西安交通大学传热学课件7
合集下载
传热学(全套课件666P) ppt课件
1A 1 (T 1 4T 2 4) （ 1-9 ）
§1-3 传热过程和传热系数
一、传热过程 1 、概念
热量由壁面一侧的流体通过壁面传到 另一侧流体中去的过程称传热过程。
2 、传热过程的组成 传热过程一般包括串联着的三个环节组成， 即：
① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。 若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。
二、对流
1 、基本概念
1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使 流体各部分之间发生相对位移，冷热流体 相互掺混所引起的热量传递过程。 对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的 热量传递过程，称为对流换热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分：有
第一章
绪
论
§1-0 概 述
一、基本概念
❖ 1 、传热学 ❖ 传热学是研究热量传递规律的学科。 ❖ 1)物体内只要存在温差，就有热量从物
体的高温部分传向低温部分； ❖ 2)物物体。
2 、热量传递过程 根据物体温度与时间的关系，热量传递过程 可分为两类：
t f1 tw1
Ah 1
tw1 tw2 A /
t w 2 t f 2 Ah 2
（d） （e） （f）
三式相加，整理可得:
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
也可以表示成:
（1-10）
A(tkf1tf2)A k t （1-11）
式中， k称为传热系数，单位为
。
W/ m2K
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏 观表象。
⑥ 物体的辐射能力与其温度性质有关。这 是热辐射区别于导热，对流的基本特点。
§1-3 传热过程和传热系数
一、传热过程 1 、概念
热量由壁面一侧的流体通过壁面传到 另一侧流体中去的过程称传热过程。
2 、传热过程的组成 传热过程一般包括串联着的三个环节组成， 即：
① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。 若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。
二、对流
1 、基本概念
1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使 流体各部分之间发生相对位移，冷热流体 相互掺混所引起的热量传递过程。 对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的 热量传递过程，称为对流换热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分：有
第一章
绪
论
§1-0 概 述
一、基本概念
❖ 1 、传热学 ❖ 传热学是研究热量传递规律的学科。 ❖ 1)物体内只要存在温差，就有热量从物
体的高温部分传向低温部分； ❖ 2)物物体。
2 、热量传递过程 根据物体温度与时间的关系，热量传递过程 可分为两类：
t f1 tw1
Ah 1
tw1 tw2 A /
t w 2 t f 2 Ah 2
（d） （e） （f）
三式相加，整理可得:
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
也可以表示成:
（1-10）
A(tkf1tf2)A k t （1-11）
式中， k称为传热系数，单位为
。
W/ m2K
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏 观表象。
⑥ 物体的辐射能力与其温度性质有关。这 是热辐射区别于导热，对流的基本特点。
西安交通大学传热学课件
（3）主要热阻
（4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结
9/76
传热学 Heat Transfer
四、膜状凝结传热的应用
1、蒸汽压缩制冷循环 2、电厂的凝汽器 3、电子元器件冷却
10/76
传热学 Heat Transfer 11/76
传热学 Heat Transfer
§7-2 层流膜状凝结传热
凝结传热是一个非常复杂的现象
§7-1 凝结传热的模式
一、凝结的定义
蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成 液体的过程。
二、两种存在形态
浸润性液体；非浸润性液体。
5/76
传热学 Heat Transfer
三、凝结传热的两种模式
tw ts
1、膜状凝结(film condensation)
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在
g
重力的作用下流动。
传热学 Heat Transfer 38/76
传热学 Heat Transfer
§7-4 沸腾传热简介
一、液体汽化的两种方式
1、蒸发（evaporation） 2、沸腾（boiling） （1）定义
工质内部形成大量气泡并由液态转 换到气态的一种剧烈的汽化过程
39/76
（2）分类
传热学 Heat Transfer
一、不凝结气体
增加了传递过程的阻力 减小了凝结的驱动力 二、蒸气流速 使液膜变厚 使液膜变薄
31/76
三、过热蒸汽
传热学 Heat Transfer
四、液膜过冷度及温度分布的非线性
五、管子排数 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管
六、管内冷凝
32/76
传热学 Heat Transfer
（4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结
9/76
传热学 Heat Transfer
四、膜状凝结传热的应用
1、蒸汽压缩制冷循环 2、电厂的凝汽器 3、电子元器件冷却
10/76
传热学 Heat Transfer 11/76
传热学 Heat Transfer
§7-2 层流膜状凝结传热
凝结传热是一个非常复杂的现象
§7-1 凝结传热的模式
一、凝结的定义
蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成 液体的过程。
二、两种存在形态
浸润性液体；非浸润性液体。
5/76
传热学 Heat Transfer
三、凝结传热的两种模式
tw ts
1、膜状凝结(film condensation)
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在
g
重力的作用下流动。
传热学 Heat Transfer 38/76
传热学 Heat Transfer
§7-4 沸腾传热简介
一、液体汽化的两种方式
1、蒸发（evaporation） 2、沸腾（boiling） （1）定义
工质内部形成大量气泡并由液态转 换到气态的一种剧烈的汽化过程
39/76
（2）分类
传热学 Heat Transfer
一、不凝结气体
增加了传递过程的阻力 减小了凝结的驱动力 二、蒸气流速 使液膜变厚 使液膜变薄
31/76
三、过热蒸汽
传热学 Heat Transfer
四、液膜过冷度及温度分布的非线性
五、管子排数 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管
六、管内冷凝
32/76
传热学 Heat Transfer
传热学-第七章newppt课件
（2）特点：凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即可传到冷却壁面上。 当凝结液不能润湿壁面时，凝结液在壁面许多点上以—颗颗小液珠的形式依
附于壁面，在重力的作用下，液珠滚下并与相通的液珠汇合成较大的液滴， 在向下滚动的同时．扫清了沿途的液珠，让出无液珠的壁面供继续凝结．凝 结过程主要是直接在冷壁面上进行的，没有凝结液膜引起的附加热阻，因此 有较高的换热强度。实验表明珠状凝结的换热系数比膜状凝结要高5—10倍 以上。 虽然如此，但到目前为止．在工业冷凝器中还没能创造出持久地保持珠状凝 结的工作条件。珠状凝结的机理及保证产生珠状凝结的条件正在广泛地研究 中。 如果冷凝壁面水平放置，壁面迟早会被冷凝液覆盖；如果冷凝壁面是竖直安 放，液珠会逐步变大而沿着壁面向下滚动，使得冷凝壁面始终能与蒸汽直接 接触，保持良好的热交换性能。 在其它条件相同时，珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。
量外，层流底层之外以紊流传递为主，换热大为增强
竖壁紊流膜段的平均表面传热系数
C o875 508 PR r0.5c(eR0 c.7e525)3
对竖壁的紊流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数
计算式为：
hhl
xc l
ht
1
xc l
式中：hl 为层流段的传热系数； ht 为湍流段的传热系数；
xc 为层流转变为湍流时转折点的高度
u v 0 x y
Thermal boundary
x
layers
u(y)
（ l u u xv u y)lg p xl y2u 2
Velocity boundary
layers
ut vt x y
al
2t y2
下脚标 l 表示液相
完整版PPT课件
附于壁面，在重力的作用下，液珠滚下并与相通的液珠汇合成较大的液滴， 在向下滚动的同时．扫清了沿途的液珠，让出无液珠的壁面供继续凝结．凝 结过程主要是直接在冷壁面上进行的，没有凝结液膜引起的附加热阻，因此 有较高的换热强度。实验表明珠状凝结的换热系数比膜状凝结要高5—10倍 以上。 虽然如此，但到目前为止．在工业冷凝器中还没能创造出持久地保持珠状凝 结的工作条件。珠状凝结的机理及保证产生珠状凝结的条件正在广泛地研究 中。 如果冷凝壁面水平放置，壁面迟早会被冷凝液覆盖；如果冷凝壁面是竖直安 放，液珠会逐步变大而沿着壁面向下滚动，使得冷凝壁面始终能与蒸汽直接 接触，保持良好的热交换性能。 在其它条件相同时，珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。
量外，层流底层之外以紊流传递为主，换热大为增强
竖壁紊流膜段的平均表面传热系数
C o875 508 PR r0.5c(eR0 c.7e525)3
对竖壁的紊流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数
计算式为：
hhl
xc l
ht
1
xc l
式中：hl 为层流段的传热系数； ht 为湍流段的传热系数；
xc 为层流转变为湍流时转折点的高度
u v 0 x y
Thermal boundary
x
layers
u(y)
（ l u u xv u y)lg p xl y2u 2
Velocity boundary
layers
ut vt x y
al
2t y2
下脚标 l 表示液相
完整版PPT课件
西安交大热工基础课件
热流中心
21
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
• 应用举例—热线风速仪
d 4 5 m
l 1 2mm
I 2 a bu
1 2
热流中心
22
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
热流中心
13
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
例题4－14（P149）
热流中心
14
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
4. 外掠物体时的强制对流换热
① 纵掠等温平板
• 流动入口段：速度边界层厚度由零发展到汇 合于通道中心 • 换热入口段：热边界层厚度由零发展到汇合 于通道中心，换热强度由最高而逐渐减弱
• 充分发展段
热流中心
u 0 x
0 x
2
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
② 推荐关联式 Sieder-Tate • 形式
Re f Pr f Nu f 1.86 l d f w
13 0.14
• 三大特征量，同D-B，f表示取流体平均温度 为定性温度 • 适用范围：Re<2200 ηf /ηw =0.00449.75， Prf =0.4816700 • 截面上温差的修正已由ηf /ηw 考虑 • 关联式适用于均匀壁温
传热学课件课件
传热学课件引言传热学是研究热量传递规律的学科，是工程热力学和流体力学的重要分支。
在实际工程应用中，传热问题无处不在，如能源转换、化工生产、建筑环境等领域。
因此，掌握传热学的基本原理和方法，对于工程技术人员来说具有重要意义。
本文将简要介绍传热学的基本概念、原理和方法，并探讨其在工程实际中的应用。
一、传热学基本概念1.热量传递方式热量传递方式主要包括三种：导热、对流和辐射。
（1）导热：热量通过固体、液体或气体的分子碰撞传递，其传递速率与物体的导热系数、温度差和物体厚度有关。
（2）对流：热量通过流体的宏观运动传递，其传递速率与流体的流速、密度、比热容和温度差有关。
（3）辐射：热量以电磁波的形式传递，其传递速率与物体表面的温度、发射率和距离有关。
2.传热方程传热方程是描述热量传递规律的数学表达式，主要包括傅里叶定律、牛顿冷却公式和斯蒂芬-玻尔兹曼定律。
（1）傅里叶定律：描述导热过程中热量传递的规律，公式为Q=-kA(dT/dx)，其中Q表示热量传递速率，k表示导热系数，A表示传热面积，dT/dx表示温度梯度。
（2）牛顿冷却公式：描述对流过程中热量传递的规律，公式为Q=hA(TwTf)，其中Q表示热量传递速率，h表示对流换热系数，Tw 表示固体表面温度，Tf表示流体温度。
（3）斯蒂芬-玻尔兹曼定律：描述辐射过程中热量传递的规律，公式为Q=εσA(T^4T^4)，其中Q表示热量传递速率，ε表示发射率，σ表示斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T表示物体表面温度。
二、传热学原理和方法1.传热问题的分类传热问题可分为稳态传热和非稳态传热两大类。
（1）稳态传热：系统内各部分温度不随时间变化，热量传递速率恒定。
（2）非稳态传热：系统内各部分温度随时间变化，热量传递速率随时间变化。
2.传热分析方法（1）解析法：通过对传热方程的求解，得到温度分布和热量传递速率。
适用于简单几何形状和边界条件的问题。
（2）数值法：采用数值离散化方法求解传热方程，适用于复杂几何形状和边界条件的问题。
[政史地]西安交大热工基础课件
![[政史地]西安交大热工基础课件](https://img.taocdn.com/s3/m/9bbb270f53ea551810a6f524ccbff121dd36c5f7.png)
与传热方程式相对应，可以得到在该传热过程中传热系数 的计算式。
7
第七页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
k
1
1
1
h1 h2
h1 h2
tf1
tf2
说明:（1）h1和h2为复合换热表面传热系数 （2）两侧面积相等
8
kAtm
注意
36
第三十六页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
1 简化模型
以顺流情况为例
假设：
• 冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2、c1
是常数； • 传热系数是常数； • 换热器无散热损失； • 换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
d qm1c1 dt1 d qm2c2 dt 2
dt dt1 dt2
dt1
1 qm1c1
d
dt 2
1 qm2c2
d
dt
1 qmhch
1 qmccc
d
d
d k dA t
39
第三十九页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
dt d k dA t
dt kdA
t
tx dt k Ax dA
t t
0
ln
tx t
k Ax
40
第四十页，共61页。
西安交大热工基础课件
O
热与流体研究中心 36
热工基础
（2）压力 p 物理中压强，单位: Pa , N/m2 常用单位：
1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa
热与流体研究中心
37
热工基础
压力的测量
热与流体研究中心
热工基础
第二章热能转换的基本概 念和基本定律
热与流体研究中心
1
热工基础
本章基本要求
掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热 力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。 掌握状态参数的特征，基本状态参数p、v、 T 的定义和单位等。掌握热量和功量这些过 程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆 过程的热量、功量进行计算。 了解工程热力学分析问题的特点、方法和步 骤。
38
热工基础
绝对压力与相对压力
当 p > pb
当 p < pb
表压力 pg 真空度 pv pg
P Pg P b
p pb pv
p
pv
pb p
热与流体研究中心 39热工基础Fra bibliotek环境压力与大气压力
环境压力指压力表所处环境 注意：环境压力一般为大气压，但不一定。 大气压随时间、地点变化。 物理大气压 1atm=760mmHg 当h变化不大，ρ常数 1mmHg=ρgh=133.322Pa 当h变化大，ρ ρ(h)
热平衡状态：系统的温差消失的平衡状态 力平衡状态，化学势平衡状态
系统内部与外界之间平衡势差消失 系统平衡
平衡的本质：不存在不平衡势
热与流体研究中心 21
热工基础
平衡与稳定 稳定：参数不随时间变化
热与流体研究中心 36
热工基础
（2）压力 p 物理中压强，单位: Pa , N/m2 常用单位：
1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa
热与流体研究中心
37
热工基础
压力的测量
热与流体研究中心
热工基础
第二章热能转换的基本概 念和基本定律
热与流体研究中心
1
热工基础
本章基本要求
掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热 力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。 掌握状态参数的特征，基本状态参数p、v、 T 的定义和单位等。掌握热量和功量这些过 程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆 过程的热量、功量进行计算。 了解工程热力学分析问题的特点、方法和步 骤。
38
热工基础
绝对压力与相对压力
当 p > pb
当 p < pb
表压力 pg 真空度 pv pg
P Pg P b
p pb pv
p
pv
pb p
热与流体研究中心 39热工基础Fra bibliotek环境压力与大气压力
环境压力指压力表所处环境 注意：环境压力一般为大气压，但不一定。 大气压随时间、地点变化。 物理大气压 1atm=760mmHg 当h变化不大，ρ常数 1mmHg=ρgh=133.322Pa 当h变化大，ρ ρ(h)
热平衡状态：系统的温差消失的平衡状态 力平衡状态，化学势平衡状态
系统内部与外界之间平衡势差消失 系统平衡
平衡的本质：不存在不平衡势
热与流体研究中心 21
热工基础
平衡与稳定 稳定：参数不随时间变化
西安交通大学传热学课件
1、f＝C 2、电磁波谱
16/95
传热学 Heat Transfer
• 理论上覆盖整个电磁波谱； • 可见光0.380.76m
红外线0.7625100m • 一般工业范围内（2000K以下）：
0.76100m
0.7620m ?
• 对于太阳辐射（约5800K）：0.22m
17/95
传热学 Heat Transfer
日常生活(1)
人体散热
人体与墙壁间的热交换
太阳能利用
7/95
传热学 Heat Transfer
日常生活(2)
保温瓶的散热
窗帘对太阳能 的阻隔作用
说明：不要以为辐射只有在高温 时才重要，其实在常温甚 至低温下有时也很重要，
辐射换热的推动力是温差。
பைடு நூலகம்8/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(1)
27/95
2、Planck定律
传热学 Heat Transfer
Eb
c15
ec2 (T ) 1
式中： λ— 波长，m T — 黑体温度，K c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2 c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK
28/95
传热学 Heat Transfer 29/95
光—热转换
太阳能热水器
9/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(2)
太阳能灯
10/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(3)
太阳能光伏发电站
11/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(4)
德国新议会大厦
12/95
16/95
传热学 Heat Transfer
• 理论上覆盖整个电磁波谱； • 可见光0.380.76m
红外线0.7625100m • 一般工业范围内（2000K以下）：
0.76100m
0.7620m ?
• 对于太阳辐射（约5800K）：0.22m
17/95
传热学 Heat Transfer
日常生活(1)
人体散热
人体与墙壁间的热交换
太阳能利用
7/95
传热学 Heat Transfer
日常生活(2)
保温瓶的散热
窗帘对太阳能 的阻隔作用
说明：不要以为辐射只有在高温 时才重要，其实在常温甚 至低温下有时也很重要，
辐射换热的推动力是温差。
பைடு நூலகம்8/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(1)
27/95
2、Planck定律
传热学 Heat Transfer
Eb
c15
ec2 (T ) 1
式中： λ— 波长，m T — 黑体温度，K c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2 c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK
28/95
传热学 Heat Transfer 29/95
光—热转换
太阳能热水器
9/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(2)
太阳能灯
10/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(3)
太阳能光伏发电站
11/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(4)
德国新议会大厦
12/95
传热学七（ＰＤＦ）
穿透现象。根据能量守恒有
Q = Qα + Qρ + Qτ Qα + Qρ + Qτ = 1 Q QQ
α + ρ + τ = 1
α－吸收率，－ρ 反射率，－τ穿透率（透射率）
在一般情况下，对于固体和液体(强吸收性介质)而言τ很小 可以忽略不计， ρ+α=1
原因：因分子间排列非常紧密，当热辐射能投射到固体表 表面时，马上被相邻的分子所吸收
[例]：教材P244例7-1 解：……由此例可见，黑体或实际物体当T升高时λm减小， 可见光及可见光中短波增加。
3.斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律
∫ = Eb
∞
= 0 Ebλ d λ
σbT 4
σ b = 5.67 ×10−8 斯蒂芬－波尔兹曼常数，W (m2 ⋅ K4 )
∆Eb
=λ2 λ1
Ebλ
dλ
定义：
F = b(λ1 −λ2 )
∆= Eb Eb
∫ λ2 λ1
Ebλ d λ
=
∞
∫0 Ebλ d λ
∫ 1
σT 4
λ E d λ2
λ1
bλ
(∫ ∫ ) =1 σT 4
λ λ λ2
0
Ebλ d
−
λ1 0
Ebλ
d
= F − F b(0−λ2 )
b(0−λ1 )
Fb(0-λ)为能量份额，意即波长从0至λ的黑体辐射占同温度下黑 体辐射力的百分数。而且：
L(θ ) = dφ (θ ) dA cosθ d Ω
n θ dΩ
dAcosθ dA
3). Lambert定律 表述为：黑体的定向辐射强度与方向无关。 即：
Q = Qα + Qρ + Qτ Qα + Qρ + Qτ = 1 Q QQ
α + ρ + τ = 1
α－吸收率，－ρ 反射率，－τ穿透率（透射率）
在一般情况下，对于固体和液体(强吸收性介质)而言τ很小 可以忽略不计， ρ+α=1
原因：因分子间排列非常紧密，当热辐射能投射到固体表 表面时，马上被相邻的分子所吸收
[例]：教材P244例7-1 解：……由此例可见，黑体或实际物体当T升高时λm减小， 可见光及可见光中短波增加。
3.斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律
∫ = Eb
∞
= 0 Ebλ d λ
σbT 4
σ b = 5.67 ×10−8 斯蒂芬－波尔兹曼常数，W (m2 ⋅ K4 )
∆Eb
=λ2 λ1
Ebλ
dλ
定义：
F = b(λ1 −λ2 )
∆= Eb Eb
∫ λ2 λ1
Ebλ d λ
=
∞
∫0 Ebλ d λ
∫ 1
σT 4
λ E d λ2
λ1
bλ
(∫ ∫ ) =1 σT 4
λ λ λ2
0
Ebλ d
−
λ1 0
Ebλ
d
= F − F b(0−λ2 )
b(0−λ1 )
Fb(0-λ)为能量份额，意即波长从0至λ的黑体辐射占同温度下黑 体辐射力的百分数。而且：
L(θ ) = dφ (θ ) dA cosθ d Ω
n θ dΩ
dAcosθ dA
3). Lambert定律 表述为：黑体的定向辐射强度与方向无关。 即：
西安交大热工基础课件
热与流体研究中心
14
热工基础
导热、对流和辐射综合表现
房间散热
h1, tf1
h2, tf2
研究传热过程的基本目的： 传热量和温度分布
热与流体研究中心 15
热工基础
第二节 导热的基本定律及稳态导热
1. 导热的基本定律
（1）温度场和温度梯度
定义： 物体中各点温度值所组成的集合
z
y
x
热与流体研究中心
16
0 1 bt
热与流体研究中心
34
热工基础
（三）通过等截面直肋的导热
肋片：指依附于基础表面上的扩展表面。
热与流体研究中心
35
热工基础
特点：前面分析中例题在导热热流量传递路径 上处处相等，工程实际中还会遇到热流量处处变化 的稳态导热情况，肋片的导热既是如此。
热与流体研究中心
36
热工基础
1.定义：温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直 接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动 而进行的热量传递现象。
导热特点:
1) 依靠微观粒子的无规则热运动 2) 物体之间不发生宏观相对位移
热与流体研究中心 3
热工基础
基本公式：
t w1
t w2
A
t A
t q A
qdx dt 0 t w1 q t t w1 x
q t w1 t w2
x
t w2
t
t
r
Φ qA
t
A
t R
热与流体研究中心
26
热工基础
热阻的概念
t1 t2
西安交通大学热传学课件：TGH-HT-chap1-1
Φ kA(t f 1 - tf2 )
Φ
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
k
1
1
1
h1 h2
传热学 Heat Transfer 四. 热阻的概念
1.定义
I
R
U
t1
t2
Φ
I U R
通过平壁导热的热阻
R A
Φ
t
A
t1
t2
A
传热学 Heat Transfer
Φ
A(t f 1 t f 2 )
传热学 Heat Transfer
一. 传热过程定义 热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体
中的过程称为传热过程。
二. 传热方程式
Φ kA(tf1-tf2 )
h1, tf1
k —传热系数，表示整个传
h2, tf2
热过程的强弱，单位是
W (m2 K)
传热学 Heat Transfer
三. 通过平壁传热过程的分析 1.分析：该传热过程包含着的三个串连环节：(1)高 温流体侧的对流换热；(2)通过壁面的导热；(3)低 温流体侧的对流换热。
AT 4 W m2
物体的温度越高、辐射能力越强
发射率相关(emissivity≤1)：物体的种类、表 面状况、温度
传热学 Heat Transfer ④一个辐射换热计算的特例
物体表面间辐射换热的计算涉及到物体表面的辐 射能力、吸收能力、表面间的几何关系等多方面的 因素，因此，不同情况下，其计算公式不一样。
Φ A dt
dx
t t1
t2
0δ
x
传热学 Heat Transfer 二.对流 1.定义：流体各部分之间发生相对位移时，冷热流 体相互掺混所引起的热量传递过程。
西安交通大学热传学课件：传热学9-2
d qm1c1 dห้องสมุดไป่ตู้1
d qm2c2 dt 2
《传热学》讲义
14
《传热学》讲义
d qm1c1 dt1 d qm2c2 dt 2
dt1
1 qm1c1
d
dt 2
1 qm2c2
d
dt dt1 dt2
dt
1 qmhch
1 qmccc
d
d
d k dA t 15
《传热学》讲义
dt d k dA t
5
《传热学》讲义
壳管式换热器（1-2型）
6
《传热学》讲义
壳管式换热器（2-4型）
7
《传热学》讲义
壳式换热器（螺旋折流板）
8
《传热学》讲义
板式换热器
9
《传热学》讲义
螺旋板式换热器
10
《传热学》讲义
交叉流换热器
11
《传热学》讲义
二 简单顺流与逆流的平均温差计算
传热方程的一般形式
kAtm
dt kdA
t
tx dt k Ax dA
t t
0
ln
tx t
k Ax
16
《传热学》讲义
tx t e(kAx )
tm
1 A
A 0
t xdAx
tm
1 A
A 0
tekAx dAx
t ' A
1
k
e k Ax
A
0
t ' ekA 1
k A
17
tm
t '
k A
e k A
tm (tm )ctf
• (tm )ctf 是给定的冷热流体的进出口温度布
交大传热学课件-第7章2
C2 = 0.533 W 0.3 (m0.3 ⋅ N 0.15 ⋅ K )
第七章 相变对流传热
10
（2）罗森诺公式——多种液体
R
≥
Rmin
=
2σ Ts rρv (tw − ts )
既然沸腾换热也属于对流换热，那么，st = f ( Re, Pr )也应该 适用。罗森诺正是在这种思路下，通过大量实验得出了如下实 验关联式：
第七章 相变对流传热
2
§7-4 沸腾传热的模式
1 定义：
a 沸腾：? b 沸腾换热：?
2 分类：沸腾的分类很多，书中仅介绍了常见的大容器
沸腾(池内沸腾)和强制对流沸腾，每种又分为 过冷沸腾和饱和沸腾。 a 大容器沸腾(池内沸腾)：加热壁面沉浸在具有自由表面
的液体中所发生的沸腾；
第七章加相热变对表流面传热
hr
=
εσ (Tw4 − Ts4 )
Tw − Ts
§7.6 沸腾传热的影响因素及其强化
沸腾换热是我们目前学过的换热现象中最复杂的，影响因素也 最多的一种对流传热方式，由于我们只学习了大容器沸腾换热， 因此，影响因素也只针对大容器沸腾换热。
第七章 相变对流传热
14
1 不凝结气体 对膜状凝结换热的影响？
q = h(tw − ts ) = h∆t
但对于沸腾换热的h却有许多不同的计算公式
1 大容器饱和核态沸腾
影响核态沸腾的因素主要是过热度和汽化核心数，而汽化核心 数受表面材料、表面状况、压力等因素的支配，所以沸腾换热的 情况比较复杂，导致了各个计算公式分歧较大。目前存在两种计 算式，一种是针对某一种液体，另一种是广泛适用于各种液体的。
可见， (tw – ts ) ↑ , Rmin↓ ⇒ 同一加热面上，称为汽化核心 的凹穴数量增加 ⇒ 汽化核心数增加 ⇒ 换热增强
第七章 相变对流传热
10
（2）罗森诺公式——多种液体
R
≥
Rmin
=
2σ Ts rρv (tw − ts )
既然沸腾换热也属于对流换热，那么，st = f ( Re, Pr )也应该 适用。罗森诺正是在这种思路下，通过大量实验得出了如下实 验关联式：
第七章 相变对流传热
2
§7-4 沸腾传热的模式
1 定义：
a 沸腾：? b 沸腾换热：?
2 分类：沸腾的分类很多，书中仅介绍了常见的大容器
沸腾(池内沸腾)和强制对流沸腾，每种又分为 过冷沸腾和饱和沸腾。 a 大容器沸腾(池内沸腾)：加热壁面沉浸在具有自由表面
的液体中所发生的沸腾；
第七章加相热变对表流面传热
hr
=
εσ (Tw4 − Ts4 )
Tw − Ts
§7.6 沸腾传热的影响因素及其强化
沸腾换热是我们目前学过的换热现象中最复杂的，影响因素也 最多的一种对流传热方式，由于我们只学习了大容器沸腾换热， 因此，影响因素也只针对大容器沸腾换热。
第七章 相变对流传热
14
1 不凝结气体 对膜状凝结换热的影响？
q = h(tw − ts ) = h∆t
但对于沸腾换热的h却有许多不同的计算公式
1 大容器饱和核态沸腾
影响核态沸腾的因素主要是过热度和汽化核心数，而汽化核心 数受表面材料、表面状况、压力等因素的支配，所以沸腾换热的 情况比较复杂，导致了各个计算公式分歧较大。目前存在两种计 算式，一种是针对某一种液体，另一种是广泛适用于各种液体的。
可见， (tw – ts ) ↑ , Rmin↓ ⇒ 同一加热面上，称为汽化核心 的凹穴数量增加 ⇒ 汽化核心数增加 ⇒ 换热增强
西安交通大学传热学课件
2.流体流动状态（The flow regimes） 层流（Laminar flow） 湍流（Turbulent flow）
Re ud
12/73
传热学 Heat Transfer
粘性流体的流动存在着两 种不同的流型，即层流和 湍流。
雷诺实验：1883年由英国 物理学家Reynolds实验总 结发现。
传热学 Heat Transfer
对流传热
Convective Heat Transfer
1/73
主要内容
传热学 Heat Tra因素及分类
数学描写
边界层 相似原理
无量纲准则数
对流传热 实验关联式
实验关联式 2/73
传热学 Heat Transfer
第五章 对流传热的理论基础
2. 定解条件 ① 初始条件 给出=0时刻速度、压力、温度的分布 ② 边界条件 速度无滑移、温度一二类
34/73
传热学 Heat Transfer
三、求解的困难
1. 问题的非线性 2. 动量及能量方程耦合
u v 0 x y
u x
v 0 y
（ u
u
u x
14/73
传热学 Heat Transfer
4. 换热过程有无相变（phase change） Boiling, condensation
15/73
传热学 Heat Transfer
5.流体的热物性（thermophysical properties）
在电影泰坦尼 克号中Jack冻 死了，但Rose 没有，为什么？
cp
v
t y
t
v y
dxdy
U
Re ud
12/73
传热学 Heat Transfer
粘性流体的流动存在着两 种不同的流型，即层流和 湍流。
雷诺实验：1883年由英国 物理学家Reynolds实验总 结发现。
传热学 Heat Transfer
对流传热
Convective Heat Transfer
1/73
主要内容
传热学 Heat Tra因素及分类
数学描写
边界层 相似原理
无量纲准则数
对流传热 实验关联式
实验关联式 2/73
传热学 Heat Transfer
第五章 对流传热的理论基础
2. 定解条件 ① 初始条件 给出=0时刻速度、压力、温度的分布 ② 边界条件 速度无滑移、温度一二类
34/73
传热学 Heat Transfer
三、求解的困难
1. 问题的非线性 2. 动量及能量方程耦合
u v 0 x y
u x
v 0 y
（ u
u
u x
14/73
传热学 Heat Transfer
4. 换热过程有无相变（phase change） Boiling, condensation
15/73
传热学 Heat Transfer
5.流体的热物性（thermophysical properties）
在电影泰坦尼 克号中Jack冻 死了，但Rose 没有，为什么？
cp
v
t y
t
v y
dxdy
U
西安交通大学传热学课件
• 表面净辐射传热量
Φ
Eb J
1
A
•
两表面之间的辐射传热量
Φ1,2
J1
J2 1
A1 X1,2
41/92
传热学 Heat Transfer
2、建立等效网络图的步骤 • 每一个参与辐射传热的表面： 源电势（同温度下黑体辐射力）、 电阻（表面辐射热阻）、节点电势 （该表面的有效辐射）。
A1X1,2 Eb1 Eb2 A2 X 2,1 Eb1 Eb2
关键1
21/92
传热学 Heat Transfer
b
举例
2
c
1,2 A1X1,2 Eb1 Eb2
a
1 d
A1X1,2 T14 T24
X1,2 1 X1,1
X adc,ac
1 X1,2
1
1
2
1 X 2,1
定义系统黑度（或称为系统发射率）
s
1
X
1, 2
1
1
1 1
X
2,1
1
2
1
1,2 s A1 X1,2 (Eb1 Eb2 )
28/92
传热学 Heat Transfer
2、例9-3 • 高温管道间 • 有两种处理方法
3、例9-4
• 其实是一个三表面 系统
• 如果表面是黑体， 可以计算；如果不 是，要用下一节的 知识
33/92
传热学 Heat Transfer
§9-3 多表面系统的辐射传热
• 两表面系统：一个表面的净辐射传热量等于 其与另一个表面的传热量
• 多表面系统：一个表面的净辐射传热量等于 其与其它表面的传热量之和
交大传热学课件-第1章
《对流换热》V. S. 阿巴兹 《沸腾和凝结》施明恒等编著 《数值传热学》陶文铨编著 《辐射换热原理》余其铮编著 《传热学要点与解题》王秋旺等主编
2015/3/3
4
考 核 方 式
平时 50 19分
45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
1
教学实验 6分
2
Project 25分
dt
λ
Q
tw2
0
δx
tw1
Q
tw2
δ Aλ
图1-3 导热热阻的图示
§1-1 热量传递的三种基本方式
热传导 热对流 热辐射
定义 属性 特点
2015/3/3
17
(1) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
[ ] h — 表面传热系数 W (m2 ⋅ K)
影响h因素：流速、流体物性、 壁面形状大小等
t
表征材料导热能力的大小，是一种物性
dx
参数，与材料种类和温度有关。
tw1
dt
λ金属 > λ非金属固体 > λ液体 > λ气体
(3) 一维稳态导热及其导热热阻
如图右图所示，稳态+平板 ⇒ q = const， 0
于是积分Fourier定律有
tw1
λ
Q
tw2
δx
Q
tw2
∫ ∫ q δ dx = −λ tw2
0
tw1
dt
⇒
q = λ tw1 − tw2 δ
δ Aλ
以上结果在§2-3 节中会进一步说明。
1 导热（热传导）(续)
(4) 一维稳态导热及其导热热阻，
q
=
tw1 − tw2
2015/3/3
4
考 核 方 式
平时 50 19分
45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
1
教学实验 6分
2
Project 25分
dt
λ
Q
tw2
0
δx
tw1
Q
tw2
δ Aλ
图1-3 导热热阻的图示
§1-1 热量传递的三种基本方式
热传导 热对流 热辐射
定义 属性 特点
2015/3/3
17
(1) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
[ ] h — 表面传热系数 W (m2 ⋅ K)
影响h因素：流速、流体物性、 壁面形状大小等
t
表征材料导热能力的大小，是一种物性
dx
参数，与材料种类和温度有关。
tw1
dt
λ金属 > λ非金属固体 > λ液体 > λ气体
(3) 一维稳态导热及其导热热阻
如图右图所示，稳态+平板 ⇒ q = const， 0
于是积分Fourier定律有
tw1
λ
Q
tw2
δx
Q
tw2
∫ ∫ q δ dx = −λ tw2
0
tw1
dt
⇒
q = λ tw1 − tw2 δ
δ Aλ
以上结果在§2-3 节中会进一步说明。
1 导热（热传导）(续)
(4) 一维稳态导热及其导热热阻，
q
=
tw1 − tw2
- 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)。
2、求解结果 （1） 速度、温度分布
u l g y 1 y2 l 2
t
tw
ts
tw
y
？
17/76
传热学 Heat Transfer
（2） 液膜厚度
质量守恒
qm
0
l
u dy 1
l 2 g 3l
3
dqm
l 2 g l
2
d
能量守恒
rdqm
l
ts
tw
dx 1
1/4
4l
l (
g
ts
传热学 Heat Transfer
2、层流向湍流的转捩
（1） Rec 1600
（2）表面传热系数的计算
h hl
xc l
ht
1
xc l
式（7－12）
注意关联式的定性温度
（3）水平管一般为层流
无波动层流
Re 20
有波动层流
Rec 1600
湍流
27/76
四、例题
传热学 Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
第七章 相变对流传热
Phase Change Heat Transfer Gas-liquid
1/76
传热学 Heat Transfer
工程应用背景
锅炉炉膛中的水冷壁 热电厂冷凝器 空调、冰箱中的冷凝器和蒸发器 蒸汽发生器
相变传热的特点
有潜热释放 影响因素太多
热点 难点
)
dp dx
l g
l
2u y 2
u
t x
v
t y
al
2t y 2
14/76
传热学 Heat Transfer
考虑（3）液膜的惯性力忽略
l
(u
u x
v
u y
)
0
考虑（7）忽略蒸汽密度
？ dp
dx
0
考虑（5） 膜内温度线性分布，即 热量传递方式只有导热
u
t x
v
t y
0
15/76
传热学 Heat Transfer
（3）主要热阻
（4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结
9/76
传热学 Heat Transfer
四、膜状凝结传热的应用
1、蒸汽压缩制冷循环 2、电厂的凝汽器 3、电子元器件冷却
10/76
传热学 Heat Transfer 11/76
传热学 Heat Transfer
§7-2 层流膜状凝结传热
凝结传热是一个非常复杂的现象
de 为该截面处液膜 层的当量直径。
无波动层流
Re 20
有波动层流
Rec 1600
湍流
25/76
传热学 Heat Transfer
de 4Ac / P 4b / b 4
Re 4lum 4qm
l
l
由热量守恒：
rqm hm ts tw l
Re 4hmlts tw
l r
26/76
u
x
v y
0
l (u
u x
v
u y
)
dp dx
l g
l
2u y 2
u
↘
t x
t y
al
2t y 2
g ddyu 0 l
2
l
2
边界条件：
y 0时， u 0,
t tw
al
d 2t dy 2
0
y 时， du 0,
dy
t ts
16/76
传热学 Heat Transfer
2/76
主要内容
传热学 Heat Transfer
凝结传热
凝结传热的模式
层流膜状凝结分析解
实验关联式
影响因素及强化
沸腾传热
沸腾传热的模式
大容器饱和沸腾
影响因素及强化
热管
3/76
传热学 Heat Transfer
§7-13 凝结传热 Condensation heat transfer
4/76
传热学 Heat Transfer
1、思路
层流核算Re
14
d
l 50 d
hH 2.0 hV
23/76
传热学 Heat Transfer
2、实验验证 （1）水平单管
（2）竖表面
h
1.13lglrts l2t3lw
1
4
24/76
传热学 Heat Transfer
三、湍流膜状凝结
1、液膜的流态
Re lumde l
um 为 x = l 处液膜 的平均流速；
1、对实际问题的简化
（1）常物性
（2）饱和蒸汽总体静止
忽略相界面粘性力
（3）液膜流动缓慢
（4）汽液界面上无温差
（5）膜内温度线性分布
（6）液膜的过冷度忽略
（7）忽略蒸汽密度
（8）液膜表面光滑平整无波动
13/76
传热学 Heat Transfer
边界层微分方程组：
u
x
v y
0
l (u
u x
v
u y
tw ts
g
2、珠状凝结(dropwise condensation) 当凝结液体不能很好地浸润壁面时， 则在壁面上形成许多小液珠。
6/76
传热学 Heat Transfer 7/76
传热学 Heat Transfer 8/76
传热学 Heat Transfer
3、说明 （1）h珠>h膜
（2）珠状凝结很难保持，工程中遇到的凝 结传热大多属于膜状凝结
1
0.943
lgl rtsl2tl3w
4
定性温度：
tm
ts
tw 2
注意：r 按 ts 确定
20/76
传热学 Heat Transfer
3、几点说明 （1） 倾斜平板
（2） 水平圆管外
努塞尔的理论分析可推 广到水平圆管外的层流 膜状凝结
hH
0.729
l
gr d(
l2l3
ts tw
1/4
)
21/76
蒸汽流速 蒸汽过热度 不凝结气体 几何因素
热物性 工质与固体壁面 液膜过冷度
Nusselt于1916年成功地用理论分 析法求解了层流膜状凝结问题
物理问题：饱和蒸汽在冷壁面凝结，形成液膜， 蒸汽凝结将热量传给冷壁面，求传热系数。
12/76
传热学 Heat Transfer
一、Nusselt的分析解
传热学 Heat Transfer
（3）假设8似乎没用到？
（4）定性温度
tm
ts
tw 2
注意：r 按 ts 确定
22/76
传热学 Heat Transfer
二、垂直管与水平管的比较和实验验证
1、比较
水平管与垂直管的对流换热系数之比：
hH
0.729
l
1 4
hV 0.943 d
0.77
l
l2 r
tw
)x
18/76
传热学 Heat Transfer
（3） 局部对流传热系数
hx
dx
1ts
tw
l
dx
1
ts
tw
hx
l
hx
gr l2l3 4l ( ts tw
1/4
)x
19/76
传热学 Heat Transfer
（4）整个竖壁的平均表面传热系数
h 1
l
l 0
hxdx
4 3hxl
§7-1 凝结传热的模式
一、凝结的定义
蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成 液体的过程。
二、两种存在形态
浸润性液体；非浸润性液体。
5/76
传热学 Heat Transfer
三、凝结传热的两种模式
tw ts
1、膜状凝结(film condensation)
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在
g
重力的作用下流动。