传热学第八章相变换热优秀课件
合集下载
第八章——传热学课件PPT
• 在讨论角系数时，我们假定：
（1）所研究的表面是漫射表面；
（2）所研究表面向外发射的辐射热流密度是均匀的。
• 在这两个假定下，当物体的表面温度及发射率的改变 时，只影响到该物体向外发射的辐射能的大小，而不 影响辐射能在空间的相对分布，因而不影响辐射能落 到其他表面的百分数，即不影响角系数的大小。这样， 角系数就是一个仅与辐射表面间相对位置有关，而与 表面特性无关的纯几何量，从而给计算带来极大的方 便。
• 考虑如图所示的表面1对表面2的角系数。由于 从表面1上发出的落到表面2的总能量，等于落 到表面2上各部分的能量之和，于是有
A1Eb1 X 1,2 A1Eb1 X 1,2a A1Eb1 X 1,2b
2a
2b
• 所以，有 X 1,2 X 1,2a X 1,2b
1
• 如果把表面2进一步分成
若干小块，则仍有
• 实际工程问题虽然不一定满足这些假设，但由此造成 的偏差一般均在计算允许的范围之内，因此这种处理 问题的方法在工程中被广泛采用。本书为讨论方便， 在研Байду номын сангаас角系数时把物体作为黑体来处理。但所得到的 结果对于漫射的灰体表面也适用。
角系数的性质
• 角系数的相对性 • 角系数的完整性 • 角系数的可加性
角系数的相对性
第八章 辐射换热的计算
• 本章讨论物体间辐射换热的计算方法，重点是 固体表面间辐射换热的计算。
• 首先讨论辐射换热计算中的一个重要几何因 子——角系数的定义、性质及其计算方法；
• 然后介绍由两个表面及多个表面所组成系统的 辐射换热计算方法。
• 此基础上总结辐射换热的强化及削弱方法。
• 最后对位于容器及设备壳体内的烟气的辐射换 热特性及烟气与壳体间的辐射换热计算方法作 简要的讨论。
（1）所研究的表面是漫射表面；
（2）所研究表面向外发射的辐射热流密度是均匀的。
• 在这两个假定下，当物体的表面温度及发射率的改变 时，只影响到该物体向外发射的辐射能的大小，而不 影响辐射能在空间的相对分布，因而不影响辐射能落 到其他表面的百分数，即不影响角系数的大小。这样， 角系数就是一个仅与辐射表面间相对位置有关，而与 表面特性无关的纯几何量，从而给计算带来极大的方 便。
• 考虑如图所示的表面1对表面2的角系数。由于 从表面1上发出的落到表面2的总能量，等于落 到表面2上各部分的能量之和，于是有
A1Eb1 X 1,2 A1Eb1 X 1,2a A1Eb1 X 1,2b
2a
2b
• 所以，有 X 1,2 X 1,2a X 1,2b
1
• 如果把表面2进一步分成
若干小块，则仍有
• 实际工程问题虽然不一定满足这些假设，但由此造成 的偏差一般均在计算允许的范围之内，因此这种处理 问题的方法在工程中被广泛采用。本书为讨论方便， 在研Байду номын сангаас角系数时把物体作为黑体来处理。但所得到的 结果对于漫射的灰体表面也适用。
角系数的性质
• 角系数的相对性 • 角系数的完整性 • 角系数的可加性
角系数的相对性
第八章 辐射换热的计算
• 本章讨论物体间辐射换热的计算方法，重点是 固体表面间辐射换热的计算。
• 首先讨论辐射换热计算中的一个重要几何因 子——角系数的定义、性质及其计算方法；
• 然后介绍由两个表面及多个表面所组成系统的 辐射换热计算方法。
• 此基础上总结辐射换热的强化及削弱方法。
• 最后对位于容器及设备壳体内的烟气的辐射换 热特性及烟气与壳体间的辐射换热计算方法作 简要的讨论。
2020年高中物理竞赛—传热学-第八章 辐射换热的计算：角系数的定义、性质和计算等(共31张PPT)
A1 A2 Lb1cos1d1dA1 A1 Lb1dA1
A1 A2 Lb1cos1dA2cos2dA1
A1Lb1r 2
1
A1
A1
A2
c os1c os 2dA2 r2
dA1
1
A1
A1
A2 X d1,d 2dA1
2. 角系数性质 根据角系数的定义和诸解析式，可导出角系数的代数性质。 (1) 相对性
质，则表面1对表面2的角系数X1,2是：表面1直接投射到 表面2上的能量，占表面1辐射能量的百分比。即
表面1对表面2的投入辐射
X1,2
表面1的有效辐射
(8-1)
同理，也可以定义表面2对表面1的角系数。从这个概
念我们可以得出角系数的应用是有一定限制条件的，
即漫射面、等温、物性均匀
(2) 微元面对微元面的角系数
s 1
(3) 表面积A1与表面积A2相当，即A1/A2 1 于是
s
1
1
1
1
2
1
§ 8-3 多表面系统辐射换热的计算
净热量法虽然也可以用于多表面情况，当相比之下网 络法更简明、直观。网络法(又称热网络法，电网络法等) 的原理，是用电学中的电流、电位差和电阻比拟热辐射中 的热流、热势差与热阻，用电路来比拟辐射热流的传递路 径。但需要注意的是，这两种方法都离不开角系数的计算， 所以，必须满足漫灰面、等温、物性均匀以及投射辐射均 匀的四个条件。下面从介绍相关概念入手，逐步展开。
A1
A2
cos 1 cos 2dA1dA2 r2
1 A1
A1
A2 X d1,d 2dA1
X 2,1
1 A2
A1
A2
cos 1 cos 2dA1dA2 r2
《传热学》课件——第八章 导热
1 ）稳态传热过程（定常过程）
凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递过程均称稳 态传热过程。
2 ）非稳态传热过程（非定常过程）
凡是物体中各点温度随时间的变化而变化的热传递过 程均称非稳态传热过程。
各种热力设备在持续不变的工况下运行时的热传递 过程属稳态传热过程；而在启动、停机、工况改变时 的传热过程则属 非稳态传热过程。
壁，对此写出傅里叶定律的表达式
q dt
dx
x
对此式分离变量后积分得： qdx dt 0
tw1
对稳定导热，热流密度q为常数，将上式积分得：
tw2
q
t tw1 x
上式说明：单层平壁稳定导热壁内的温度分 布呈直线分布。
当x=δ时,t=tw2代入上式,得：
热流密度:
q tw1 tw2
2）时间 工程热力学：不考虑传热的时间。计算总热量Q。 传热学：考虑时间。计算热流量（单位时间传热量）φ。
3) 工程热力学：研究平衡态； 传热学：研究过程和非平衡态
所以，传热学与工程热力学研究的问题不同。
10
火电厂中的传热现象
动力
11
火电厂中的传热现象
动力
锅炉中的传热
汽轮机散热
凝汽器换热
12
火电厂中的传热现象
1
2
3
t r1 r 2 r 3
t
i 3 i
i 1
i
34
三层平壁稳定导热的温度分布
t
t r
热流量: A tw1 tw2
t
t R
A
31
导热热阻与热路图
动力
A tw1 tw2
t
t
R
A
R A
(K /W )平壁面积为A时的导热热阻
凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递过程均称稳 态传热过程。
2 ）非稳态传热过程（非定常过程）
凡是物体中各点温度随时间的变化而变化的热传递过 程均称非稳态传热过程。
各种热力设备在持续不变的工况下运行时的热传递 过程属稳态传热过程；而在启动、停机、工况改变时 的传热过程则属 非稳态传热过程。
壁，对此写出傅里叶定律的表达式
q dt
dx
x
对此式分离变量后积分得： qdx dt 0
tw1
对稳定导热，热流密度q为常数，将上式积分得：
tw2
q
t tw1 x
上式说明：单层平壁稳定导热壁内的温度分 布呈直线分布。
当x=δ时,t=tw2代入上式,得：
热流密度:
q tw1 tw2
2）时间 工程热力学：不考虑传热的时间。计算总热量Q。 传热学：考虑时间。计算热流量（单位时间传热量）φ。
3) 工程热力学：研究平衡态； 传热学：研究过程和非平衡态
所以，传热学与工程热力学研究的问题不同。
10
火电厂中的传热现象
动力
11
火电厂中的传热现象
动力
锅炉中的传热
汽轮机散热
凝汽器换热
12
火电厂中的传热现象
1
2
3
t r1 r 2 r 3
t
i 3 i
i 1
i
34
三层平壁稳定导热的温度分布
t
t r
热流量: A tw1 tw2
t
t R
A
31
导热热阻与热路图
动力
A tw1 tw2
t
t
R
A
R A
(K /W )平壁面积为A时的导热热阻
2020年高中物理竞赛—传热学-第八章 辐射换热的计算：辐射换热的强化和削弱(共23张PPT) 课件
实际例子.
谢谢观看！
当气体中同时存在二氧化碳和水蒸气时，气体的发射率 由下式给出:
g
C * H2O H2O
C * CO2 CO2
式中， 是修正量，由图8-24给出。
图8-24 修正量
5 气体的吸收比 g
g
C * H2O H2O
C * CO2 CO2
式中修正系数 CH2O 和 CCO2 与发射率公式中的处理方
系数 CH2O ，于是，水蒸气的发射率为
C H2O
* H2O H2O
对应于CO2 的图分别是8-22和图8-23。于是
C *
CO2
CO2 CO2
图8-20
* H 2O
(Tg , pH2O s)
图8-21 修正系数 CH2O
图8-22
* CO2
(Tg , pCO2 s)
图8-23 修正系数 CCO2
法相同，而
* H 2O
的经验公式
， * CO2
和
的确定可以采用下面
* CO2
* CO2
Tw , pCO2 s(Tw
Tg
)
Tg Tw
0.65
* H 2O
* H 2O
Tw , pH2Os(Tw
Tg
)
Tg Tw
0.45
Tw
在其体发射率和吸收比确定后，气体与黑体外壳之间 的辐射换热公式为:
时的计算方法. 6.高温气体内, 使用遮热板的热电偶测温精度分析. 能量
平衡定律在此类问题中的应用. 7.表面辐射热阻和空间辐射热阻的定义及表达式. 8.重辐射面的概念. 9.采用网络法求解三表面封闭系统辐射换热的计算方法.
10.辐射换热的强化和削弱方法. 11.气体辐射有什么特点? 12.什么是温室效应? 从传热学的角度做出评述. 举出一些
谢谢观看！
当气体中同时存在二氧化碳和水蒸气时，气体的发射率 由下式给出:
g
C * H2O H2O
C * CO2 CO2
式中， 是修正量，由图8-24给出。
图8-24 修正量
5 气体的吸收比 g
g
C * H2O H2O
C * CO2 CO2
式中修正系数 CH2O 和 CCO2 与发射率公式中的处理方
系数 CH2O ，于是，水蒸气的发射率为
C H2O
* H2O H2O
对应于CO2 的图分别是8-22和图8-23。于是
C *
CO2
CO2 CO2
图8-20
* H 2O
(Tg , pH2O s)
图8-21 修正系数 CH2O
图8-22
* CO2
(Tg , pCO2 s)
图8-23 修正系数 CCO2
法相同，而
* H 2O
的经验公式
， * CO2
和
的确定可以采用下面
* CO2
* CO2
Tw , pCO2 s(Tw
Tg
)
Tg Tw
0.65
* H 2O
* H 2O
Tw , pH2Os(Tw
Tg
)
Tg Tw
0.45
Tw
在其体发射率和吸收比确定后，气体与黑体外壳之间 的辐射换热公式为:
时的计算方法. 6.高温气体内, 使用遮热板的热电偶测温精度分析. 能量
平衡定律在此类问题中的应用. 7.表面辐射热阻和空间辐射热阻的定义及表达式. 8.重辐射面的概念. 9.采用网络法求解三表面封闭系统辐射换热的计算方法.
10.辐射换热的强化和削弱方法. 11.气体辐射有什么特点? 12.什么是温室效应? 从传热学的角度做出评述. 举出一些
传热学-第八章
2. 传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Thermal Science)
关心的是热量传 递的过程，即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
系统从一个平衡态到 另一个平衡态的过程 中传递热量的多少。
热力学： tm
Φ
传热学： t ( x, y, z , )
Φ f ( )
空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器 （Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电 火箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机
b c d
微电子： 电子芯片冷却 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器 官的冷冻保存 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存
e
f
制
冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温
G.
B.
J.
Fourier , 1822 年）
F. B. Jaeger/ M.
Riemann/ H. S. Jakob
Carslaw/ J.
对流换热 （Convection heat transfer） 不可压缩流动方程 （M.Navier,1823年) 流体流动Navier-Stokes基本方程 (G.G.Stokes,1845年） 雷诺数(O.Reynolds,1880年） 自然对流的理论解（L.Lorentz, 1881年） 管内换热的理论解（L.Graetz, 1885年；W.Nusselt,1916 年） 凝结换热理论解 （W.Nusselt, 1916年） 强制对流与自然对流无量纲数的原则关系 （W.Nusselt,1909年/1915年） 流体边界层概念 （L.Prandtl, 1904年） 热边界层概念 （E.Pohlhausen, 1921年） 湍流计算模型 （L.Prandtl,1925年；Th.Von Karman, 1939年；R.C. Martinelli, 1947年）
传热学第八章辐射换热的计算
02
辐射换热的计算方法
辐射换热的基本公式
斯蒂芬-玻尔兹曼方程
描述了物体在任意温度下的辐射功率，是辐射换热的基本公式。
辐射力方程
表示物体发射和吸收的辐射能与物体表面温度和周围环境温度之间 的关系。
辐射传递方程
表示在给定温度和光谱发射率下，物体表面发射和吸收的辐射能与 物体表面温度之间的关系。
辐射换热的角系数法
表面传热系数的计算方法
通过实验测定或经验公式计算表面传热系数， 需要考虑表面粗糙度和涂层的影响。
表面传热系数的应用
适用于简化模型或近似计算中的辐射换热计算。
辐射换热的积分方程法
积分方程的建立
根据斯蒂芬-玻尔兹曼方程和边界条件建立积分方程。
积分方程的求解方法
采用数值方法求解积分方程，如有限元法、有限差分 法等。
太阳能利用
通过优化太阳能集热器的设计，提高太阳能辐射的吸收和 转换效率，降低太阳能利用成本，有助于减少化石能源的 消耗和碳排放。
05
辐射换热的发展趋势与展 望
新型材料的辐射换热特性研究
总结词
随着科技的发展，新型材料不断涌现，对新型材料的辐射换热特性研究成为当 前热点。
详细描述
新型材料如碳纳米管、石墨烯等具有独特的物理和化学性质，其辐射换热特性 与传统材料有所不同。研究这些新型材料的辐射换热特性有助于发现新的传热 机制，提高传热效率。
感谢观看
THANKS
传热学第八章辐射 换热的计算
目 录
• 辐射换热的基本概念 • 辐射换热的计算方法 • 辐射换热的实际应用 • 辐射换热的优化与控制 • 辐射换热的发展趋势与展望
01
辐射换热的基本概念
定义与特性
定义
2020年高中物理竞赛—传热学基础08辐射换热的计算：角系数的定义、性质和计算(共42张PPT) 课
一. 角系数的定义 角系数是进行辐射换热计算时空间热组的 主要组成部分。 定义：把表面1发出的辐射能中落到表面2 上的百分数称为表面1对表面2的角系数，
记为X1,2。
同理，表面1发出的辐射能中落到表面 2上的百分数称为表面1对表面2的角系数，
记为X 2, 1
二. 角系数的性质
❖ 研究角系数的性质是用代数法（代数分析法） 求解角系数的前提：
考察表面温度均匀、表面辐射特性为常数的表面 1（如图8-8所示）。根据有效辐射的定义，表面1 的有效辐射有如下表达式：
J1 E1 1G1 1Eb1 (1 1)G1
在表面外能感受到的表面辐射就是有效辐射， 它也是用辐射探测仪能测量到的单位表面积上的辐 射功率 W / m2。
从表面1外部来观察，其能量收支差额应 等于有效辐射 J与1 投入辐射 之G1 差，即
二、两漫灰表面组成的封闭系统的辐
射换热计算
1、有效辐射 （1）投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的 总辐射能，记为G。
（2）有效辐射：单位时间内离开单位面积的总辐 射能为该表面的有效辐射，记为J。
有效辐射包括
自身射辐射E
投入辐射 G 被反射辐射的部分 G
表面的反射比，可表示成 1 1
图8-8 有效辐射示意图
n
X 1,2
X 1,2i
i 1
(6)
图8-4 角系数的可加性
注意，利用角系数可加性时，只有对角 系数符号中第二个角码是可加的，对角系数 符号中的第一个角码则不存在类似的关系。
从表面2上发出而落到表面1上的辐射能，等于从 表面2的各部分发出而落到表面1上的辐射能之和， 于是有
A2 Eb2 X 2,1 A2 Eb2 X 2a,1 A2 Eb2 X 2b,1
传热学基础(第二版)第八章教学复合换热与传热
第八章 复合换热
复合换热的定义：两种或三种热量传递方 式同时起作用的换热现象。
复合换热计算的目的是确
定两种并联的热量传递方
Φc
式的总效果。
Φ
原则上复合换热的总换热
Φτ
量等于构成并联系统的两
种基本换热方式散热量的
叠加的总和。
1/8
一、由对流换热和辐射换热组成的复合换热
c
Φ——复合换热的总换热量 Φc——对流换热量 Φτ——辐射换热量 对流换热量Φc按牛顿冷却公式计算：
则：复合换热量为：
（hc h）(tw t f ) A h(tw t f ) A
h 称为复合换热系数。复合换热系数的 引入对复杂的换热系统的分析计算带来一 些方便。
4/8
二、通过气隙的复合换热 铸件在金属型中冷却时体积要收缩，而金属
型则受热膨胀，此时，在铸件与铸型之间形成一 层很薄的气隙。 气隙的热阻很大，它的存在对 铸件的冷却过程由重要影响。
由于气隙很薄，对流难于发展，所以通 过气隙的复合换热是导热和辐射换热两种基 本换热方式并联的换热现象。
5/8
气隙厚度是毫米级的，与铸件尺寸相比
很小，这种特点使复杂外形的气隙允许视作
平壁处理，平壁气体层复合换热的热流密度
可表示为：
12
q qd q
根据通过平壁的导热公式
g
ε1
ε2
T1
T2
qd
c hc (tw t f ) A
2/8
辐射换热符合大空腔内包小物体的情况：
ACb
[( Tw 100
)
4
( Tf )4] 100
若将辐射换热量Φτ等效成对流换热：
复合换热的定义：两种或三种热量传递方 式同时起作用的换热现象。
复合换热计算的目的是确
定两种并联的热量传递方
Φc
式的总效果。
Φ
原则上复合换热的总换热
Φτ
量等于构成并联系统的两
种基本换热方式散热量的
叠加的总和。
1/8
一、由对流换热和辐射换热组成的复合换热
c
Φ——复合换热的总换热量 Φc——对流换热量 Φτ——辐射换热量 对流换热量Φc按牛顿冷却公式计算：
则：复合换热量为：
（hc h）(tw t f ) A h(tw t f ) A
h 称为复合换热系数。复合换热系数的 引入对复杂的换热系统的分析计算带来一 些方便。
4/8
二、通过气隙的复合换热 铸件在金属型中冷却时体积要收缩，而金属
型则受热膨胀，此时，在铸件与铸型之间形成一 层很薄的气隙。 气隙的热阻很大，它的存在对 铸件的冷却过程由重要影响。
由于气隙很薄，对流难于发展，所以通 过气隙的复合换热是导热和辐射换热两种基 本换热方式并联的换热现象。
5/8
气隙厚度是毫米级的，与铸件尺寸相比
很小，这种特点使复杂外形的气隙允许视作
平壁处理，平壁气体层复合换热的热流密度
可表示为：
12
q qd q
根据通过平壁的导热公式
g
ε1
ε2
T1
T2
qd
c hc (tw t f ) A
2/8
辐射换热符合大空腔内包小物体的情况：
ACb
[( Tw 100
)
4
( Tf )4] 100
若将辐射换热量Φτ等效成对流换热：
8传热学-第八章解析PPT课件
0, 1
1
镜体或白体：
1
透明体：
1
反射又分镜反射和漫反射两种
镜反射
2020年9月28日
漫反射
6
3. 黑体模型及其重要性
黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射的物体，包 括所有方向和所有波长。即吸收比等于1的物体（绝对黑 体，简称黑体，black body） 重要性：研究黑体的意义在于，在黑体辐射的基础上， 把实际物体的辐射和黑体辐射相比较，从中找出其与黑 体辐射的偏离，然后确定必要的修正系数
从0到某个波长的波段的黑体辐射能
Eb(0) 0 Ebd
这份能量在黑体辐射力中所占的百分数为：
可查
F b (0 )0E T b 4 d0 c e 1 c ( 2/T T) 1 5 1d (T )f(T )表
f(T)称为黑体辐射函数，表示温度为T 的黑体所发射的辐射能 中在波段（0～）内的辐射能所占的百分数。
第八章 热辐射基本定律和辐射特性
2020年9月28日
能源工程系流的特点
其中，与热传导和热对流的主要区别是b和c
2020年9月28日
2
2. 从电磁波谱的角度描述热辐射的特性
2.1 传播速率与波长、频率间的关系 电磁波的传播速度： c = fλ= λ/T
式中：f — 频率，s-1; λ— 波长，μm
黑体是一种科学假想的物体，现 实生活中是不存在的。但却可以 人工制造出近似的人工黑体。
2020年9月28日
黑体模型（动画）
7
§8-2 黑体热辐射的基本定律
基本定律
Stefan-Boltzmann定律（辐射能与温度的关系） Planck定律（辐射能波长分布的规律） Lambert 定律（辐射能按空间方向的分布规律）
《传热学》第八章课件
, T , T
漫射表面
灰体表面 漫射灰体表面或与黑体 处于热平衡
, , T , , T
T T
传热学 Heat Transfer
四、关于基尔霍夫定律和灰体的几点说明
1、根据基尔霍夫定律，物体的辐射能力越大，其 吸收能力也越大。换句话，善于辐射的物体必善于 吸收。
1、投射辐射 周围物体在单位时间内投 射到物体单位表面积上的辐射 能。用Q表示，单位W/m2 。 2、吸收比、反射比和透射比
被物体吸收、反射和透射的部分所占总投射辐 射的份额分别称为吸收比 、反射比 和透射比 。
Q Q
Q Q
Q Q
1
传热学 Heat Transfer
可见辐射 面积
dA
传热学 Heat Transfer
兰贝特定律是指定向辐射强度与方向无关的规 律，即：
I ( ) I 常量
dΦ( ) I cos dA d
服从兰贝特定律的表面称为漫射表面
黑体辐射在空间上的分布符合兰贝特定律，因 此，黑体辐射在半球空间上各个方向的定向辐射强 度相等，黑体表面必是漫射表面。 但是漫射表面不一定是黑体。
辐射换热： 通过相互辐射与吸收进行的热交换
辐射换热特点： 不需中间介质参与 伴有能量形式的变化 低温物体也向高温物体传热 计算所需变量： 辐射： 不同波长上辐射能量 全波段上辐射总能量 在不同方向辐射能量 投入能量 对某波长辐射的吸收 对全波段辐射的吸收
吸收：
传热学 Heat Transfer
吸收、反射和透射
4、黑体、白体和透明体
吸收比 = 1的物体称为黑体。
反射比 = 1的物体称为白体（或镜体）。
漫射表面
灰体表面 漫射灰体表面或与黑体 处于热平衡
, , T , , T
T T
传热学 Heat Transfer
四、关于基尔霍夫定律和灰体的几点说明
1、根据基尔霍夫定律，物体的辐射能力越大，其 吸收能力也越大。换句话，善于辐射的物体必善于 吸收。
1、投射辐射 周围物体在单位时间内投 射到物体单位表面积上的辐射 能。用Q表示，单位W/m2 。 2、吸收比、反射比和透射比
被物体吸收、反射和透射的部分所占总投射辐 射的份额分别称为吸收比 、反射比 和透射比 。
Q Q
Q Q
Q Q
1
传热学 Heat Transfer
可见辐射 面积
dA
传热学 Heat Transfer
兰贝特定律是指定向辐射强度与方向无关的规 律，即：
I ( ) I 常量
dΦ( ) I cos dA d
服从兰贝特定律的表面称为漫射表面
黑体辐射在空间上的分布符合兰贝特定律，因 此，黑体辐射在半球空间上各个方向的定向辐射强 度相等，黑体表面必是漫射表面。 但是漫射表面不一定是黑体。
辐射换热： 通过相互辐射与吸收进行的热交换
辐射换热特点： 不需中间介质参与 伴有能量形式的变化 低温物体也向高温物体传热 计算所需变量： 辐射： 不同波长上辐射能量 全波段上辐射总能量 在不同方向辐射能量 投入能量 对某波长辐射的吸收 对全波段辐射的吸收
吸收：
传热学 Heat Transfer
吸收、反射和透射
4、黑体、白体和透明体
吸收比 = 1的物体称为黑体。
反射比 = 1的物体称为白体（或镜体）。
传热学-第八章
前面讲过，黑体、灰体、白体等都 是理想物体，而实际物体的辐射特 性并不完全与这些理想物体相同， 比如，(1)实际物体的辐射力与黑 体和灰体的辐射力的差别见图 ： (2) 实际物体的辐射力并不完全与 热力学温度的四次方成正比； (3) 实际物体的定向辐射强度也不 严 格 遵 守 Lambert 定 律 ， 等 等 。 所 有这些差别全部归于上面的系数， 因此，他们一般需要实验来确定， 形式也可能很复杂。在工程上一般 都将真实表面假设为漫发射面。
En Er E 0
因而在讨论辐射大小时，要加条 件：单位可见面积
n
r
τ
c) 定向辐射强度L()： Lambert 定律 定义：单位时间内，单位可见面积上、单位立体角内
微元面积朝某一方向上辐射的一切波长的能量。
由定义有：
L( , ) d( , ) dAcos d
对黑体其定向辐射强度与 方向无关（没有证明）
E Eb
E
T4
或：
E
Eb
T 4
c0
(T 100
)4
上面公式只是针对方向和光谱平均的情况，但实 际上，真实表面的发射能力是随方向和光谱变化 的。即不严格遵守温度4次方定律。影响实际物体 发射力的因素除温度外还有物体的种类、方向、 表面状况等，将这些影响因素都归到黑度中，故 黑度的物理意义为：
第八章
热辐射基本定律及物体 的辐射特性
§7-1 热辐射的基本概念
一、热辐射的基本概念
(1) 定义：由热的原因而产生的电磁波辐射称热辐射。
(2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停 地向周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播； c 伴随能量形式的转变； d 具有强烈的方向性； e 辐射能与温度和波长均有关； f 发射辐射取决于 温度的 4 次方。 辐射换热是指物体之间相互辐射和吸收的总效果。
《相变对流传热》PPT课件
tw ts
凝结形态的决定性因素
‐ 是否形成膜状凝结主要取 决于凝结液的润湿能力；
虽然‐珠而状润凝湿结能换力热又远取大决于于膜外状表凝结，但可惜的是，珠状凝结很 难 结保效持果张能，，力力因应；强此以外。，膜表工状张程凝力实结小践计的应算润用作湿中为只设能计实的现依膜据状。凝结。为保证凝
‐ 实践说明，几乎所有的常 用蒸气在纯洁条件下在常 用工程材料干净外表上都 能得到膜状凝结。
表竖壁
➢倾斜壁平均外表传热系数
由 l u u x v u y d d p x lg si n l y 2 u 2
1
h0.94r3lg L3 l(tsl2 stw i)n4
➢ 水平圆管外表凝结传热外表传热系数
•Nusselt 采用图解积分得
1
hH0.729ld r(g ts3 l l2 tw)4
ug 2 ll y1 2y2
➢温度
由
al
2t y2
0
t y
c1
tc1yc2 y 0 ,t t w c 2 t w
y ,t t s ,t s c 1 t w c 1 t s t w
ttwy(tstw)
➢x处的质量流量qm
q m 0 d q m 0 l u d y 0 l 2 l g y 1 2 y 2 d y l 3 2 g l3
引入假设⑥温度线 性分布，热量转移
仅考虑导热
➢局部外表传热系数
dx h x(ts tw )d xlts tw dx
hxl /
1
1
h xl 4l r l(tslg 2 tw )x 4 4r l(ts3 lg tlw 2 )x 4
➢整个竖壁平均外表传热系数
1
h V lts 1 tw 0 lh x ts tw d 3 4 x h x l 0 .9 4 l r l( ts 3 lg 3 l t 2 w ) 4
传热学第八章相变换热
膜状凝结： 6103~104 W/(m2K)
3
3、 膜状凝结分析解及实验关联式
（1）努塞尔特假设： ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 纯净蒸汽层流液膜； 常物性； 蒸汽是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力； 液膜的惯性可以忽略； 汽液界面上无温差； 膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移 只有导热而无对流作用； ⑦ 液膜的过冷度可以忽略； ⑧ 相对于液体密度，蒸汽密度可忽略不计； ⑨ 液膜表面平整无波动。
来源：蒸汽带入；蒸汽分解；负压条件下系统漏入； 系统生成（液体与金属相容性）。
危害：含气体1％
h 60％
原因：蒸汽与液膜间的热阻 措施：断绝来源；系统中安装抽气器、空气分离器等。
② 蒸汽流速、流向
流向与液膜流动方向相同拉薄液膜h
10
③ 过热蒸汽（表面传热系数下降，教材叙述不可取）
（冷凝）相变 过热蒸汽 饱和干蒸汽 饱和液体 由于冷却过程表面传热系数远低于冷凝过程，所以过热蒸汽将使 换热器的换热能力大大下降，因此热用户应将过热蒸汽饱和化。 例如某纺织厂溴化锂制冷机组的过热蒸汽进行饱和化处理后，机 组制冷能力提高了20%。 （冷却）非相变
12
两滴完全相同的水珠分别落在120摄氏度和400摄氏度 的铁板上，哪一滴先汽化掉？ 答：落在120度的水珠先汽化。因为水珠在120度铁板 的沸腾属于核态沸腾，换热较强，而在400度铁板的沸 腾属于膜态沸腾，换热较弱。
13
② 汽化核心的分析 （汽泡的生成条件） 气泡内外压差=表面张力
2 R pv pl 2R R pv pl
g 1 l 4 hV hx dx hl 0.943 0 l 3 l l t s t w
3 l 2 l
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
传热学第八章相变 换热
1、相变换热与非相变换热的对比：
换热形式：
单相
相变
交换热量：
（显热mct）（潜热m）
相对单位质量热容量： 1
~100介质流量m
相对表面传热系数： 1
~10 A
2、 凝结换热现象
蒸汽 tts
液体——凝结
蒸汽 twts 壁面上凝结——凝结换热
膜状凝结——凝结液在壁面上铺展成膜。 条件：内聚力<附着力，润湿表面。
R
2
pv pl
随着壁温的升高，壁面过热度加大，汽化核心的半径 愈来愈小。
③ 管内沸腾——两相流
6、 沸腾换热计算式
1.大容器饱和液体核态沸腾（参见教材 P320~322） 2.大容器饱和沸腾的临界热通量（参见教材 P322~323） 3.大容器饱和液体膜态沸腾（参见教材P323）
7、 影响沸腾换热的因素
沸腾换热：温度高于沸点的壁面与液体之间的换热过程。
① 大容器 饱和沸腾 曲线
液体饱和，壁面温 度高于饱和温度。 液体具有自由表面
随着壁面过热度的增加，依次发生核 态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾。图中 核态沸腾和过渡沸腾交界处的热流密 度峰值叫做临界热流密度，亦称烧毁 点。一般通过控制热流密度或控制壁 面过热度避免越过该点，以达到设备 的安全经济运行。
0,t
ts
（求解过程可参见教材P304~306） 主要计算结果：
液膜厚度计算式： 4lgltsl2twx1/4
局部表面传热系数：
hx
l
4glts3ltl2wx1/4
即： x1/4
hx x1/4
（3）分析解：
① 竖壁层流分析解（膜层Re<1600）
hV
1 l
l
0 hxdx
4 3
hl
0.943lglts 3ltl2w
两滴完全相同的水珠分别落在120摄氏度和400摄氏度 的铁板上，哪一滴先汽化掉？ 答：落在120度的水珠先汽化。因为水珠在120度铁板 的沸腾属于核态沸腾，换热较强，而在400度铁板的沸 腾属于膜态沸腾，换热较弱。
② 汽化核心的分析 （汽泡的生成条件）
气泡内外压差=表面张力
R2 pv
pl 2R
④ 膜层雷诺数及其临界值
Re4hl(ts tw)
Rec 1600
4、影响膜状凝结的因素
① 不凝气体——在壁温下不能凝结的气体
来源：蒸汽带入；蒸汽分解；负压条件下系统漏入；
系统生成（液体与金属相容性）。
危害：含气体1％
h 60％
原因：蒸汽与液膜间的热阻
措施：断绝来源；系统中安装抽气器、空气分离器等。
珠状凝结——凝结液在壁面上凝聚成液珠。 条件：内聚力>附着力，不润湿表面。
h珠>>h膜(表面改性) 实验测量：1个大气压下， 水蒸气凝结，表面传热系数 珠状凝结：4104~105； 膜状凝结： 6103~104 W/(m2K)
3、 膜状凝结分析解及实验关联式
（1）努塞尔特假设： ① 纯净蒸汽层流液膜； ② 常物性； ③ 蒸汽是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力； ④ 液膜的惯性可以忽略； ⑤ 汽液界面上无温差； ⑥ 膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移
只有导热而无对流作用； ⑦ 液膜的过冷度可以忽略； ⑧ 相对于液体密度，蒸汽密度可忽略不计； ⑨ 液膜表面平整无波动。
（2）简化微分方程： 动量方程(重力与粘性力平衡) 能量方程(只有导热)
l
d 2u dy 2
l g
0
d 2t 0
dy 2
边界条件：
y=0 时，u=0，t=tw
y= 时，
du dy
（4）实验关联式： ① 层流水平管实验解与分析解同。
② 层流竖壁实验关联式
由于表面波动使换热增强，将分析解系数变为 0.9431.2=1.13即可。
③ 紊流实验关联式：
Nu Ga1/3
Re
58 Prs1/ 2 Prw Prs 1/ 4 Re3/ 4 253 9200
定性温度、特性尺度及各准则数定义参见教材P308
② 蒸汽流速、流向
流向与液膜流动方向相同拉薄液膜h
③ 过热蒸汽（表面传热系数下降，教材叙述不可取）
（冷却）非相变
（冷凝）相变
过热蒸汽
饱和干蒸汽
饱和液体
由于冷却过程表面传热系数远低于冷凝过程，所以过热蒸汽将使 换热器的换热能力大大下降，因此热用户应将过热蒸汽饱和化。 例如某纺织厂溴化锂制冷机组的过热蒸汽进行饱和化处理后，机 组制冷能力提高了20%。
④ 液膜过冷度及温度分布的非线性
凝结
导热
对流
蒸汽
液膜热侧
液膜冷侧
壁面
由于液膜的过冷，使得放热量增加了液膜所释放的显热。
⑤ 管子排数（飞溅作用使得多层h>单层h）
⑥ 对于管内冷凝，蒸汽流速和凝液堆积影响换热效果。
⑦ 凝结表面的几何形状（减薄液膜、及时排除凝结液）
5、 沸腾换热现象
沸腾：液体表面和内部同时发生气化的现象。（开水不响）
1/
4
② 水平圆管的层流膜状凝结分析解：
hH
0.729l
g3l l2
d ts tw
1/
4
对比分析可见，当l/d=50时，横管的平均表面传热 系数是竖管的两倍。(横管强化传热)
③ 球表面的层流膜状凝结分析解：
hS
0.826l
g3l l2
d ts tw
1/
4
定性温度：膜层平均温度 ts tw / 2
① 不凝结气体（强化沸腾）
② 过冷度（沸腾初期，流体的主要部分低于饱和 温度，强化了自然对流，换热有所增强）
③ 液位高度（低于临界液位时，表面传热系数明 显升高）
④ 重力加速度（对核态沸腾无影响，但对自然对 流影响较大）
⑤ 沸腾表面的结构（加工汽化核心）
精品课件！
精品课件！
8、 热管简介
① 工作原理（有效利用相变换热） ② 型式（重力式、分离式） ③ 种类（低温、常温、中温、高温） ④ 热管各环节热阻 ⑤ 热管的特点与应用（均温、定向、强化传热）
1、相变换热与非相变换热的对比：
换热形式：
单相
相变
交换热量：
（显热mct）（潜热m）
相对单位质量热容量： 1
~100介质流量m
相对表面传热系数： 1
~10 A
2、 凝结换热现象
蒸汽 tts
液体——凝结
蒸汽 twts 壁面上凝结——凝结换热
膜状凝结——凝结液在壁面上铺展成膜。 条件：内聚力<附着力，润湿表面。
R
2
pv pl
随着壁温的升高，壁面过热度加大，汽化核心的半径 愈来愈小。
③ 管内沸腾——两相流
6、 沸腾换热计算式
1.大容器饱和液体核态沸腾（参见教材 P320~322） 2.大容器饱和沸腾的临界热通量（参见教材 P322~323） 3.大容器饱和液体膜态沸腾（参见教材P323）
7、 影响沸腾换热的因素
沸腾换热：温度高于沸点的壁面与液体之间的换热过程。
① 大容器 饱和沸腾 曲线
液体饱和，壁面温 度高于饱和温度。 液体具有自由表面
随着壁面过热度的增加，依次发生核 态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾。图中 核态沸腾和过渡沸腾交界处的热流密 度峰值叫做临界热流密度，亦称烧毁 点。一般通过控制热流密度或控制壁 面过热度避免越过该点，以达到设备 的安全经济运行。
0,t
ts
（求解过程可参见教材P304~306） 主要计算结果：
液膜厚度计算式： 4lgltsl2twx1/4
局部表面传热系数：
hx
l
4glts3ltl2wx1/4
即： x1/4
hx x1/4
（3）分析解：
① 竖壁层流分析解（膜层Re<1600）
hV
1 l
l
0 hxdx
4 3
hl
0.943lglts 3ltl2w
两滴完全相同的水珠分别落在120摄氏度和400摄氏度 的铁板上，哪一滴先汽化掉？ 答：落在120度的水珠先汽化。因为水珠在120度铁板 的沸腾属于核态沸腾，换热较强，而在400度铁板的沸 腾属于膜态沸腾，换热较弱。
② 汽化核心的分析 （汽泡的生成条件）
气泡内外压差=表面张力
R2 pv
pl 2R
④ 膜层雷诺数及其临界值
Re4hl(ts tw)
Rec 1600
4、影响膜状凝结的因素
① 不凝气体——在壁温下不能凝结的气体
来源：蒸汽带入；蒸汽分解；负压条件下系统漏入；
系统生成（液体与金属相容性）。
危害：含气体1％
h 60％
原因：蒸汽与液膜间的热阻
措施：断绝来源；系统中安装抽气器、空气分离器等。
珠状凝结——凝结液在壁面上凝聚成液珠。 条件：内聚力>附着力，不润湿表面。
h珠>>h膜(表面改性) 实验测量：1个大气压下， 水蒸气凝结，表面传热系数 珠状凝结：4104~105； 膜状凝结： 6103~104 W/(m2K)
3、 膜状凝结分析解及实验关联式
（1）努塞尔特假设： ① 纯净蒸汽层流液膜； ② 常物性； ③ 蒸汽是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力； ④ 液膜的惯性可以忽略； ⑤ 汽液界面上无温差； ⑥ 膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移
只有导热而无对流作用； ⑦ 液膜的过冷度可以忽略； ⑧ 相对于液体密度，蒸汽密度可忽略不计； ⑨ 液膜表面平整无波动。
（2）简化微分方程： 动量方程(重力与粘性力平衡) 能量方程(只有导热)
l
d 2u dy 2
l g
0
d 2t 0
dy 2
边界条件：
y=0 时，u=0，t=tw
y= 时，
du dy
（4）实验关联式： ① 层流水平管实验解与分析解同。
② 层流竖壁实验关联式
由于表面波动使换热增强，将分析解系数变为 0.9431.2=1.13即可。
③ 紊流实验关联式：
Nu Ga1/3
Re
58 Prs1/ 2 Prw Prs 1/ 4 Re3/ 4 253 9200
定性温度、特性尺度及各准则数定义参见教材P308
② 蒸汽流速、流向
流向与液膜流动方向相同拉薄液膜h
③ 过热蒸汽（表面传热系数下降，教材叙述不可取）
（冷却）非相变
（冷凝）相变
过热蒸汽
饱和干蒸汽
饱和液体
由于冷却过程表面传热系数远低于冷凝过程，所以过热蒸汽将使 换热器的换热能力大大下降，因此热用户应将过热蒸汽饱和化。 例如某纺织厂溴化锂制冷机组的过热蒸汽进行饱和化处理后，机 组制冷能力提高了20%。
④ 液膜过冷度及温度分布的非线性
凝结
导热
对流
蒸汽
液膜热侧
液膜冷侧
壁面
由于液膜的过冷，使得放热量增加了液膜所释放的显热。
⑤ 管子排数（飞溅作用使得多层h>单层h）
⑥ 对于管内冷凝，蒸汽流速和凝液堆积影响换热效果。
⑦ 凝结表面的几何形状（减薄液膜、及时排除凝结液）
5、 沸腾换热现象
沸腾：液体表面和内部同时发生气化的现象。（开水不响）
1/
4
② 水平圆管的层流膜状凝结分析解：
hH
0.729l
g3l l2
d ts tw
1/
4
对比分析可见，当l/d=50时，横管的平均表面传热 系数是竖管的两倍。(横管强化传热)
③ 球表面的层流膜状凝结分析解：
hS
0.826l
g3l l2
d ts tw
1/
4
定性温度：膜层平均温度 ts tw / 2
① 不凝结气体（强化沸腾）
② 过冷度（沸腾初期，流体的主要部分低于饱和 温度，强化了自然对流，换热有所增强）
③ 液位高度（低于临界液位时，表面传热系数明 显升高）
④ 重力加速度（对核态沸腾无影响，但对自然对 流影响较大）
⑤ 沸腾表面的结构（加工汽化核心）
精品课件！
精品课件！
8、 热管简介
① 工作原理（有效利用相变换热） ② 型式（重力式、分离式） ③ 种类（低温、常温、中温、高温） ④ 热管各环节热阻 ⑤ 热管的特点与应用（均温、定向、强化传热）