工程热力学与传热学13)传热学.ppt

传热学 传热现象的普遍性——有温差就有传热 （生产、生活、自然界） 传热学与热能动力工程的关系 传热学是能源、动力、化工、机械、电子、土木等学科的主干技术基础课 传热学与流体力学、工程热力学并称能源动力类专业的三大支柱 发动机：蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机中的换热装置及设备 辅机：各种换热设备，如余热锅炉、冷却器、海水淡化装置 制冷空调装置：换热器。 传热学与工程热力学的关系 传热学最主要的应用领域 换热器广泛应用于石油化工厂的冷却塔、洗涤塔等场合，一般占化工厂设备投资的40% 航天飞机表面材料要求绝热良好 船用换热设备 枪管的散热 计算机芯片的散热 燃气热水器中的热量传递过程： 1）燃气通过辐射和对流方式将热量传给壁面左侧； 2）通过导热传到壁面右侧； 3）通过对流传给水。 要弄清下列概念的联系与区别： 温度：物质分子平均运动动能的宏观量度（强度量）（热迁移势） 热能：物质所具有的内动能，微观运动属性。（广延量）（功） 热量Q（J）：系统与外界依靠温差传递的能量。（过程量） 热流量? （W）：单位时间所传递的热量。 热流密度q （W/m2）：通过单位横截面上的热流量。 （1）热传导 1）定义:物体各部分之间不发生相对位移，依靠微观粒子（分子、原子、自由电子等）热运动进行的热量传递现象。 只要温度高于0 K,物体便有热运动的本领， 所以导热是物质的固有本质。 2）导热机理 物质导热能力的大小主要取决于两个方面：物质的微观结构和作用粒子 。 微观结构有：晶体（单晶、多晶），非晶体（无定型固体），液体（有序性次于固体），气体（有序性次于液体）。 作用粒子有：分子、原子、电子、声子、光子、磁子等。 一般的，微观结构的有序性越好，作用粒子的种类和数量越多，导热能力越强。 3）平壁导热公式 （2）热对流与对流换热 1） 定义 热对流：由于流体各部分之间发生相对位移而产生的热量传递现象。 对流换热的特点 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热，不是基本传热方式 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动，也必须有温差 表面传热系数h（对流换热系数） 表征对流换热过程强弱的物理量，数值上等于单位温差作用下的热流密度。 （3）热辐射 1）定义 辐射：物体通过电磁波传递能量的方式。 热辐射：由于热的原因，物体的内能转变成电磁波的能量而进行的辐射过程。 物体的温度越高、辐射能力越强； 若物体的种 类不同、表面状况不同，其辐射能力不同. 辐射换热：物体间由于吸收和辐射的综合作用产生的热量传递现象 2）辐射换热的特点 3）斯蒂芬-玻尔兹曼定律(四次方定律) 对于两个相距很近的黑体表面，由于一个表面发射出来的能量几乎完全落到另一个表面上，那么它们之间的辐射换热量为 ： 3、传热过程与传热系数 传热过程：热量由固体壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程 。 传热过程中三个串联环节： 对流换热 热流体 壁面高温侧 导热 壁面高温侧 壁面低温侧 对流换热 壁面低温侧 冷流体 思考题： 人体为恒温体。若空调房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20摄氏度，那么人所穿的衣服能否一样？ 双层玻璃为什么能隔热？空气层是否越厚越好？ 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。 4、传热学的研究方法和发展简史 2）研究方向 实际物体的辐射能： — 实际物体表面的发射率（黑度）； 0~1,与物体的种类、表面状况和温度有关 计算表明：几十摄氏度表面散热问题中，对流换热与辐射换热数量级相当。 工程实际中的传热过程往往是几种方式联合作用的复合传热过程。 传热系数k：表征传热过程强烈程度的标尺，数值上等于冷热流体温差1℃时，单位面积上的热流量W/（m2℃）。 对比热阻大小，可以找到强化传热的主要环节 。 在一个串联的热量传递过程中，如果通过各个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。 用纸可以烧开水，你相信吗？答：水侧热阻远小于加热测热阻，纸的温度更接近与水的温度，所以不会达到纸的燃点（400度左右）。 1）研究方法 分析解法 数值解法 实验解法 比拟解法 * 第十三章 导言 1、传热学研究内容及其工程应用 2、热量传递的基本方式 3、传热过程和传热系数 4、传热学的研究方