第八章 第三节传热学讲稿.ppt
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。
《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
传热学完整课件PPT课件
原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）
的作用。
说明：只研究导热现象的可宏编观辑课规件 律。
18
2 、导热的基本规律
❖ 1 ）傅立叶定律 ❖ （ 1822 年，法国物理学家）
如图 1-1 所示的两个表面分别维持均匀
恒定温度的平板，是个一维导热问题。对于
x方向上任意一个厚度为的微元层来说，根
据傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热
可编辑课件
8
b 微电子： 电子芯片冷却
c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组 织与器官的冷冻保存
d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮 存
e 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵； 高温水源热泵
f 新能源：太阳能；燃料电池
可编辑课件
9
三、传热学的特点、研究对象及研究方法
1、特点
❖ 1 ）理论性、应用性强
机、工况改变时的传热过程则属 非稳态传热
过程。
可编辑课件
4
二、讲授传热学的重要性及必要性
1 、传热学是热工系列课程教学的主要内容 之一，是建环专业必修的专业基础课。是 否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到 后续专业课的学习效果。
2 、传热学在生产技术领域中的应用十分广 泛。如：
(1) 日常生活中的例子：
❖ 3 、研究方法
❖ 研究的是由微观粒子热运动所决定的
宏观物理现象，而且主要用经验的方法寻
求热量传递的规律，认为研究对象是个连
续体，即各点的温度、密度、速度是坐标
的连续函数，即将微观粒子的微观物理过
程作为宏观现象处理。
可编辑课件
13
由前可知，热力学的研究方法仍是如此，但 是热力学虽然能确定传热量（稳定流能量方 程），但不能确定物体内温度分布。
(完整PPT)传热学
温度
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高 ，导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
01 传热学基本概念 与原理
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高 ，导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
01 传热学基本概念 与原理
传热学课件PPT演讲
对流换热：工程上 的对流换热是指液 体与固体壁面之间 的热交换。
对流换热是导热和 对流综合作用的结 果。
任何温度高于0K的物体，每时每刻都在以热 辐射的方式接收和辐射着热量。 热辐射仅与温度有关。 热辐射与导热、对流换热有着本质的区别， 它的传递不需要任何中间介质，无论相隔多 远都能发生，且在真空中传递效率最高。
导热是在温度梯度作用下，依靠分子、原子、 自由电子等微观粒子的热运动进行能量传递 的过程。 导热与物理内的温度场有密切的关系。
注意
：
这个属 于违章 用电器
导热系数是指在稳定传热条件下， 1m厚的材料，两侧表面的温差为 1度（K,°C）,在1秒内，通过1 平方米面积传递的热量，用λ表 示，单位为瓦/米· 度（W/m· K,此 处的K可用℃代替）。
热传导是指在不涉及物质转移的 情况下，热量从物体中温度较高的部 位传递给相邻的温度较低的部位，或 从高温物体传递给相接触的低温物体 的过程，简称导热。
热对流是指不同温度的流体各部分由
相对运动引起的热量交换。
热辐射是指物体因自身具有温度而辐射出能 量的现象。
传热学在身边并不少见，在日常的生活中许 多东西正是由于应用了传热学的知识，而被 人们所利用。 传热的方式分为导热，对流换热，辐射换热。 大多数的换热都不是单一的。
热辐射是由于物体内 部微观粒子的热运动 状态改变而将部分内 能转换成电磁波的能 量发射出去的过程。
传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射 三种。
实际传热过程一般都不是单一的传热方式， 如火焰对炉壁的传热，就是辐射、对流和传 导的综合。
热传递现象无时无处不在，它的影响几乎遍 及现代所有的工业部门，很难发现一个行业、 部门或者工业过程和传热完全没有任何关系。 例如：能源动力、冶金、化工、交通、建筑 建材、机械以及食品、轻工、纺织、医药、 航空航天、核能、微电子、材料、生物医学 工程、环境工程、新能源以及农业工程等。
工程热力学与传热学(英文) 第8章 热量传递的基本方式
Whenever there is a temperature difference in a medium or between media, heat transfer must occur.
Basic Modes of Heat Transfer（热量传递的基本方式） Conduction（热传导） Convection（热对流） Radiation（热辐射）
Condensation of water vapor on the outer surface of a cold water pipe
8-3 Radiation（热辐射）
8-3-1 Some definitions（热辐射的有关概念）
1. 辐射：是指物体受某种因素的激发而向外发射
辐射能的现象。
（水桶内灼热钢棒的冷却过程）
Thermodynamics
• To predict the final equilibrium temperature of the steel bar-
water combination.（钢棒和水这一体系最终的平衡温度）
• To predict the energy transferred during the process.
8-2 Convection Heat Transfer（热对流）
8-2-1 热对流和对流换热
1. Convection（对流） 是指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现象。
2. Convection heat transfer（对流换热）
流体流过另一个物体表面时， 流动方向 u∞
t
A
d
t
t A
w1
t
w2
Basic Modes of Heat Transfer（热量传递的基本方式） Conduction（热传导） Convection（热对流） Radiation（热辐射）
Condensation of water vapor on the outer surface of a cold water pipe
8-3 Radiation（热辐射）
8-3-1 Some definitions（热辐射的有关概念）
1. 辐射：是指物体受某种因素的激发而向外发射
辐射能的现象。
（水桶内灼热钢棒的冷却过程）
Thermodynamics
• To predict the final equilibrium temperature of the steel bar-
water combination.（钢棒和水这一体系最终的平衡温度）
• To predict the energy transferred during the process.
8-2 Convection Heat Transfer（热对流）
8-2-1 热对流和对流换热
1. Convection（对流） 是指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现象。
2. Convection heat transfer（对流换热）
流体流过另一个物体表面时， 流动方向 u∞
t
A
d
t
t A
w1
t
w2
传热学第三讲优秀课件
传热学第三讲
§2 导热微分方程
导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热
=导出微元体的总热流量+微元体热力学能（即内能）的增量
一、直角坐标系导热微分方程的形式
1.导入微元体的总热流量
x
t x
dydz
y
t y
dxdz
z
t z
dxdz
2.导出微元体的总热流量
xdx
x
x
dx
x
x
t x
dydz dx
、 及c 各为微元体的密度、时间及比热容
c t
x
t x
y
t y
z
t z
•
三维直角坐标系非稳态有内热源的导热微分方程
※ 为常数时
•
t
a
2t x 2
2t y 2
2t z 2
c
热扩散率（导温系数） ，m2 / s c
※ 为常数且无内热源时 ※ 为常数且稳态时
t
a
2 x
t
2
2t y 2
2t z 2
•
2t x2
2t y 2
2t z 2
0
※ 为常数、无内热源、稳态时 2t 2t 2t 0
x2 y 2 z 2
二、圆柱坐标系导热微分方程的形式
x r cos; y r sin ; z z
圆柱坐标系
（r, , z）
qr
t r
q
1 r
t
qz
t z
c t
1 r
r
r
t r
2
t
•
四、定解条件
1.初始条件 0时 t f (x, y, z) 2.边界条件
§2 导热微分方程
导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热
=导出微元体的总热流量+微元体热力学能（即内能）的增量
一、直角坐标系导热微分方程的形式
1.导入微元体的总热流量
x
t x
dydz
y
t y
dxdz
z
t z
dxdz
2.导出微元体的总热流量
xdx
x
x
dx
x
x
t x
dydz dx
、 及c 各为微元体的密度、时间及比热容
c t
x
t x
y
t y
z
t z
•
三维直角坐标系非稳态有内热源的导热微分方程
※ 为常数时
•
t
a
2t x 2
2t y 2
2t z 2
c
热扩散率（导温系数） ，m2 / s c
※ 为常数且无内热源时 ※ 为常数且稳态时
t
a
2 x
t
2
2t y 2
2t z 2
•
2t x2
2t y 2
2t z 2
0
※ 为常数、无内热源、稳态时 2t 2t 2t 0
x2 y 2 z 2
二、圆柱坐标系导热微分方程的形式
x r cos; y r sin ; z z
圆柱坐标系
（r, , z）
qr
t r
q
1 r
t
qz
t z
c t
1 r
r
r
t r
2
t
•
四、定解条件
1.初始条件 0时 t f (x, y, z) 2.边界条件
(完整PPT)传热学
因此，温度场内任一点的温度为该点位置和时 间的函数，即：
t f ( x, y, z, )
考虑时 间因素
考虑空 间因素
不稳定温度场
t 0 加热
t 0 冷却
稳定温度场 t 0
一维温度场 二维温度场 三维温度场
t f (x, ) t f (x, y, ) t f (x, y, z, )
– 另一种观点认为其导热机理类似于非导电固体， 即主要依靠原子、分子在其平衡位置附近的振 动，只是振动的平衡位置间歇地发生移动。
• 总的来说，关于导热过程的微观机理，目前 仍不很清楚。
• 本章只讨论导热现象的宏观规律。
【热对流(对流)】
（1）定义：由于流体质点发生相对位移而引起的
热量传递过程。 如炉墙外表面向大气散热；
背景问题:
（1）冬天，木凳与铁凳温度一样，但人们坐在铁凳 上比作在木凳上感到冷得多，这是问什么？
（2）一杯热牛奶，放在水里比摆在桌子上冷得快， 这又是为什么？
人体热量向凳子传递，由于铁比木头传热速 率快得多，使人体表面散热快，而体内向体
表补充热量又跟不上，所以感觉凉。 同是固体，材质不同则传热快慢不同。
（2）特点：
炉内高温气体与被加热物 料或炉墙内衬间的换热
✓热对流只发生在流体中。
✓流体各部分间产生相对位移
【热对流(对流)】
（3）产生对流的原因 ➢ 由于流体内部温度不同形成密度的差异，在浮力的
作用下产生流体质点的相对位移，使轻者上浮，重 者下沉，称为自然对流； ➢ 由于泵、风机或搅拌等外力作用而引起的质点强制 运动，称为强制对流。
• 传热的特点：传热发生在有温度差的地方，并 且总是自发地由高温处向低温处传递。
t f ( x, y, z, )
考虑时 间因素
考虑空 间因素
不稳定温度场
t 0 加热
t 0 冷却
稳定温度场 t 0
一维温度场 二维温度场 三维温度场
t f (x, ) t f (x, y, ) t f (x, y, z, )
– 另一种观点认为其导热机理类似于非导电固体， 即主要依靠原子、分子在其平衡位置附近的振 动，只是振动的平衡位置间歇地发生移动。
• 总的来说，关于导热过程的微观机理，目前 仍不很清楚。
• 本章只讨论导热现象的宏观规律。
【热对流(对流)】
（1）定义：由于流体质点发生相对位移而引起的
热量传递过程。 如炉墙外表面向大气散热；
背景问题:
（1）冬天，木凳与铁凳温度一样，但人们坐在铁凳 上比作在木凳上感到冷得多，这是问什么？
（2）一杯热牛奶，放在水里比摆在桌子上冷得快， 这又是为什么？
人体热量向凳子传递，由于铁比木头传热速 率快得多，使人体表面散热快，而体内向体
表补充热量又跟不上，所以感觉凉。 同是固体，材质不同则传热快慢不同。
（2）特点：
炉内高温气体与被加热物 料或炉墙内衬间的换热
✓热对流只发生在流体中。
✓流体各部分间产生相对位移
【热对流(对流)】
（3）产生对流的原因 ➢ 由于流体内部温度不同形成密度的差异，在浮力的
作用下产生流体质点的相对位移，使轻者上浮，重 者下沉，称为自然对流； ➢ 由于泵、风机或搅拌等外力作用而引起的质点强制 运动，称为强制对流。
• 传热的特点：传热发生在有温度差的地方，并 且总是自发地由高温处向低温处传递。
传热学第八章
8. 凝结与沸腾换热8.1 知识结构1． 凝结换热（膜状凝结，珠状凝结，影响因素）；2． 沸腾换热（气泡生成条件，大容器及管内沸腾现象，影响因素）。
8.2 重点内容剖析 8.2.1 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mc Δt ） （潜热mr ）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 ⇒ 换热面积A ↓8.2.2 凝结换热现象蒸汽−→−<st t 液体——凝结蒸汽−−→−<swtt 壁面上凝结——凝结换热 膜状凝结——凝结液在壁面上铺展成膜 珠状凝结——凝结液在壁面上凝聚成液珠h 珠>>h 膜(表面改性技术)8.2.3 膜状凝结分析解及实验关联式 一. 努谢尔特假设：（1）纯净蒸汽层流液膜； （2）常物性；（3）蒸汽是静止的，气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。
二. 膜状凝结数学描述 简化后的微分方程：1. 动量方程(重力与粘性力平衡)：022=+g dyu d l lρη (8-1)2. 能量方程(膜层只有导热)022=dyt d (8-2)3. 边界条件：y=0 时，u=0，t=t w (8-3) y=δ 时，s t t dydu ==,0δ(8-4)三. 分析解1. 竖壁层流分析解（膜层Re<1600）（求解过程参见参考文献[1]附录4）()[]4/14123Pr 943.0943.0GaJa c t t c gl Nu w s =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅-⋅=ληγν (8-5) 式中：Ga ——伽利略准则（重力/粘性力） Ja ——雅各布准则（潜热/显热） 2. 水平圆管的层流膜状凝结分析解：()[]4/14123Pr 729.0729.0GaJa c t t c gd Nu w s =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅-⋅=ληγυ (8-6)3. 球表面的层流膜状凝结分析解：()[]4/14123Pr 826.0826.0GaJa c t t c gd Nu w s =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅-⋅=ληγυ (8-7)定性温度：膜层平均温度()2/w s t t +特征尺度（伽里略）：竖壁：壁高l横管、球：外经d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。
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）。
传热学基本知识ppt课件
传热学基本知识ppt课件目录•传热学概述•热传导基本知识•热对流基本知识•热辐射基本知识•传热过程与换热器设计•传热学实验方法与测量技术•传热学在工程领域应用案例01传热学概述传热学定义与研究对象传热学定义研究热量传递规律的科学，主要研究物体之间或物体内部热量传递的过程、机理和计算方法。
研究对象包括导热、对流换热和辐射换热三种基本传热方式，以及传热过程与热力学、流体力学、电磁学等学科的交叉问题。
01020304能源与动力工程建筑工程机械工程电子工程传热学应用领域涉及燃烧、锅炉、内燃机、汽轮机、航空发动机等领域的热量传递问题。
研究建筑物的保温、隔热、采暖、通风等热工性能，提高建筑能效。
解决电子设备散热问题，如计算机、手机、电子元器件等的冷却技术。
研究各种机械设备的热设计、热分析和热控制，如散热器、冷却系统、热交换器等。
理论分析实验研究数值模拟传热学研究方法通过建立数学模型和方程，对传热过程进行定量描述和预测。
通过实验手段测量传热过程中的各种物理量，验证理论分析和数值模拟的正确性。
利用计算机进行数值计算，模拟传热过程的详细情况，为优化设计和控制提供依据。
02热传导基本知识热传导定义及物理意义热传导定义物体内部或物体之间由于温度差异引起的热量传递现象。
物理意义热传导是热量传递的三种基本方式之一，对于研究物体的热行为和热设计具有重要意义。
热传导基本定律与公式热传导基本定律傅里叶定律，即单位时间内通过单位面积的热量与温度梯度成正比。
热传导公式Q = -kA(dT/dx)，其中Q为热量，k为热传导系数，A为传热面积，dT/dx为温度梯度。
热传导系数及其影响因素热传导系数定义表征材料导热性能的物理量，即单位时间、单位温度梯度下，通过单位面积的热流量。
影响因素材料的种类、温度、压力、湿度等都会对热传导系数产生影响。
例如，金属材料的热传导系数通常较高，而非金属材料的热传导系数较低。
03热对流基本知识热对流定义及物理意义热对流定义热对流是指热量通过流体的宏观运动而传递的过程。
- 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)。
3
Eb3 J3
1 3
0
A3 3
J3 Eb3
1 1 A11
1 A1 X1,2
12 A2 2
Eb1
J1
1
J2
Eb2
1
A1 X1,3
A2 X 2,3
J3 Eb3(浮点)
辐射换热系统中，这种表面温度未定而净辐射 换热量为零的表面称为重射表面。对于三表面 系统，当有一个表面为重射表面时，其余两个 表面的净辐射换热量可直接计算，其计算式为
118 .3W
1
Eb1 J1 1 1
A11
2
Eb2 J 2 12
A2 2
J1
Eb1
1
1 1 A11
5.67
25 2734 100
2910.0278
439.0W/m2
J2
Eb2
2
12 A2 2
5.67
13
• 各表面之间的链接，由节点电势出发通过空间 热阻进行链接。每一个节点电势都应该与其他 节点电势链接起来。
列节点方程的方法
• 画出等效网络图后，可按电学中的基尔霍夫定 律列出各节点的“电流”方程，即从各个方向 流入同一节点的电流之和为零。
• 这样，辐射换热问题就可作为直流电路问题来 求解了。
计算射换热量
t2 600K 2 0.5
3 t3 300 K
解：画出该系统的 辐射网络图
列出节点1和2的节 点方程
求解方程组可获得 两节点的有限辐 射
1 1 A1 1
1 A1 X1,2
12 A2 2
Eb1
J1
1
A1 X1,3
J2
1 A2 X 2,3
J3 Eb3
Eb 2
J1 :
Eb1 J1
• 根据有效辐射与表面净辐射换热量的关系，有
q
Eb J
1
Eb J
1
1
Eb A J
A
• 根据两个灰表面间辐射换热量的计算公式，有
1,2
J1
J2 1
A1 X1,2
1
J1 AX 1,2 J 2
•
表面辐射热阻
1 A
1
空间辐射热阻 A1X1,2
两个表面构成的封闭系统 辐射换热的网络图
1 A1 X1,2
12 A2 2
Eb1
J1
1
J2
Eb2
1
A1 X1,3
A2 X 2,3
J3 Eb3
计算例题
• 两块尺寸为1m×2m、间距为1m的平行平板至 于大房间内。已知如图。
试计算：
（1）每个板的净辐射换热量；
12
（2）两板之间交换的热量； （3）房间墙壁得到的热量。
t1 1100K 1 0.2
• 在由两个表面组成的封闭系统中，一个表面的 净辐射换热量等于该表面与另一表面间的辐射 换热量。然而，在多表面系统中，一个表面的 净辐射换热量是与其余各表面分别换热量之和。
• 如由三个表面组成的封闭系统，表面1的净辐 射换热量应该等于表面1与表面2的辐射换热量 加上表面1与表面3的辐射换热量，即
1 1,2 1,3
1 1
J2
J1 1
J3
1
J1
0
A11
A1 X1,2 A1 X1,3
J2 :
Eb2 J 2
12
J1 J2 1
J3 J2 1
0
A2 2
A2 X 2,1 A2 X 2,3
J1 18.33kW/m2 J2 6.437 kW/m2
• 板1的净辐射换热量
1
5.67
25
273
4
13
273
4
100 100 291W
0.233
• 天花板的净辐射换热量
2
Eb2 R2
J2
1
291W
• 这里负号表示得到热量
• 地面与天花板之间的辐射换热量
1,2
J1 J2 R2
439 .0 387 .4 0.436
辐射换热计算的重点
• 工程计算的主要目的是获得一个表面的净辐射 换热量。因此，要计算一个表面的净辐射换热 量就必须计算该表面与其他表面间的辐射换热 量。
• 多表面系统中，任意两个表面间的辐射换热量 的计算可按如下的公式计算
i, j Ai Ji X i, j Aj J j X j,i
• 因此，计算的重点是获得各个表面的有效辐射。
1,2
Eb1
Eb2 Rt
1
1 1
A1 X1,2
12
A11
A2 2
Eb1
J1 J3 Eb3 J 2
Eb2
11
A1 X1,3 A2 X 2,3
总热阻的计算
1
1 1
A1 X1,2
12
A11
A2 2
Eb1
J1 J3 Eb3 J 2
Eb2
11
A1 X1,3 A2 X 2,3
Rt
1 1 A11
1 1 A11
Req
1 Req
1 1
1
1
1
A1 X1,2 A1 X1,3 A2 X 2,3
几种特殊的多表面封闭系统
• 系统中有一个表面相对于其他表面无限大 ,如 表面3相当于其他表面无限大，则
13 0 A3 3
J3 Eb3
1 1 A11
1 0.8 3 3 0.8
0.0278
R2
1 A1 X1,2
1 3 3 0.255
0.436
R3
1 A1 X1,3
1 3 3 0.745
0.149
R4
1 A2 X 2,3
1 3 3 0.745
0.149
R5
12 A2 2
1 0.8 3 3 0.8
1 1 A11
1 A1 X1,2
12 A2 2
Eb1
J1
1
J2
Eb2
1
A1 X1,3
A2 X 2,3
J3 Eb3(浮点)
1
1 1
A1 X1,2
12
A11
A2 2
Eb1
J1 J3 Eb3 J 2
Eb2
11
A1 X1,3 A2 X 2,3
• 计算各辐射热阻
R1
1 1 A11
Eb1 J1 1 1
83.01 18.33 2
32 .34 kW
A11
• 板2的净辐射换热量
2
Eb2 J 2 12
7.348 6.437 0.5
1.822 kW
A2 2
•
板1、2间的辐射换热量
1,2
J1 J2 1
18.33 6.437 1.75
273
4
100
291 0.0278 387.4W/m2
• 计算墙壁的温度
3
3,1 3,2
J3 J1 1
J3 J2 1
0
A1 X1,3 A3 X 3,2
J3 J1 J3 J2
1
1
A1 X1,3
A3 X 3,2
J3
1 A3 X 3,2
Eb1
J1
1 1 A11
J2
Eb2
1 A1 X1,2
12 A2 2
1,2
1 1
Eb1
Eb2
1 12
1 A1 A1 X1,2 2 A2
辐射换热网络法的定义
这种把辐射热阻比拟为等效的电阻而通 过等效的网络图来计算辐射换热的方法 称为辐射换热网络法。
网络法求解多表面封闭系统
第三节 多表面间辐射换热的计算
• 本节重点介绍三个表面之间的辐射换热计算。 • 计算的主要方法是辐射网络图法。 • 为此先要介绍辐射网络图的画法。 • 再在此基础上，介绍利用辐射网络图求取灰体
表面辐射换热的方法。
• 最后，介绍一个表面净辐射换热量的计算公式 和任意两个表面之间辐射换热量的计算公式。
多表面间的辐射换热特点
计算辐射换热的网络图法
• 先来分析由两个表面组成的封闭系统辐射换热 的计算公式，观察其特点，可以发现其规律。
• 然后根据此规律，用两段等效电路来表示。 • 定义两个新的热阻——表面辐射热阻和空间辐
射热阻，并给出其表达式。
• 画出物体间辐射换热的网络图，进而用网络法 求解多表面系统的辐射换热问题。
辐射换热的等效电路
辐射换热的步骤
• 画出等效的网络图 ； • 列出节点的“电流”方程 ； • 求解上述代数方程，得到各节点的“电势” ； • 计算每个表面的净辐射换热量和任意两个表面
间的辐射换热量。
画等效网络图应注意的问题
• 每一个参与辐射的表面（净换热量不为零的表 面）都应该有一段相应的电路，它包括源电势、 与表面热阻相应的电阻及节点电势；
J1
1
1 A1 X1,3
1
J2
0.149 430.0 0.149387.4 0.149 0.149