传热学多媒体教学辅助系统（赵镇南）3.2 扩展表面的导热与传热.pptVIP

第三章 3.2节 （20） * 3.2 扩展表面的导热与传热 扩展表面（extended surface），亦称为延伸表面或者肋（fin）。 第三章 3.2节 （20） * 3.2.1 扩展表面导热的理论分析 问题的提法 符号说明 Ac, w, ?, P tb, tf, h 扩展表面是极重要的传热元件。工程应用十分广泛：散热器，空冷器，…… 第三章 3.2节 （20） * 物理模型的简化假设： 稳态，没有内热源 垂直纸面方向无限长，取单位长度进行分析，即认为 w = 1 m 肋的导热系数、肋基温度、流体温度以及表面传热系数均为常数 肋在厚度方向的最大温差远远小于外部的对流换热温度降 肋端的对流换热忽略不计，即把肋端视为具有绝热边界条件 第三章 3.2节 （20） * 建立数学模型 de 两条途径: 用一维常物性有内热源的导热微分方程式, 把肋表面散热视为虚拟的负内热源 从基本能量平衡出发 第三章 3.2节 （20） * 合并两式并引入过余温度 ? = t – tf ， 其中：m =[hP/(? A)]1/2 通解： 第三章 3.2节 （20） * B. C. 温度分布： 第三章 3.2节 （20） * 几点分析和讨论： (1) 关于肋端边界条件 精确解形式复杂 只需要重新定义肋高为：L?= L + ?/2 当肋高很大时， 第三章 3.2节 （20） * (2) 关于一维肋的条件 实际肋片有厚度，存在导热热阻。在肋片厚度方向上存在一定的温度降落。 若（tc － tw）（tw － tf), 有理由认为：tc ? tw 须： 第三章 3.2节 （20） * (3) 关于表面传热系数 实际应用中很难保证沿肋高 h =常数。 (4) 关于辐射边界条件 辐射是强烈非线性的边界条件。 在气态介质情况下，应把 h 理解为复合换热表面传热系数。 考虑了辐射分量之后，想保持 h 沿肋高等于常数就更困难。 第三章 3.2节 （20） * 3.2.2 肋壁的传热性能 1. 肋效率 肋效率表明了肋片散热的有效程度。 等截面直肋已有温度和散热量解析式 第三章 3.2节 （20） * 三种直肋（矩形、三角形和凹抛物线型）的肋效率曲线 第三章 3.2节 （20） * 2. 肋壁总效率 要有效地增大某个传热过程的热流量，必须设法降低主导热阻，即改善表面传热系数相对较小一侧流体的换热状况。 （1）提高表面传热系数, 需付出代价。 （2）放大对流换热的表面积 —— 肋。 工程上有实用价值的肋壁都是由若干肋片按一定间距排列成的肋片组。 第三章 3.2节 （20） * n 个肋片 每个肋片的散热面积为 Af 肋间总面积为 Ab 温度保持 tb 肋壁总面积At = Ab + n Af 第三章 3.2节 （20） * 3. 肋壁的传热性能 写出三个热流方程 以光面面积为基准的总传热系数等于 第三章 3.2节 （20） * 3.2.3 变截面肋及其优化 沿等截面直肋的高度方向，对流换热温差逐步缩小，即对流散热热流密度 q 将沿肋高逐步下降。 靠近肋基处材料的利用率明显高于靠近肋端的部分。 用什么办法可以使单位重量的肋片材料发挥相同的散热作用? 或者 对给定的散热量，使肋的材料消耗量最少。 第三章 3.2节 （20） * 在传递规定热量的条件下，最省材料的是具有凹抛物线剖面的肋片。 考虑到曲面型线加工的难度以及因此导致的费用增加，常常用工艺简单得多、性能又很接近凹抛物线的三角肋或者梯形肋来代替。 第三章 3.2节 （20） * 3.2.4 肋壁的工程应用 1. 外表面肋化 (1) 单管或管束 车辆的散热水箱、空调器、采暖散热器，以及像电站或化工、冶金等行业的大型空气冷却（冷凝）器。 (2) 平表面 板翅式热交换器的各种二次换热表面。 2. 内表面肋化 或者内外表面同时肋化。 第三章 3.2节 （20） * 第三章 3.2节 （20） * 第三章 3.2节 （20） * 下一节