ttAhw2f22httRf1f 21211ttAhAAhf1f 2kttRf1f 212hhttRRR12khhRRRRtw1 R1hR2hRtw2 tf1 tf2 傳熱熱阻網(wǎng)絡(luò)：傳熱熱阻網(wǎng)絡(luò)： 通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱過程通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱過程 關(guān)于傳熱系數(shù)關(guān)于傳熱系數(shù) 將傳熱熱流量的計算公式寫成將傳熱熱流量的計算公式寫成 f1f 2Ak ttAk t12111khh通過單位面積平壁的熱流密度為通過單位面積平壁的熱流密度為 f1f2qk ttf1f21211tthhf1f 21211ttAhA

13、Ah冬天，屋頂積雪冬天，屋頂積雪有助于房屋保溫有助于房屋保溫 第九章第九章 小結(jié)小結(jié) （1掌握導(dǎo)熱、熱對流、熱輻射三種熱量傳遞基本掌握導(dǎo)熱、熱對流、熱輻射三種熱量傳遞基本方式的機理及特點；方式的機理及特點；（2掌握熱流量、熱流密度、導(dǎo)熱系數(shù)、對流換熱、掌握熱流量、熱流密度、導(dǎo)熱系數(shù)、對流換熱、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、傳熱系數(shù)、熱阻等基本概念；表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、傳熱系數(shù)、熱阻等基本概念；（3靈活運用平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱公式、對流換熱靈活運用平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱公式、對流換熱的牛頓冷卻公式、通過平壁的一維傳熱過程計算公式的牛頓冷卻公式、通過平壁的一維傳熱過程計算公式進行相關(guān)的計算、分析。進行相關(guān)的計算、分析。作業(yè)：

14、作業(yè)：P142 9-1、9-2、9-4例例 題題 設(shè)冬天室內(nèi)空氣溫度為設(shè)冬天室內(nèi)空氣溫度為tf1tf1，室外空氣溫度為，室外空氣溫度為tf2 tf2 ，試在該兩，試在該兩溫度不變的條件下，畫出下列三種情形下從室內(nèi)到室外空氣溫度溫度不變的條件下，畫出下列三種情形下從室內(nèi)到室外空氣溫度分布的示意性曲線：分布的示意性曲線： （1 1室外平靜無風。室外平靜無風。 （2 2室外冷空氣以一定流速吹過磚墻表面。室外冷空氣以一定流速吹過磚墻表面。 （3 3除了室外刮風，還要考慮磚墻與四周環(huán)境間的輻射傳熱。除了室外刮風，還要考慮磚墻與四周環(huán)境間的輻射傳熱。 tw2 tw1 0 t h1 tf1 h2 tf2 xxt（1） （2） （3）tf1 tf2 t（1） （2） （3）tf1 tf2 例例 題題)(111wfttAh)(11wfttf1f 2Ak ttAk t室內(nèi)：室內(nèi)：tw1 tw2 其中：其中：h1、A、tf1不變不變假如：假如： 12111khhw1w2ttA三種情況，三種情況，h2不斷增大，不斷增大，k 直線越來