传热学第章 稳态热传导.ppt

复杂情况下遇到的另外两种边界条件 （1）辐射边界条件 如果导热物体表面与温度为Te的外界环境只发生辐射换热，则应有： （2）界面边界条件 接触良好的两种材料的分界面上： 例 如图所示的双层平壁中，导热系数为 定值，假定过程为稳态，试分析图中三条温度曲线所反映的 和 的相对大小  对情形3 肋面总效率： 二、具有内热源的圆柱体的导热 一半径为r1的圆柱体，具有均匀的内热源 ，导热系数λ为常数，外表面维持在均匀且恒定的温度t1，试确定圆柱体中的温度分布及最高温度。 例: 导热系数分别为的 材料，其厚度分别为2mm和1mm，中间紧夹有一层厚度可以不计的加热膜，加热膜温度维持在60℃.材料1一侧维持在 ℃的温度，材料2的一侧与温度 ℃ ，表面传热系数 。假定过程是稳态，试确定加热膜所施加的热流密度的大小。 解 有题意，加热膜的热流应为向两板的导热量之和，即 而 所以 温度计套管 假设：通过上述分折，可以将所研究的问题看成是一维稳态等截面直助的导热问题、采 用肋片分折中的各项假定。 计篡：据式 换热周长πd ，套管截面积Ac= πdδ 。于是,mH的值可根据定义求出，即 由数学手册查出此ch3.13=11.5,代人tf计算式得 讨论：测量误差为4.7℃。 可从两个角度来分析减小测温误差。 首先，从温度计套管的一维导热的物理过程来看，可以得出热阻定性分析图。因中t∞为储气筒外的环境温度，R3代表储气简外侧与环境间的换热热阻，RI、R2分别代表套管顶端与环境间的换热热阻以及顶端与根部之间的热阻。显然，要减小测温误差，应使tH尽量接近tf，即应尽量减小R1，而增大R2及R3。 另一方面，从顶端温度计算公式看，要减少θH ，应增加ch(mH)(即增加mH)，以及减小θo 。于是可采用以下方法：(1)选用导热系数更小的材料作套管(增加热阻R2)；(2)尽量增加套管高度、并减小壁厚(增加热阻R2)；(3)强化套管与流体间的换热(减小RI)；(4)在储气简外包保温材料(增加R3)，最后一条措施对于储气简虽不十分可取,然而对于测量管道中气流温度的情形是可以操作的。 温度计套管 温度计套管测温误差热阻分析图 串联热阻叠加的原则在这里不适用，但是作为定性分析，这样的图示还是很有用的。 三、 肋效率与肋面总效率 为了从散热的角度评价加装肋片后换热效果，引进肋片效率 肋片的纵剖面积 ? 对于直肋，如果 取单位长度研究，参与换热的周界P=2 影响肋片效率的因素：肋片材料的热导率 ? 、肋片表面与周围介质之间的表面传热系数 h、肋片的几何形状和尺寸（P、A、H） 可见， 与参量 有关，其关系曲线如图2-19所示。这样，矩形直肋的散热量可以不用公式计算，而直接用图查出 ，散热量 等截面直肋和三角形肋片的效率曲线 3 通过环肋及三角形截面直肋的导热 为了减轻肋片重量、节省材料，并保持散热量基本不变，需要采用变截面肋片，环肋及三角形截面直肋是其中的两种。 环肋片的效率曲线 肋化表面示意图 实际上肋片总是成组地被采用的，如图所示。设流体的温度为tf，流体与整个表面的表面传热系数为h，肋片的表面积为Af，两个肋片之间的根部表面积为Ar，根部温度为t。，则所有肋片与根部面积之和为A。，则A。＝ Af+ Ar，若以t。- tf为温差，则有： 称为肋面总效率，显然，肋片总效率高于肋片效率，在换热器设计中有所应用。 四、接触热阻(contact resistance) 两固体互相接触时，由于表面粗糙度的影响，不可能是理想的组合，会成为如图所示的情况。 这种情况与两固体壁面完全接触相比,增加了附加的传递阻力,称为接触热阻。 接触热阻示意固 § 2-5 具有内热源的一维导热问题 在工程技术领域中常常遇到有内热源的导热问题，例如: 电器及线圈小有电流通过时的发热； 化工中的放热、吸热反应； 核能装置中燃料元件的放射反应等。 本节以核反应堆的燃料元件的导热问题为背景，介绍具有内热源的平壁以及圆柱体导热问题的分析解。 物理问题, 如右图:平壁具有均匀的内热源，两侧同时与温度为tf的流体发生对流传热，表面传热系数f,要求确定平板中任意一x处的温度及通过该截面出的热流密度。