溫度梯度導(dǎo)熱系數(shù)熱阻課件

2-4通過(guò)肋片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱與通過(guò)肋壁的傳熱

根據(jù)牛頓冷卻公式：

=A

h(tw－tf)

幾種常見(jiàn)的肋片：

增大對(duì)流換熱量有三條途徑：1.加裝肋片，增加換熱面積A；

2.加大對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h；

3.加大換熱溫差(tw－tf)。2-4通過(guò)肋片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱與通過(guò)肋壁的傳熱根據(jù)牛頓冷卻1.通過(guò)等截面直肋的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱以矩形肋為例:高度為H、厚度為、寬度為l，與高度方向垂直的橫截面積為Ac

,橫截面的周長(zhǎng)為P。假設(shè)：1）肋片材料熱導(dǎo)率為常數(shù)；

2）肋片根部與肋基接觸良好，溫度一致；

3）肋片厚度方向的導(dǎo)熱熱阻/與表面的對(duì)流換熱熱阻1/h相比很小，可以忽略,肋片溫度只沿高度方向發(fā)生變化,肋片導(dǎo)熱可以近似地認(rèn)為是一維的；4）肋片表面各處對(duì)流換熱系數(shù)h都相同；5）忽略肋片端面的散熱量，認(rèn)為肋端面是絕熱的。1.通過(guò)等截面直肋的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱以矩形肋為例:高度為H、（2）將肋片導(dǎo)熱看作是具有負(fù)的內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。數(shù)學(xué)模型：x=0,t=t0

內(nèi)熱源強(qiáng)度的確定：對(duì)于圖中所示的微元段，肋片導(dǎo)熱微分方程的兩種導(dǎo)出方法：（1）由肋片微元段的熱平衡導(dǎo)出；（2）將肋片導(dǎo)熱看作是具有負(fù)的內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。代入導(dǎo)熱微分方程式，得令

稱(chēng)為過(guò)余溫度。數(shù)學(xué)模型變?yōu)?/p>

x=0，=0雙曲余弦函數(shù)

代入導(dǎo)熱微分方程式，得令稱(chēng)為過(guò)余溫度。數(shù)學(xué)模型變?yōu)槔咂倪^(guò)余溫度從肋根開(kāi)始沿高度方向按雙曲余玄函數(shù)的規(guī)律變化，肋片的過(guò)余溫度沿高度方向逐漸降低，mH較小時(shí)，溫度降低緩慢；mH較大時(shí)，溫度降低較快。一般取0.7<mH<2

mH=1.0x/H肋片的過(guò)余溫度從肋根開(kāi)始沿高度方向按雙曲余玄函數(shù)的規(guī)律變化，肋端，x=H，肋端的過(guò)余溫度

肋端過(guò)余溫度隨mH增加而降低。

在穩(wěn)態(tài)情況下,肋片散熱量應(yīng)該等于從肋根導(dǎo)入的熱量，

隨著mH增大，散熱量增加，開(kāi)始增加迅速，后來(lái)越來(lái)越緩慢，逐漸趨于一漸近值。（增加肋高的經(jīng)濟(jì)性）肋端，x=H，肋端的過(guò)余溫度肋端過(guò)余溫度隨mH增加而降低2.肋片效率肋片效率定義：

肋片的實(shí)際散熱量與假設(shè)整個(gè)肋片都具有肋基溫度時(shí)的理想散熱量0之比式中tm、m分別為肋面的平均溫度和平均過(guò)余溫度，t0、0分別為肋基溫度與肋基過(guò)余溫度。由于m<

0

，所以肋片效率f小于1。

因?yàn)榧僭O(shè)肋表面各處h都相等，所以等截面直肋的平均過(guò)余溫度可按下式計(jì)算：可見(jiàn)，肋片效率是mH的函數(shù)。2.肋片效率肋片效率定義：矩形和三角形肋片效率隨mH的變化規(guī)律如圖。肋片效率的影響因素：（1）肋片材料的熱導(dǎo)率，（2）肋片高度H，（3）肋片厚度，（4）肋片與周?chē)黧w間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h，可見(jiàn)，mH愈大，肋片效率愈低。mHHH矩形和三角形肋片效率隨mH的變化規(guī)律如圖。肋溫度梯度導(dǎo)熱系數(shù)熱阻課件（1）上述分析結(jié)果同樣適用于其它形狀的等截面直肋，如圓柱、圓管形肋的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題；（2）如果必須考慮肋端面的散熱，可以將肋端面面積折算到側(cè)面上去，相當(dāng)于肋加高為H+H，其中對(duì)于矩形肋,幾點(diǎn)說(shuō)明：（4）對(duì)于肋片厚度方向的導(dǎo)熱熱阻/與表面的對(duì)流換熱熱阻1/h相比不可忽略的情況，肋片的導(dǎo)熱不能認(rèn)為是一維的，上述公式不再適用；（5）上述推導(dǎo)沒(méi)有考慮輻射換熱的影響，對(duì)一些溫差較大的場(chǎng)合，必須加以考慮。（3）上述分析結(jié)果既適用于肋片被加熱的情況，也適用于肋片被冷卻的情況；（1）上述分析結(jié)果同樣適用于其它形狀的等截面直肋，如圓柱變截面肋片：

在一定散熱量條件下，什么幾何形狀肋的材料消耗量最少？

理論分析證明，在一定散熱量的條件下，的具有凹拋物線剖面的肋片最省材料。工程上常采用工藝簡(jiǎn)單、性能接近凹拋物線型肋片的三角肋或者梯形肋。工程上常采用工藝簡(jiǎn)單、性能接近凹拋物線型肋片的三角肋或者梯形肋。

矩形、三角形直肋及矩形環(huán)肋的肋片效率見(jiàn)書(shū)中第41、42頁(yè)圖2－14、2－15。變截面肋片：在一定散熱量條件下，什么幾何形狀肋的材料套管導(dǎo)熱對(duì)熱電偶測(cè)溫精度的影響

熱電偶測(cè)量的是測(cè)溫套管端部的溫度tH。

在穩(wěn)態(tài)情況下，套管端部溫度不等于空氣的溫度，測(cè)溫誤差就是套管端部的過(guò)余溫度。

忽略套管橫截面上的溫度變化，并認(rèn)為端部絕熱，則套管導(dǎo)熱可以看成是等截面直肋的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題。如何減小測(cè)溫誤差？HH套管導(dǎo)熱對(duì)熱電偶測(cè)溫精度的影響熱電偶測(cè)量的是測(cè)溫套管3.通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程

tw2

tw1

0xt

h1

tf1

h2

tf2

對(duì)于兩側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相差較大的傳熱過(guò)程，在表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小的一側(cè)壁面上加肋（擴(kuò)大換熱面積）是強(qiáng)化傳熱的有效措施。假設(shè)：

3.通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程tw2tw10xt根據(jù)肋片效率的定義,稱(chēng)為肋壁總效率。

根據(jù)肋片效率的定義,稱(chēng)為肋壁總效率。聯(lián)立以上各式，可得ki、ko分別為以光壁面積和以肋壁面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)稱(chēng)為肋化系數(shù)。

合理選擇肋化系數(shù)。聯(lián)立以上各式，可得ki、ko分別為以光壁面積和以肋壁面

接觸熱阻

接觸熱阻的定義：

由于固體表面之間不能完全接觸而對(duì)兩個(gè)固體間的導(dǎo)熱過(guò)程產(chǎn)生的熱阻，用Rc表示。

由于存在接觸熱阻，使兩個(gè)接觸表面之間出現(xiàn)溫差接觸熱阻的主要影響因素：

(1)相互接觸的物體表面的粗糙度；

(2)相互接觸的物體表面的硬度；

(3)相互接觸的物體表面之間的壓力等。減小接觸熱阻的措施：拋光、加壓、添加薄膜等。接觸熱阻接觸熱阻的定義：由于固體表面之間不能

2-5

多維導(dǎo)熱問(wèn)題

三種方法：

(1)分析解法；

(2)數(shù)值解法；

(3)形狀因子法。形狀因子法：S稱(chēng)為形狀因子，t1、t2分別為兩個(gè)等溫面的溫度。一些形狀因子的計(jì)算公式見(jiàn)書(shū)中49頁(yè)表2－1。2-5多維導(dǎo)熱問(wèn)題三種方法：(1)分析解法；

第二章小結(jié)

（1）溫度場(chǎng)、溫度梯度、導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻、肋片效率等基本概念；

（2）付里葉定律的內(nèi)容、表達(dá)式及其適用條件；

（5）掌握肋片效率的影響因素及提高肋片效率的方法。

（3）掌握導(dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述方法，能夠正確建立導(dǎo)熱問(wèn)題的物理模型和數(shù)學(xué)模型；

（4）會(huì)計(jì)算通過(guò)平壁、圓筒壁、球殼、肋壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和傳熱過(guò)程；

本章主要講述導(dǎo)熱的基本概念、基本定律、導(dǎo)熱現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述方法及通過(guò)平壁、圓筒壁、球殼和肋壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分析計(jì)算方法，重點(diǎn)掌握以下內(nèi)容：第二章小結(jié)（1）溫度場(chǎng)、溫度梯度、導(dǎo)熱系數(shù)、熱作業(yè)：2-51，2-53作業(yè)：2-51，2-53

2-4通過(guò)肋片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱與通過(guò)肋壁的傳熱

根據(jù)牛頓冷卻公式：

=A

h(tw－tf)

幾種常見(jiàn)的肋片：

增大對(duì)流換熱量有三條途徑：1.加裝肋片，增加換熱面積A；

2.加大對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h；

3.加大換熱溫差(tw－tf)。2-4通過(guò)肋片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱與通過(guò)肋壁的傳熱根據(jù)牛頓冷卻1.通過(guò)等截面直肋的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱以矩形肋為例:高度為H、厚度為、寬度為l，與高度方向垂直的橫截面積為Ac

,橫截面的周長(zhǎng)為P。假設(shè)：1）肋片材料熱導(dǎo)率為常數(shù)；

2）肋片根部與肋基接觸良好，溫度一致；

3）肋片厚度方向的導(dǎo)熱熱阻/與表面的對(duì)流換熱熱阻1/h相比很小，可以忽略,肋片溫度只沿高度方向發(fā)生變化,肋片導(dǎo)熱可以近似地認(rèn)為是一維的；4）肋片表面各處對(duì)流換熱系數(shù)h都相同；5）忽略肋片端面的散熱量，認(rèn)為肋端面是絕熱的。1.通過(guò)等截面直肋的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱以矩形肋為例:高度為H、（2）將肋片導(dǎo)熱看作是具有負(fù)的內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。數(shù)學(xué)模型：x=0,t=t0

內(nèi)熱源強(qiáng)度的確定：對(duì)于圖中所示的微元段，肋片導(dǎo)熱微分方程的兩種導(dǎo)出方法：（1）由肋片微元段的熱平衡導(dǎo)出；（2）將肋片導(dǎo)熱看作是具有負(fù)的內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。代入導(dǎo)熱微分方程式，得令

稱(chēng)為過(guò)余溫度。數(shù)學(xué)模型變?yōu)?/p>

x=0，=0雙曲余弦函數(shù)

代入導(dǎo)熱微分方程式，得令稱(chēng)為過(guò)余溫度。數(shù)學(xué)模型變?yōu)槔咂倪^(guò)余溫度從肋根開(kāi)始沿高度方向按雙曲余玄函數(shù)的規(guī)律變化，肋片的過(guò)余溫度沿高度方向逐漸降低，mH較小時(shí)，溫度降低緩慢；mH較大時(shí)，溫度降低較快。一般取0.7<mH<2

mH=1.0x/H肋片的過(guò)余溫度從肋根開(kāi)始沿高度方向按雙曲余玄函數(shù)的規(guī)律變化，肋端，x=H，肋端的過(guò)余溫度

肋端過(guò)余溫度隨mH增加而降低。

在穩(wěn)態(tài)情況下,肋片散熱量應(yīng)該等于從肋根導(dǎo)入的熱量，

隨著mH增大，散熱量增加，開(kāi)始增加迅速，后來(lái)越來(lái)越緩慢，逐漸趨于一漸近值。（增加肋高的經(jīng)濟(jì)性）肋端，x=H，肋端的過(guò)余溫度肋端過(guò)余溫度隨mH增加而降低2.肋片效率肋片效率定義：

肋片的實(shí)際散熱量與假設(shè)整個(gè)肋片都具有肋基溫度時(shí)的理想散熱量0之比式中tm、m分別為肋面的平均溫度和平均過(guò)余溫度，t0、0分別為肋基溫度與肋基過(guò)余溫度。由于m<

0

，所以肋片效率f小于1。

因?yàn)榧僭O(shè)肋表面各處h都相等，所以等截面直肋的平均過(guò)余溫度可按下式計(jì)算：可見(jiàn)，肋片效率是mH的函數(shù)。2.肋片效率肋片效率定義：矩形和三角形肋片效率隨mH的變化規(guī)律如圖。肋片效率的影響因素：（1）肋片材料的熱導(dǎo)率，（2）肋片高度H，（3）肋片厚度，（4）肋片與周?chē)黧w間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h，可見(jiàn)，mH愈大，肋片效率愈低。mHHH矩形和三角形肋片效率隨mH的變化規(guī)律如圖。肋溫度梯度導(dǎo)熱系數(shù)熱阻課件（1）上述分析結(jié)果同樣適用于其它形狀的等截面直肋，如圓柱、圓管形肋的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題；（2）如果必須考慮肋端面的散熱，可以將肋端面面積折算到側(cè)面上去，相當(dāng)于肋加高為H+H，其中對(duì)于矩形肋,幾點(diǎn)說(shuō)明：（4）對(duì)于肋片厚度方向的導(dǎo)熱熱阻/與表面的對(duì)流換熱熱阻1/h相比不可忽略的情況，肋片的導(dǎo)熱不能認(rèn)為是一維的，上述公式不再適用；（5）上述推導(dǎo)沒(méi)有考慮輻射換熱的影響，對(duì)一些溫差較大的場(chǎng)合，必須加以考慮。（3）上述分析結(jié)果既適用于肋片被加熱的情況，也適用于肋片被冷卻的情況；（1）上述分析結(jié)果同樣適用于其它形狀的等截面直肋，如圓柱變截面肋片：

在一定散熱量條件下，什么幾何形狀肋的材料消耗量最少？

理論分析證明，在一定散熱量的條件下，的具有凹拋物線剖面的肋片最省材料。工程上常采用工藝簡(jiǎn)單、性能接近凹拋物線型肋片的三角肋或者梯形肋。工程上常采用工藝簡(jiǎn)單、性能接近凹拋物線型肋片的三角肋或者梯形肋。

矩形、三角形直肋及矩形環(huán)肋的肋片效率見(jiàn)書(shū)中第41、42頁(yè)圖2－14、2－15。變截面肋片：在一定散熱量條件下，什么幾何形狀肋的材料套管導(dǎo)熱對(duì)熱電偶測(cè)溫精度的影響

熱電偶測(cè)量的是測(cè)溫套管端部的溫度tH。

在穩(wěn)態(tài)情況下，套管端部溫度不等于空氣的溫度，測(cè)溫誤差就是套管端部的過(guò)余溫度。

忽略套管橫截面上的溫度變化，并認(rèn)為端部絕熱，則套管導(dǎo)熱可以看成是等截面直肋的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題。如何減小測(cè)溫誤差？HH套管導(dǎo)熱對(duì)熱電偶測(cè)溫精度的影響熱電偶測(cè)量的是測(cè)溫套管3.通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程

tw2

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對(duì)于兩側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相差較大的傳熱過(guò)程，在表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小的一側(cè)壁面上加肋（擴(kuò)大換熱面積）是強(qiáng)化傳熱的有效措施。假設(shè)：

3.通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程tw2tw10xt根據(jù)肋片效率的定義,稱(chēng)為肋壁總效率。

根據(jù)肋片效率的定義,稱(chēng)為肋壁總效率。聯(lián)立以上各式，可得ki、ko分別為以光壁面積和以肋壁面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)稱(chēng)為肋化系數(shù)。

合理選擇肋化系數(shù)。聯(lián)立以上各式，可得ki、ko分別為以光壁面積和以肋壁面

接觸熱阻

接觸熱阻的定義：

由于固體表面之間不能完全接觸而對(duì)兩個(gè)固體間的導(dǎo)熱過(guò)程產(chǎn)生的熱阻，用Rc表示。

由于存在接觸熱阻，使兩個(gè)接