热工基础第二章传热学.ppt

第二章 传热学（4学时） 刘小英 龙岩学院 目录 2.1 基本概念 2.2 导热 2.3 对流传热 2.4 辐射传热 2.5 综合传热 2.1 基本概念 传热学（Heat transfer） 研究由温差引起的热量传递规律的一门科学 研究热量传递的机理、规律、计算和测试方法 在无机材料工业热工过程中涉及的传热问题主要有两大类： ①如何增强传热，如各种换热设备中的传热。 ②如何减弱传热，如设备和管道的保温。 传热学与热力学的关系 传热方式 导热、对流、辐射 导热 定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。 可以在固体、液体、气体中发生。 导热的特点 必须有温差 物体直接接触 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中 对流换热 定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。 典型的对流换热：流体与固体壁间的换热。 自然对流(natural convection)：若流体的运动是由于流体内部冷、热部分的密度不同而引起的。 强制对流(forced convection)：若流体的运动是由于受到外力的作用(如风机、水泵或其它外界压力等)所引起。 辐射 定义：物体转化本身的热力学能向外发射辐 射能量的现象，物体都具有辐射能力。 当辐射能投射到另一物体时便会部分或全部地被吸收，以重新变为热能。 综合传热 定义：在实际生产和生活中，上述三种传热基本方式往往不是单独进行的，多数情况是两种或三种基本传热方式同时存在，而在某种条件下，以某种传热方式为主。 温度场 任一瞬间，在所研究空间中所有点上温度分布的总称，是空间坐标和时间的函数。 温度梯度 在温度场中，温度在空间上改变的大小程度，用grad t表示。它是在等温面法线方向ｎ上单位长度的温度增量，它是一个矢量, 指向温度增大的方向。 热流的方向与温度梯度方向相反 2.2 导热 傅立叶定律：在热传导时，单位时间单位面积上通过的热流密度仅与温度梯度成正比。 q：热流密度，W/ m2 Q：热流量，W F：等温面的面积，m2 ：温度梯度，℃/m λ：比例系数，称为导热系数，W/（m·℃） 导热系数 导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一。大多数均质的固体材料，其导热系数与温度近似成直线关系： λ=λ0±bt λ：固体在温度为t℃时的导热系数，W/m·℃； λ0：固体在0℃时的导热系数，W/m·℃； b：温度系数。（可查表得） 在计算时，取物体的算术平均温度，并把它当成常数。 平壁的一维稳定导热 单层平壁：平壁的长和宽远远大于厚度，且两侧壁面温度保持t1和t2，则热量只沿x方向传导，为一维温度场。 当导热系数不随温度而变时，δ为平壁厚度 当导热系数随温度而变时，λ为平均温度时的导热系数。 多层平壁的导热 稳态：q1=q2=q3 例1 一块厚度δ=50mm的平板，两侧表面分别维持在tw1=300℃，tw2=100℃，试求下列条件下通过单位截面积的导热量： ①铜，λ=375 W/(mK )； ②钢，λ=36.4 W/(mK )； ③铬砖，λ=2.32 W/(mK )； ④铬藻土砖，λ=0.242 W/(mK )。 解：平壁的一维稳定导热： 讨论：由计算可见，由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差别，导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土砖的导热量大三个数量级。因而，铜是热的良导体， 而硅藻土砖则起到一定的隔热作用。 例2 教材P30例2-1 设有一窑墙，用黏土砖和红砖两种材料砌成，厚度均为230mm，窑墙内表面温度为1200℃，外表面温度为100℃，红砖允许使用温度为800℃，求每平方窑墙热损失及红砖在此条件下能否使用。（采用逐次逼近法） 圆筒壁导热 圆筒壁导热热流密度因传热面积不同而发生变化，但热流量Q是一个不变的常量，所以对圆筒壁导热只计算热流量。 简化 当r2/r1≤2时，面积常用算术平均值代替对数平均值， Fm=(F1+F2)/2=2πl(r1+r2)/2= πl(r1+r2) 可以简化成 多层圆筒壁的导热 例 教材P31例2-2 2.3 对流传热 温度边界层：当流体流过壁面被加热或冷却时，会引起沿壁面法线方向上温度分布的变化，形成一定的温度梯度。靠近壁面处流体温度有显著的变化（或存在温度梯度）的区域称为温度边界层或传热边界层。 速度边界层：壁面附