对流换热热阻.PPT

宗燕兵 *   第二篇 传 热 学 （Heat Transfer） 宗燕兵： zybustb@126.com 冶金楼806 办公电话宗燕兵 * 第一章 绪 论 §1-0 概 述 1. 传热学（Heat Transfer） (1) 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递 的机理、规律、计算和测试方法 (2) 热量传递过程的推动力：温差 热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给 低温热源 ? 有温差就会有传热 ? 温差是热量 传递的推动力 宗燕兵 * 2. 传热学与工程热力学的关系 热力学研究平衡体系，应用热力学，可以预计体系由一个平衡态到另一个平衡态需要多少热量，无法指出这一变化有多快，因为在变化中体系是不平衡的。 为了说明这个问题，考滤水中热钢棒的冷却问题，热力学可以预计钢棒-水这一体系的最终平衡温度，但不能告诉我们需要经过多长时间才能达到这一平衡态，或者到达平衡态的某一时刻，钢棒或水的温度是多少？ 应用热量传输就可预计出钢棒和水的温度随时间的变化规律。而后者是以经验定律基础的，故我们说传热学以经验定律（能够确定传热学速率的）补充了热力学第二定律。所谓传热速率即单位时间内传递的热量。即热流量。 宗燕兵 * 3 传热过程的分类 按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。 宗燕兵 * §1.1 热量传递的三种基本方式 1 导热（热传导）(Conduction) 热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。 (1)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 (2)物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生 (3)导热的特点： a 必须有温差； b 物体直接接触； c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量。 宗燕兵 * (4)导热的基本定律： 1822年，法国数学家Fourier: 上式称为Fourier定律（导热基本定律），是一个一维稳态导热。其中： -:热量传递的方向与温度梯度的方向相反. Q：热流量，单位时间传递的热量[W]； q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量； A：垂直于导热方向的截面积[m2]； ?：导热系数（热导率）[W/( m K)]。 图1-2 一维稳态平板内导热 t 0 ? x ? dx dt Q tw1 tw2 宗燕兵 * (6) 一维稳态导热及其导热热阻 如图1-3所示，稳态 ? q = const，于是积分Fourier定律有： (5) 导热系数? 表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。 t 0 ? x ? dx dt Q q 宗燕兵 * 图1-3 导热热阻的图示 t 0 ? x ? dx dt Q 导热热阻,℃/W 单位面积导热热阻，m2· ℃/W q 宗燕兵 * 例题 1-1 一块厚度δ=50 mm 的平板， 两侧表面分别维持在 试求下列条件下的热流密度。 材料为铜，λ=375 W/(mK ); 材料为钢， λ=36.4 W/(mK ); 材料为铬砖， λ=2.32 W/(mK )； 材料为铬藻土砖， λ=0.242 W/(mK )。 解：参见图1-3。 及一维稳态导热公式有： t 0 ? x ? dx dt Q 宗燕兵 * 铬砖： 硅藻土砖： 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。 铜： 钢： 宗燕兵 * 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。 2 对流（热对流）(Convection) (2) 对流换热：当流体流过一个物体表面时的热量传递 过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点： a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也 必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层 对流换热的分类 无相变：强迫对流和自然对流 有相变：沸腾换热和凝结换热 宗燕兵 * (4) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式 α— 对流换热系数 Q — 热流量[W]，单位时间传递的热量 q — 热流密度 A — 与流体接触