传热课件 教学课件.pptx

传热课件

传热基本概念

热传导

对流换热

辐射换热

传热过程与传热设备

01

传热基本概念

热量通过物体内部直接传递的方式，主要与物体内部的微观粒子热运动有关。

导热

由于流体流动而引起的热量传递，对流换热受到流体流动状态（层流或湍流）和流体物性等因素的影响。

对流

热量以电磁波的形式传递，与距离和温度有关。

辐射

物体内部热量传递的方式，主要与物体内部的微观粒子相互作用有关。

热传导

导热热阻

表示导热过程中热量传递的阻力，数值上等于单位时间内温度梯度为1℃时，在1平方米面积上传递的热量与温度梯度的比值，单位为℃/W。

对流换热热阻

表示对流换热过程中热量传递的阻力，数值上等于单位时间内单位面积上传递的热量与对流换热系数的比值，单位为℃/W。

辐射热阻

表示辐射过程中热量传递的阻力，数值上等于物体单位时间内单位面积上辐射的热量与辐射系数的比值，单位为℃/W。

02

热传导

定义

一维热传导发生在物体的一维方向上，即物体只有单一方向的热量传递。

公式

一维热传导的数学公式为(frac{partialT}{partialt}=alphafrac{partial^2T}{partialx^2})，其中(T)是温度，(t)是时间，(x)是空间位置，(alpha)是热扩散率。

应用场景

一维热传导在许多工程问题中都有应用，例如长棒或长线的温度分布。

定义

01

二维热传导发生在物体的二维平面上，即物体在两个方向的热量传递。

公式

02

二维热传导的数学公式为(frac{partialT}{partialt}=alpha(frac{partial^2T}{partialx^2}+frac{partial^2T}{partialy^2}))。

应用场景

03

二维热传导在薄板或薄层的温度分布问题中广泛应用。

定义

三维热传导描述了物体在三维空间中的热量传递。

公式

三维热传导的数学公式为(frac{partialT}{partialt}=alpha(frac{partial^2T}{partialx^2}+frac{partial^2T}{partialy^2}+frac{partial^2T}{partialz^2}))。

应用场景

三维热传导适用于大多数实际传热问题，如各种形状和尺寸的物体或结构的温度分布。

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描述物体边界的温度或热流量。常见的边界条件包括固定温度、绝热、对流和辐射。

边界条件

描述物体初始时刻的温度分布。例如，物体的初始温度可以是均匀的或根据其他函数分布。

初始条件

边界条件和初始条件对于确定物体的温度分布和热量传递过程至关重要。它们在解决各种传热问题时是必不可少的。

应用场景

03

对流换热

强制对流是外部力作用在流体上，使流体产生流动的现象。

强制对流可以通过机械力、气压或电磁力等方式实现。

在工程中，强制对流广泛应用于热能传递和冷却，如散热器、空调系统等。

03

流动边界层和热边界层是影响对流换热的重要因素，它们决定了热量传递的速率和方向。

01

流动边界层是指在流体流动过程中，流体的速度和方向在靠近固体壁面处发生变化，形成一个相对较薄的边界层。

02

热边界层是指在温度梯度作用下，流体的热量传递在靠近固体壁面处形成边界层。

04

辐射换热

灰体辐射

灰体辐射是指物体在吸收外来辐射的同时，也会向外界辐射能量，但其辐射能力与温度和波长的关系与黑体不同。灰体的辐射光谱不是连续的，而是由若干个谱线组成。

斯蒂芬-波尔兹曼定律

描述灰体辐射与温度关系的定律，其形式为E=εσT^4，其中E为辐射能量，ε为物体的发射率，σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数，T为温度。

物体发射辐射的能力，与物体的表面性质、温度和波长有关。发射率的大小决定了物体在特定条件下向外界辐射能量的多少。

物体吸收外来辐射的能力，与物体的表面性质、温度和波长有关。吸收率的大小决定了物体在特定条件下吸收外界能量的多少。

吸收率

发射率

05

传热过程与传热设备

传热效率

衡量传热设备性能的重要指标，表示设备传递热量的能力，通常用效率值或传热系数表示。

能耗分析

分析传热设备的能耗，包括设备运行过程中的能量损失和节能措施，以降低运行成本。

设备可靠性

评估传热设备的可靠性和寿命，涉及设备材料、结构、维护等方面的因素。

根据传热介质和温度等条件选择合适的材料，以提高设备的耐腐蚀性、导热性能和机械强度。

设备材料选择

通过改进设备结构，降低流动阻力和热量阻力，提高设备的传热效率和稳定性。

设备结构优化

利用数值模拟软件对传热设备进行仿真分析，预测设备的性能和优化设计方案。

数值模拟技术

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