球壳肋壁的稳态导热和传热过程.PPT

2-4 通过肋片的稳态导热与通过肋壁的传热 3. 通过肋壁的传热过程 2-5 多维导热问题 Department of Power Engineering, North China Electric Power University (Beijing 102206) 杨立军 知识产权与使用权归华北电力大学能源与动力工程学院所有 NCEPU NCEPUBJ Department of Power Engineering, North China Electric Power University (Beijing 102206) 主讲：杜小泽 知识产权与使用权归华北电力大学（北京）动力工程系所有 NCEPUBJ Department of Power Engineering, North China Electric Power University (Beijing 102206) 根据牛顿冷却公式： ? = A h( tw－tf ) 几种常见的肋片： 增大对流换热量有三条途径： 1. 加装肋片，增加换热面积A ； 2. 加大对流换热表面传热系数h ； 3. 加大换热温差( tw－tf ) 。 1. 通过等截面直肋的稳态导热 以矩形肋为例:高度为H、厚度为?、宽度为l，与高度方向垂直的横截面积为Ac , 横截面的周长为P。 假设： 1）肋片材料热导率?为常数； 2）肋片根部与肋基接触良好，温度一致； 3）肋片厚度方向的导热热阻?/?与表面的对流换热热阻1/h相比很小，可以忽略, 肋片温度只沿高度方向发生变化, 肋片导热可以近似地认为是一维的； 4）肋片表面各处对流换热系数h都相同； 5）忽略肋片端面的散热量，认为肋端面是绝热的。 （2）将肋片导热看作是具有负的内热源的一维稳态导热。 数学模型： x = 0, t = t0 内热源强度的确定： 对于图中所示的微元段， 肋片导热微分方程的两种导出方法： （1）由肋片微元段的热平衡导出； 代入导热微分方程式，得 令 ? 称为过余温度。 数学模型变为 x = 0， ? = ?0 双曲余弦函数 肋片的过余温度从肋根开始沿高度方向按双曲余玄函数的规律变化， 肋片的过余温度沿高度方向逐渐降低，mH较小时，温度降低缓慢；mH较大时，温度降低较快。 一般取0.7 mH 2 mH=1.0 x/H 肋端，x=H，肋端的过余温度 肋端过余温度随mH增加而降低。 在稳态情况下, 肋片散热量应该等于从肋根导入的热量， 随着mH增大，散热量增加，开始增加迅速，后来越来越缓慢，逐渐趋于一渐近值。（增加肋高的经济性） 2. 肋片效率 肋片效率定义： 肋片的实际散热量?与假设整个肋片都具有肋基温度时的理想散热量?0之比 式中tm、?m分别为肋面的平均温度和平均过余温度， t0、?0分别为肋基温度与肋基过余温度。 由于?m ?0 ，所以肋片效率?f 小于1。 因为假设肋表面各处h都相等，所以等截面直肋的平均过余温度可按下式计算： 可见，肋片效率是mH的函数。 矩形和三角形肋片效率随mH的变化规律如图。 肋片效率的影响因素： （1）肋片材料的热导率??， （2）肋片高度H， （3）肋片厚度?， （4）肋片与周围流体间对流换热的表面传热系数h ， 可见， mH愈大，肋片效率愈低。 mH H H （1）上述分析结果同样适用于其它形状的等截面直肋，如圆柱、圆管形肋的一维稳态导热问题； （2）如果必须考虑肋端面的散热，可以将肋端面面积折算到侧面上去，相当于肋加高为H+?H，其中 对于矩形肋, 几点说明： （4）对于肋片厚度方向的导热热阻?/?与表面的对流换热热阻1/h相比不可忽略的情况，肋片的导热不能认为是一维的，上述公式不再适用； （5）上述推导没有考虑辐射换热的影响，对一些温差较大的场合，必须加以考虑。 （3）上述分析结果既适用于肋片被加热的情况，也适用于肋片被冷却的情况； 变截面肋片： 在一定散热量条件下，什么几何形状肋的材料消耗量最少？ 理论分析证明，在一定散热量的条件下，的具有凹抛物线剖面的肋片最省材料。工程上常采用工艺简单、性能接近凹抛物线型肋片的三角肋或者梯形肋。 工程上常采用工艺简单、性能接近凹抛物线型肋片的三角肋或者梯形肋。 矩形、三角形直肋及矩形环肋的肋片效率见书中第41、42页图2－14、2－15。 套管导热对热电偶测温精度的影响 热电偶测量的是测温套管端部的温度tH。 在