第3章-导热-2稳态案例.ppt

3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 套管内的热量传递： ——受散热影响，容器壁或管壁(也就是套管根部、肋基)温度t0低于流体温度tf； ——忽略套管内表面与流体间传热的影响，受高温流体的加热作用，套管顶端的温度tL必定大于套管根部的温度t0。 套管内部存在着由端部到根部的导热 。 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 —高温流体以对流传热的方式将热量传给套管，然后通过导热导向套管的根部。 套管的热量传递由两个环节组成： —高温流体与套管表面的对流传热 —套管内部的导热过程 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 简化分析： — 套管管壁很薄，忽略套管内温度沿壁厚方向(即径向)的变化； — 高温流体与套管表面均匀接触并换热，忽略温度沿周向的变化； 这样套管内温度只沿套管轴线变化。 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 简化分析： —— 当温度计读数不再发生变化时，可认为过程达到稳态。 套管内导热过程简化为： 沿套管长度方向的一维稳态导热问题。 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 套管温度计的相关参数： ——由容器器壁或管壁插入流体中的套管长为L； ——套管外径为d，壁厚为δ； 被测高温流体温度为tf，流体与套管外表面之间的表面传热系数为h。 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 h 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 * 多维稳态导热 数值解法 数学理论分析法 多维稳态导热 大平壁 圆筒壁 式中S称为导热形状因子 导热形状因子法 S完全取决于导热体的形状和尺寸。 * 几 种 导 热 体 的 导 热 形 状 因 子 S 多维稳态导热 对于多维导热，数学分析法很麻烦，即使数值解法也需编程、调程，运行。为了方便工程计算，介绍一种快速而又准确的方法。 “导热形状因子S”法 例如：无内热源的大平壁 无内热源的长圆筒壁 导热量?均与热导率?、温差?t成正比，比例系数反映的是导热体形状的因子，称为“导热形状因子s”。 S完全取决于导热体的形状和尺寸。 同样适用于无内热源的多维稳态导热。 部分有工程意义的典型导热物体的形状因子S可查阅传热学手册。 第3章 导热问题的分析与计算 作业： 3-20（肋片导热） 通过平壁、圆筒壁的一维稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算/3.1 一维稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 稳态导热 3.1 一维稳态导热 大平壁、圆筒壁、球壁 3.2 通过肋片的稳态导热 强化对流传热的途径 —增大△t：但受工艺和经济的限制 —增大h：强化传热的主要方法 —增加A：强化传热的常用方法 对流传热 ——工程中最常见的换热情形 流体 固体壁面 第3章 导热问题的分析与计算 如何实现？ —在换热面上敷设肋片（有效方法） 什么是肋片？ —从某基体表面延伸出来的固体表面 —又称扩展表面、延伸表面、翅片等。 3.2 通过肋片的稳态导热 增加A：强化传热的常用方法 基础表面 肋片 第3章 导热问题的分析与计算 生活和工程中采用肋片的例子: ——暖气片 ——汽车的散热水箱 ——摩托车发动机顶盖的散热片 ——电机外壳 ——计算机CPU上散热结构 ——测量流体温度的套管温度计等 肋片形式多种多样（主要有四种典型结构） 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 散热片 摩托车的散热器 汽车的散热水箱 电机的外壳 CPU散热器 选用何种形式的肋片取决于使用空间、重量、制造和费用等多种因素。 肋片加工：由管子整体轧制或缠绕、嵌套金属薄片，通过焊接、浸镀或胀管等制成。 研究肋片导热的目的： —确定肋片内的温度分布 —计算通过肋片的散热量 为肋片分析、设计提供理论依据 3.2 通过肋片的稳态导热 第3章 导热问题的分析与计算 3.2.1 通过等截面直肋的导热 1、物理模型 几何参数：肋高L、肋宽b和肋厚δ 物理参数：导热系数为? 3.2 通过肋片的稳态导热 肋片导热的特点： 在肋片伸展方向上有表面的对流传热和辐射传热，因而肋片中沿导热方向热流量是不断变化的。同时为三维导热。 与环境间作用的参数： —肋基温度t0； —周围流体温度t∞； —肋片表面传热系数h