第九章 第四节传热学讲稿
传热学第九章
9－1 辐射传热的角系数
（3）角系数的可加性
从表面1上发出而落到表面2上的总能量，等于落到表面2上 各部分的辐射能之和，于是有
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。
9－1 辐射传热的角系数 3. 角系数的计算方法
试计算： （1）板1的自身辐射； （2）板1的有效辐射； （3）板1的投入辐射； （4）板1的反射辐射； （5）板1，2的净辐射换热量。
§ 9-4 气体辐射的特点及其计算
辐射性气体： 具有发射和吸收辐射能的能力的气体。
工业上常见的温度范围内 常见的辐射性气体： 二氧化碳、水蒸气、二氧化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子及 结构不对称的双原子气体（一氧化碳）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9.3.2 多表面封闭系统网络法求解的实施步骤
9.3.2 多表面封闭系统网络法求解的实施步骤
3. 求解代数方程组，计算各表面的有效辐射。
例如
已知三个表面温度T1, T2, T3；以及 A1, A2, A3, ε1, ε2, ε3, X1,2, X1,3, X2,3。
确定每个表面的有效辐射J1, J2, J3和 净辐射热量Φ1, Φ2, Φ3。
81
9.6 综合传热问题
82
9.6 综合传热问题
83
9.6 综合传热问题 解：
求解的结果为，
这样的测量误差在工业上是可以接受的。
84
85
9.6 综合传热问题 辐射传热系数
86
第9章 测试题
• 试述气体辐射的基本特点，气体能当做灰体来处 理吗？请说明原因。（2003年，华电，15分）
• 两块平行放置且相互靠得很近的灰体平壁，它们 的黑度均为0.8，壁1和2的温度分别为400和30℃ ，试计算壁2的（1）辐射换热量；（2）本身辐 射；（3）有效辐射。（ 2003年，华电，15分）
传热学第九章课件chapter
传热学第九章课件chapter Heat
tm
1 A
A Transfer
0 txdAx
tm
பைடு நூலகம்
1 A
A 0
texp(kAx )dAx
t exp(kA) -1
kA
tm
t ln t
t t
-1
t ln
t t
t
t
上式就是顺流情况下的对数平均温差。
华北电力大学
传热学第九章课件chapter Heat
直到
值的' 和偏差"小到满意为止。至于两者偏差
应小到何种程度，则取决于要求的计算精度，一般
认为应小于2％-5％。
华北电力大学
传热学第九章课件chapter Heat 二、换热器计算的Tra效ns能fer-传热单元数法
中的3个温度，只要知道其中5个变量，就可以算 出其它3个。
华北电力大学
1、设计计算
传热学第九章课件chapter Heat Transfer
进行设计计算时，一般是根据生产任务的要求，
给定流体的质量流量
q和m1、4个qm进2 、出口温度中
的3个，需要确定换热器的型式、结构，计算传热
系数 k 及换热面积A。计算步骤如下：
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冷流体
顺流式套管换热器
传热学第九章课件chapter Heat Transfer
热流体
冷流体
华北电力大学
逆流式套管换热器
传热学第九章课件chapter Heat （2）壳管式换热Tr器an。sfe它r 是间壁式换热器的主要形 式。电厂中的冷油器和给水加热器等。
壳管式换热器的传热面由管束构成。一种流体在 管子内部流动，称为管程，另一种流体在管子与换 热器的壳体之间流动，称为壳程。
传热学教案9
传热学教案9第9章传热过程分析与换热器热计算第一章已经讨论过传热过程和传热系数。
传热过程分析求解的基本关系为传热方程式(1-11)。
即：??kA(tf1?tf2)式中k为传热系数(在容易与对流换热表面传热系数相混淆时，称总传热系数）。
本节将对通过平壁、圆筒壁的传热系数作进一步分析。
肋壁是工程技术领域中广泛用来增强换热的金属壁面，本节将详细讨论通过肋壁的传热系数计算式，并对与此相关的圆管的临界热绝缘直径问题作出相应的分析。
1．通过平壁的传热通过平壁的传热在第一章已经讨论过，其传热系数可按式（1－12）计算，即：k?11h1????1h2 （9－1）由于平壁两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值不论对哪一侧来说都是一样的。
式中表面传热系数h1和h2，可以根据具体情况选用以前各章相应的公式来确定。
这里补充说明一点：如果通过壁面的流体是含有二氧化碳、水蒸气等三原子气体的烟气，则一般既要考虑对流换热，也要计及辐射换热。
例如，锅炉省煤器的烟气侧换热就属于这种情况。
这时可采用复合表面传热系数代替上式中的传热系数。
2.通过圆管的传热圆管外侧的表面积不相等，所以对内侧和外侧而言的传热系数在数值上是不同的。
对管长为l的一段圆管的传热过程来作分析。
参看图9-1，管子内半径为ri，外半径为ro （内径和外径分别为di和do），管壁材料的导热系数为?，管子内、外侧的复合表面传热系数分别为hi和ho，内、外侧壁温分别为twi和two。
传热过程包括管内流体到管内侧壁面、管内侧壁面到外侧壁面、管外侧壁面到外侧流体三个环节。
在稳态条件下，通过各环节的热流量?是不变的。
各环节的温度差可表示如下：tfi?twi??hi?dil?2??l图9-1 通过圆管的传热doditwi?two?lntwo?tfo??ho?dol三式相加可导得：???l?tfi?tfo?1hidi?12?lndodi?1hodo （9-2）对外侧面积而言的传热系数k的定义式由下式表示：??kAo?tfi?tfo??k?dol?tfi?tfo?（9-3）从以上两式的对比中可以得以管外侧面积为基准的传热系数计算式：k?11dohidi?do2?lndodi?1ho （9-4）习惯上，工程计算都以管外侧面积为基准，所以式（9-4）中的k就未加下角码“o”从热阻的角度看，式（9-4）可以改写成：1kAo?1hiAi?12??llndodi?1hoAo （9-5）等式左边是对管外壁而言的传热总热阻，右边三项分别是管内、管壁、管外三个传热环节的热阻。
《传热学讲稿》教案
《传热学讲稿》教案传热学讲稿教案一、教学目标：1.理解传热学的基本概念和原理。
2.掌握热传导、对流传热和辐射传热的基本概念和数学表达。
3.了解传热学在工程实践中的应用。
二、教学重点与难点：1.热传导基本概念和数学表达。
2.对流传热原理和计算方法。
3.辐射传热的基本原理和计算方法。
三、教学准备：1.教学资料：PPT、教学录像、实验仪器。
2.教学辅助工具：投影仪、计算器。
四、教学过程：步骤一：导入（10分钟）1.利用教学录像或实验仪器展示一个热传导实验，引起学生对传热学的兴趣。
2.提出问题：你们觉得热是如何传导的？步骤二：热传导（30分钟）1.讲解热传导的基本概念和数学表达，包括传热的方式、传热方程等。
2.展示实验：用铜棒传热实验，通过测量温度的变化来验证热传导的存在。
3.讲解热传导实例，并引导学生用传热方程来解决问题。
步骤三：对流传热（30分钟）1.讲解对流传热的原理和计算方法。
2.展示实验：用水箱传热实验，通过观察水的流动和温度变化来验证对流传热的存在。
3.讲解对流传热实例，并引导学生用对流传热公式来解决问题。
步骤四：辐射传热（30分钟）1.讲解辐射传热的基本原理和计算方法。
2.展示实验：用黑体辐射传热实验，通过测量黑体的辐射能量来验证辐射传热的存在。
3.讲解辐射传热实例，并引导学生用辐射传热公式来解决问题。
步骤五：应用实例（20分钟）1.引导学生思考传热学在工程实践中的应用。
2.展示传热学在建筑、冶金、能源等领域的应用实例。
3.让学生自主选择一个实例进行研究并进行报告。
步骤六：小结与拓展（10分钟）1.对传热学的重点内容进行小结，并解答学生提出的疑问。
2.引导学生拓展传热学的知识，查阅相关文献或进行更深入的研究。
五、教学评价：1.讲稿撰写评价：鼓励学生探索传热学的知识，理论与实践相结合。
2.学生报告评价：评估学生对传热学应用实例的研究和表达能力。
六、教学延伸：1.鼓励学生参与与传热学相关的科研课题或实验项目。
传热学讲义
A
dx
W m 2
称Fourier（傅立叶）定律
t
dx
dt 0
Q
x
一维稳态平板内导热
：热流量，单位时间传递的热量[W]； q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量； A：垂直于导热方向的截面积[㎡]；
：导热系数（热导率）[W/( m K)]
(5) 导热系数 表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与
(3) 辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它 与单纯的热辐射不同，就像对流和对流换热一样。 (4) 辐射换热的特点
a 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的 存在，在真空中就可以传递能量 b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换
物体热力学能 电磁波能 物体热力学能 c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁 波 能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能 量大于低温物体辐射给高温物体的能量；总的结果 是热由高温传到低温
0
tw1
φ
A
x
tw2
导热热阻的图示
2 对流（热对流）(Convection)
⑴定义： 流体中（气体或液体）温度不同的
各部分之间，由于发生相对的宏观运 动而把热量由一处传递到另一处的现 象。
(2) 对流换热：当流体流过一个物体表面时的热量传递过程， 他与单纯的对流不同，具有如下特点：
a 导热与热对流同时存在的复杂热传递 过程 b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层
（7）黑体辐射的控制方程： Stefan-Boltzmann (斯特藩-波尔兹曼)定律
AT 4
q T 4
σ——黑体辐射常数，5.67×10-8 W/(㎡·K4)
传热学课件课件
案例分析：结合具体案例，分析传热学在工程实践中的应用
实验结果讨论：对实验结果进行讨论，提出改进意见和建议
建筑节能设计
传热学在建筑节能设计中的应用
建筑围护结构保温隔热技术
建筑围护结构隔热通风技术
建筑围护结构遮阳技术产中的传热问题
钢铁生产中的传热问题
石油化工生产中的传热问题
导热
导热方式：固体导热、液体导热、气体导热
导热应用：保温、传热、散热等
导热定义：物质内部热量传递的过程
导热原理：温度梯度、热流密度、热传导系数
对流
对流换热影响因素：对流换热与流体的物理性质、流速、流向、传热表面的形状和大小等因素有关。
定义：对流是指热量通过流体媒质的运动从一个地方传递到另一个地方的过程。
应用领域：传热学基本方程与计算方法在能源、化工、机械、航空航天等领域有着广泛的应用
数值模拟技术
数值模拟技术的基本原理
传热学基本方程的建立
数值模拟方法的选择与实现
数值模拟技术的应用与案例分析
实验设计思路与目的
实验目的：通过实验操作，加深对传热学原理的理解，掌握传热学实验技能
实验设计思路：针对传热学原理，设计合理的实验方案，包括实验装置、操作步骤、数据采集与分析等
原理：当流体受到外部热源加热时，其温度会升高，密度会减小，从而产生向上的浮力。同时，周围较冷的流体密度较大，会下沉。这种冷热流体的交替运动形成了对流。
对流换热应用：对流换热在能源、化工、建筑等领域有广泛应用，如锅炉、核反应堆、空调系统等。
辐射
内容1：定义
内容2：原理
内容3：影响因素
内容4：应用
复合传热
汇报人：
,a click to unlimited possibilities
传热学第九章穿热过程与换热器
一般的动力管道都能符合d2> dc,加保温层可以 起到保温作用,只有在d2较小而λ又较大时才需 要核算dc 对于电线来说，加一绝缘层后，能提高散热量， 这也是我们所希望的，因 电流流过电线后发热，如 果这些热量不及时排出， 会妨碍电流的正常流动。
∴ kO = 1 1 do do do 1 + ln + hi d i 2λ d i ho
b.以内侧面积作为基准面的传热系数
1 ki = do di 1 di + ln + hi 2λ d i h0 d o
单位长度的传热热阻：
do 1 1 1 Rtl = + ln + hiπd i 2πλ d i ho d oπ
d1 d2
= 而Q kA(t f 1 − t f 2 )
得：
t f1 − t f 2 Q= d 1 1 1 ln o + + hi A1 2πλl di ho A2
对圆壁来说，面积是随着半径而变化的，所以 传热系数有个选择基准面的问题。 a. 外侧面积做为基准面的传热系数
A1 = π di l , A2 = π d ol , A = π dol ,
应用背景
用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺 要求的装置统称换热器。在实际中，三种不同的传热方 式是在同时起作用。换热器便是利用三种方式的结合来 达到所需的换热效果。
石油化工行业
交通运输行业
动力工程行业
航空航天行业
§9-1 复合换热过程
人们把一般的热量传递过程划分为导热、对流和辐射 三种基本形式，是为了研究上的方便。实际工程中的 换热过程经常是几种基本传热方式的复杂组合。 几种热交换方式同时存在的换热过程称为复合换热过 程。在复合换热中，通常认为相互并联的几种换热方 式独立起作用，其换热量可以迭加。 为了简化计算，工程技术中在处理各种复合换热问题 时，常把复合换热的总结果，认为是由其中一种主要 方式造成的，而其它方式只是影响主要方式特性的大 小。
传热学第九章
kA(t fi t fo ) ko dol(t fi t fo ) ki dil(t fi t fo )
ki
1
di
1 ln( do )
di
hi 2 di ho传d热o 学第九章
ko
do
1 do ln( do ) 1
hidi 2 di h6o
3、通过肋壁的传热
肋壁面积： Ao A1A2
或者我们也可以将 对数平均温差写成 统一形式(顺流和逆
tm
tmax tmin ln tmax
流都适用)
tmin
当别人寄贺卡或小礼物给你的时候，要及时回复感谢信。
传热学第九章
25
9-2 换热器的型式及平均温差
5 算术平均温差
平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即
tm,算术 tma2 x tmin
可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平均温差为：
tm 1 A0 A tx dxA 1 A0 A tex k px) A (d x A
传热学第九章
22
9-2 换热器的型式及平均温差
4、简单顺流及逆流换热器的对数平均温差
tm 1 A 0 A te x p ( k A x ) d A x k t A e x p ( k A ) - 1 (1)
第九章 传热过程分析与换热器热计算
主要内容：
9-1 传热过程的分析和计算 9-2 换热器的型式及平均温差 9-3 换热器的热计算 9-4 传热的强化和隔热保温技术
传热学第九章
11
9-2 换热器的型式及平均温差
1、换热器的定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规 定工艺要求的装置，工程中应用广泛
（2）换热器无散热损失；
传热学第九章
9.热辐射基本定律及物体的辐射特性9.1知识结构1. 辐射换热的特点；2. 基本定律（Planek ， Wien ， S-B ， Lambert ， Kirchoff （推论））；3.定义：黑体，灰体，黑度（发射率），光谱黑度，定向黑度，吸收比，光谱吸收比，辐射力，光谱辐射力，定向辐射力，定向辐射强度9.2重点内容剖析9.2.1 热辐射的基本概念、热辐射的物理本质 辐射一一物体通过电磁波传递能量的现象 热辐射——由于热的原因而产生的电磁波辐射（改变物体内部微观粒子的热运动状态，将部分内能转换为电磁波的能量发送出去的过程）热辐射传播速度c 、波长入和频率f 之间的关系：c=f •入 热辐射的主要波谱:、吸收比、反射比和穿透比热辐射到达物体表面后的传播途径如 图 9-1。
根据热平衡原理，投入辐射等于反射辐 射、吸收辐射和穿透辐射之和。
t > 0 K内1 -- ! ■的物体匕匕厶冃------- F辐射特性吸收特性 辐射和吸收的总效果 L 不同温度 V不同波长 l 不同方向 —不同波长辐射换热紫外 入110.10.38 100pm辐射能 辐射能 可见红外0.76 4 2011(9-1)图9-2位移定律演示理想体:吸收比a =1 f 绝对黑体（黑体）反射比p=1 f 镜体（对于漫反射称为白体） 穿透比 T 1 f 绝对透明体（透明体）922黑体辐射辐射力一一单位 时间内物体单位 表面积向半球空间 所有方向发射的 全部波 长的辐射能总量，记为： E 。
光谱辐射力一一单位时间内物体单位表面积向半球空间所有方向发射的 某一波长的辐射能，记为：E X o 显然：E 0 Ed(9-2)E f T,,表面特性、普朗克定律（黑体的光谱辐射力）5W/m 3(9-3)式中： 入波长，m ;T ――黑体的绝对温度， K ;C1第一辐射常量，3.742 X 10-16 W • m 2C2——第二辐射常量，1.4388 X 10-2 m • KE bC 1 c 2 / Te、维恩位移（光谱辐射力的峰值点随温度的升高向短波区移动）定律Emax, T4 max, T 2由普朗克定律，令:其中：max 为某一温度下最大光谱辐射力所对应的波长（如图 三、 斯蒂芬-波尔兹曼定律（四次方定律）4黑体辐射力：E bE b d T 4 C o —W/m 2（9-5）100式中：0 ------- 黑体辐射常数，5.67X 10-8W/（m 2K 4）; C O ――黑体辐射系数，5.67W/（m 2K 4）。
传热学-第九章 new
再来看一下2 的能量守恒情况: 再来看一下2 对 1 的能量守恒情况:
Φ 2,1 = Φ 2 A,1 + Φ 2 B ,1 A2 Eb 2 X 2,1 = A2 A Eb 2 X 2 A,1 + A2 B Eb 2 X 2 B ,1 X 1, 2 A2 A A2 B = X 2 A,1 + X 2 B ,1 A2 A2
X 2 ,1
A2 + A1 A3 X = A3 + A1 A2 = 3 ,1 2 A3 2A2
下面考察两个表面的情况,假想面如图9 下面考察两个表面的情况,假想面如图9-6 所示,根据完整性和上面的公式, 所示,根据完整性和上面的公式,有:
X ab , cd = 1 X ab , ac X ab , bd X ab , ac X ab , bd ab + ac bc = 2 ab ab + bd ad = 2 ab
1 cos1 cos2dA dA2 1 1 X 2,1 = ∫A ∫A = ∫A ∫A X d 2,d1dA2 2 A2 A2 πr
1 2 1 2
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. 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
X d 1, d 2 L cos 1dA1d dA2 cos 1 cos 2 = b1 = E b1dA1 π r2
以黑体为例 (1) 微元面对微元面的角系数 如图9 所示,黑体微元面d 对微元面d 如图9-1所示,黑体微元面dA1对微元面dA2的角系数记为 Xd1,d2,则根据前面的定义式有
X d 1,d 2 =
I b1 cos 1dA1d dA2 cos 1 cos 2 = E b1dA1 π r2
传热学第九章课件
Ah(Tf − T1 ) = Aε1σ T − T2
4 1
(
4
)
高 正 阳
测温误差 Tf − T1 =
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ε1σ (T14 − T24 )
h
传热学 Heat Transfer
§8-5 气体辐射 一、辐射性气体
在工业上常见的温度范围内， 在工业上常见的温度范围内，氧、氮、氢等分 子结构对称的双原子气体， 子结构对称的双原子气体，可以认为是热辐射的透 明体。 明体。 辐射性气体主要有：二氧化碳、水蒸气、 辐射性气体主要有：二氧化碳、水蒸气、二氧 化硫、甲烷、氟里昂等三原子、 化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子及结构不 对称的双原子气体（一氧化碳）。 对称的双原子气体（一氧化碳）。
高 正 阳
华北电力大学
传热学 Heat Transfer
华北电力大学
高 正 阳
传热学 Heat Transfer
§8-2 两固体表面间的辐射换热
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高 正 阳
传热学 Heat Transfer
一、有效辐射
单位时间离开单位面 积的总辐射能为有效辐 射，记为J 。 J1 =E1 + ρ1G1
华北电力大学
高 正 阳
传热学 Heat Transfer
I1 cos ϕ1dA1dΩ1 Xd1,d2 = E1dA1 dA2 cos ϕ1 cos ϕ2 = πr2
cosϕ1 cosϕ2 Xd1,2 = ∫ dA2 2 A2 πr
1 cosϕ1 cosϕ2 X1,2 = ∫ ∫ dA dA2 1 2 A A2 1 A πr 1
华北电力大学
高 正 阳
传热学 Heat Transfer
直径1m、 2m的圆形烟道内，有温度为1027摄 直径1m、长2m的圆形烟道内，有温度为1027摄 1m 的圆形烟道内 1027 氏度的烟气通过，烟气压力为0.1MPa, 0.1MPa,其中二氧 氏度的烟气通过，烟气压力为0.1MPa,其中二氧 化碳占10% 水蒸气占8% 其余气体不辐射， 10%， 8%， 化碳占10%，水蒸气占8%，其余气体不辐射，求 烟气对包壁的平均发射率， 烟气对包壁的平均发射率，若烟道表面可以看 做为温度为527摄氏度的黑体， 527摄氏度的黑体 做为温度为527摄氏度的黑体，计算烟气对烟道 表面的辐射换热。 表面的辐射换热。
研究生传热学课第九章
n
∑J X
i =1 i
n
i, j
Fi = Fj ∑ X j ,i J i
i =1
n
J j = ε jσ bT j4 + (1 − ε j ) ∑ X j ,i J i
n i =1
εj 4 X j ,i J i − = σ bT j ∑ 1− ε j ε j −1 i =1 Jj
Example 9-4，9-5，9-6
cos θ1 cos θ 2 dQdF1 ,dF2 = QdF1 →dF2 − QdF2 →dF1 = ( Eb1 − Eb 2 ) dF1dF2 2 πr 微面积dF1 F2的辐射换热量为 dF1与 的辐射换热量为： 微面积dF1与F2的辐射换热量为：
微面积dF1与dF2的辐射换热量为： 微面积dF1与dF2的辐射换热量为： dF1 的辐射换热量为
(
)
example
• 9-2 and 9-3 • 车间的蒸气管道，长为1m，外径为50mm，管道 发射率为0.4，温度t1＝50℃，墙面温度为15℃， 求管道与车间墙面的换热量
1 2
热 网 络
封 2-3 三 闭 个 空 灰 腔 表 辐 面 射 组 换 成
封闭空腔中多灰表面间的辐射换热
Eb 3
1− ε3 ε 3 F3
• 绝热面（重辐射面）：净辐射换热量为0. 绝热面（重辐射面）：净辐射换热量为0. ）：净辐射换热量为 • 能量流动方向看：投射来的能量全部反射出去 能量流动方向看： • 数值取决于左右两个空间热阻的相对大小
Eb 3
1 X 1,3 A1 1 X 2,3 A2
Eb1
传热学9第9章4
表面1发出的有 表面2发出的有
效辐射到达表 效辐射到达表
面2的部分
面1的部分
第9章 辐射换热的计算
23
根据上节中的公式(d) 1 ,2 A 1 J 1 X 1 ,2 A 2 J 2 X 2 ,1
A1X1,2A2X2,1
1,2 A1X1,2(J1J2)J11J2
A1X1,2
1,2111A 1(X E 1 1 b,1 2 E A A b1 2 2)121
第9章 辐射换热的计算
26
1,2111A 1(X E11b,12EA A b122)12 1
系统黑度(或称为系统发射率)
s
1
X ab ,ac
2ab
X ab ,bd
ab bd ad 2ab
图8-6 两个非凹表面及 假想面组成的封闭系统
第9章 辐射换热的计算
14
(bc ad) (acbd)
Xab,cd
2ab
交叉线之和不交叉线之和 2表面A1的断面长度
交叉线法。
注意：这里所谓的交叉线和不交叉线都是指虚拟面断面 的线，或者说是辅助线
第9章 辐射换热的计算
27
三种特殊情形
(1) 表面1为凸面或平面，此时，X1,2＝1，于是
s
1
1X1,2 111 X1,2
A A 1 2 121 ＝11
1
A1 A2
1
2
1
(2) 表面积A1比表面积A2小得多，即A1/A2 0 于是
J1 J2 是空间热势差，
J1
J2
1
1
A 1 X 1 , 2 则是空间辐射热阻，
2019-清华大学热工基础课件工程热力学加传热学10第九章-导热、稳态导热、非稳态、数值解法-文档资料
(a) 第一类边界条件
给出边界上的温度分布及其随时间的变化规律：
twf,x,y,z
(b) 第二类边界条件
给出边界上的热流密度分布及
其随时间的变化规律：
t
qw
qw
t n
w
t n w
qw
n
26
用电热片加热物体表面可实现第二类边界条件。
如果物体的某一表面是绝热的, 即qw = 0 , 则
界条件。 27
上式描述的第三类边界条件是线性的, 所以也称为 线性边界条件，反映了导热问题的大部分实际情况。
如果导热物体的边界处除了对流换热还存在与周 围环境之间的辐射换热, 则边界面的热平衡表达式为
nt whtwtf qr
qr 为物体边界面与周围环境之间的净辐射换热热
流密度，它与物体边界和周围环境的温度和辐射特性 有关, 是温度的复杂函数。这种对流换热与辐射换热 叠加的复合换热边界条件是非线性的边界条件。
❖ 导热微分方程式与单值性条件一起构成具体导热 过程完整的数学描述。
❖ 单值性条件一般包括：几何条件、物理条件、 时间条件、边界条件。
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1)几何条件 说明参与导热物体的几何形状及尺寸。几何条件决定 温度场的空间分布特点和分析时所采用的坐标系。
2)物理条件 说明导热物体的物理性质, 例如物体有无内热源以及
t 、 t 、 t 分别为x、y、z 方向的偏导数; i、j、k 分 x y z 别为x、y、z 方向的单位矢量。
（4）热流密度 (heat flux)
q d dA
热流密度的大小和方向可以
用热流密度矢量q 表示
nt
dA q
d
q d n
dA
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强化传热的原则和 强化对流换热的手段
• 原则：要强化一个传热过程，应当首先判断哪 一个传热环节的分热阻最大，然后针对这个最 大的分热阻采取强化措施。 • 手段：主要采用有源强化• 涂层表面 粗糙表面 扩展表面 扰流元件 涡流发生器 螺旋管涡流发生器 添加物 冲击射流换热
强化和削弱传热的主要方法
• 按照热量传递过程三种基本方式（导热、对流 和辐射）的影响因素及可操作的范围，热传递 过程的强化主要集中在对流换热与辐射换热的 领域，其中对流换热尤为活跃，而热传递过程 的削弱则主要通过控制导热过程来进行。 • 鉴于辐射换热的强化与削弱已在前面做过讨论， 本节将重点介绍强化对流的方法和隔热保温技 术。
第四节 传热的强化 和隔热保温技术
• 在有热量传递的各个技术领域中，常常需要强 化传热过程以缩小设备的尺寸、提高热效率， 或使受热元件得到有效的冷却、保证设备安全 运行，同时也会遇到削弱热量传递过程以减少 热损失的情形。 • 这就构成了传热学应用研究中的两类目标相反 的命题：传热的强化和传热的削弱 传热的强化和传热的削弱。 传热的强化和传热的削弱
有源强化技术主要包括
• • • • 对换热介质作机械搅拌 使换热表面振动 使换热流体振动 将电磁场作用于流体以促使换热表面附近流体 的混合 • 将异种或同种流体喷入换热介质或将流体从换 热表面抽吸走