参考学习资料 能源 第三章 热传递的基本原理.ppt

第三章热传递的基本原理基本要求理解热量传递三种基本方式的概念及其热量的计算方法；掌握平壁和单层圆筒的传热计算；了解换热器的类型、流体的相对流动方向和传热的强化与消弱。第一节导热（1）导热：当物体内部或相互接触的物体间存在温度差时，热量从高温处传到低温处的过程称为导热或热传导。其热量的传递是依靠物体内部微粒的热运动来实现的。从微观角度来看，气体、液体、导电固体和非导电固体的导热机理是有所不同的。气体是通过其处于杂乱无章运动中的分子间的碰撞，进行能量的交换而实现导热的。固体的导热则主要是通过材料晶格的热振动波以及自由电子的迁移来实现的。纯金属的自由电子所起作用比晶格的热振动波大得多；对于非金属则主要通过晶格的热振动波进行热量的传递。液体的导热机理介于固体和气体之间。二、傅立叶定律及热导率1822年，傅立叶以微分形式给出了导热体内热流量与温度梯度的关系，即为：傅立叶定律可以表述为：

单位时间内通过导热体单位面积上的导热量，在数值上与该面积上的温度梯度成正比，而方向与其相反。

对于热流密度相同的给定面积S上的导热量，傅立叶定律的表达式为：导热系数【例3.1】炉壁由厚度为250mm耐火砖作内层。耐火砖内表面温度为1000℃，导热系数为λ=0.4664W/(m·℃)；外层为厚度为500mm普通红砖层。红砖层外表面温度为50℃。红砖的导热系数λ=0.7W/(m·℃)。求炉壁的导热热流密度和两砖层结合面上的温度值？解：依题意。（1）炉壁的导热热流密度：q=(t1-t2)/(δ1/λ1+δ2/λ2）=（1000-50）/（0.25/0.4664+0.5/0.7）=759.8W/m2；（2）两砖层结合面上的温度值：t2=t1-qδ1/λ1=1000-759.8×0.25/0.4664=592.7℃。【例3.2】若将题3.1中的红砖层改用λ=0.01W/(m·℃)的水泥珍珠岩砌块，其它条件不变，所需水泥珍珠岩砌块至少要有多大厚度？解：依题意。由炉壁的导热热流密度公式：q=(t1-t2)/(δ1/λ1+δ2/λ2)有：δ2=[(t1-t2)/q-δ1/λ1]λ2=[（1000-50）/759.8-0.25/0.4664]×0.01=0.007143m自然对流换热强迫对流换热例子对流换热分类小结4、对流换热的计算（牛顿冷却定律）对流换热量Q与换热表面积S以及固体壁面和流体之间的温度差(tw-tf)成正比。即：根据牛顿冷却公式，影响对流换热的诸多因素并未在公式中体现，所有因素都归并至对流传热系数（表面传热系数）α。因此求解对流换热问题变成了如何根据具体情况求解表面传热系数α的问题。式中α—对流传热系数，W/(m2·℃)；d—管道内径，m；λ—流体的热导率（导热系数），W/(m·℃)。5、流体有相变时的对流换热在火电厂中，不仅经常遇到单相流体的对流换热，而且会遇到流体受热沸腾和蒸气遇冷凝结等有相变时对流换热，如液态水在锅炉水冷壁管中受热变成蒸汽及汽轮机的乏汽在冷凝器内受到冷却变成冷凝水的过程等。在饱和沸腾阶段，当壁面上汽泡的生成速度大于其脱离速度时，在壁面上将会聚集大量的汽泡，从而形成一层汽膜，这时的换热状态称为膜态沸腾；如果还未形成汽膜，仍然保留一个个的汽化核心点，则称为核态沸腾。膜态沸腾时，液体与固体壁进行换热必须要通过热阻远比水的热阻大的汽膜，使表面传热系数α急剧下降，导致壁面超温烧毁。因此，工程上应力求避免这种危险的换热状态，使沸腾换热保持在核态沸腾阶段。膜状凝结时，液膜的存在使得蒸汽对壁面的放热必须通过液膜的导热才能完成，由此形成了凝结放热的主要热阻，而表面传热系数随液膜加厚急剧下降。显然，欲减小膜状凝结时的热阻，应尽量使液膜变薄。为此，电厂中的凝结器结构多为管束且横向错列布置等，并使乏汽和凝结水的流动方向相同，以使液膜变薄。珠状凝结时蒸汽可以与壁面直接接触，部分蒸汽在固体壁面上凝结成小液珠，部分蒸汽在小液珠表面凝结，使液珠变大，大的液珠在重力作用下向下滚动，并吞没沿途液珠，所以珠状凝结时热阻比膜状凝结时小得多。【例3.3】已知发电机的氢气冷却器中，冷却水的tar=30℃，流过直径为15mm的受热面管内时(L/d＞50)，流速为0.9m/s，管道内壁温度为ts=50℃，试求管内水流掠过壁面时的对流换热系数和冷却器受热面的热流密度？解：（1）先确定管道直径：de=0.015m；（2）确定冷却水平均温度：tar=30℃；依tar=30℃由