西安交通大学传热学课件7
传热学(全套课件666P) ppt课件
§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。
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(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
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传热学 Heat Transfer
传热学-第七章newppt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
传热学课件课件(多应用版)
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。
交大传热学课件-第1章
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
西安交通大学传热学课件
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
[政史地]西安交大热工基础课件
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。
交大传热学课件-第7章2
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
传热学完整课件PPT课件
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。) 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。
.
❖ 3 )教育思想发生了本质性的变化 ❖ 传热学课程教学内容的组织和表达方
面从以往单纯的为后续专业课学习服务转 变到重点培养学生综合素质和能力方面, 这是传热学课程理论联系实际的核心。从 实际工程问题中、科学研究中提炼出综合 分析题,对培养学生解决分析综合问题的 能力起到积极的作用。
.
❖ 2 、研究对象
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)物体之间存在温差时,热量就会自发
的从高温物体传向低温物体。
.
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:
❖ ( 3 )非导电固体:导热是通过晶格结构 的振动所产生的弹性波来实现的,即原子、 分子在其平衡位置附近的振动来实现的。
.
❖( 4 )液体的导热机理:存在两种不同的 观点:第一种观点类似于气体,只是复杂些, 因液体分子的间距较近,分子间的作用力对 碰撞的影响比气体大;第二种观点类似于非 导电固体,主要依靠弹性波(晶格的振动, 原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的) 的作用。
.
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
西安交通大学传热学课件
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
传热学知识点课件.doc
传热学知识点课件.doc一、引言同学们,今天咱们要一起来探索一个神奇又有趣的领域——传热学!你们有没有想过,冬天为啥我们在屋里会感觉暖和,而夏天在太阳下暴晒就会很热?还有,为啥妈妈做饭的时候,锅里的热会传到食物里?这些生活中的现象其实都和传热学有关。
就拿我前几天的一次经历来说吧。
那天我在家里煮鸡蛋,水在锅里咕嘟咕嘟地沸腾着,热气腾腾。
我就好奇地盯着那个锅,心想这热到底是咋从火传到水里,又传到鸡蛋里的呢?这就是传热学在我们日常生活中的一个小体现。
二、传热的基本方式传热主要有三种基本方式,分别是热传导、热对流和热辐射。
先来说说热传导。
热传导就像是一群排着队传递消息的小朋友,一个接一个,热量从高温的地方顺着物体向低温的地方传递。
比如说,咱们冬天握着一根铁棍,手会感觉很冷,这就是因为热量从咱们热乎乎的手通过铁棍传到了温度更低的空气中。
热对流呢,就好比是一群调皮的小精灵在跳舞。
当流体(比如空气、水)有了温度差,它们就会流动起来,带着热量一起动。
想象一下,夏天吹风扇,风带走了我们身上的热量,让我们感觉凉快,这就是热对流在起作用。
热辐射可就厉害了,它不需要任何介质,就像超人一样,能直接“飞”过去。
太阳的热量就是通过热辐射传到地球上来的。
哪怕在真空中,热辐射也能畅通无阻。
三、热传导的计算热传导的计算有个公式,就像一把神奇的钥匙,能帮我们解开很多传热的谜题。
咱们来看这个公式:$Q = kA\frac{dT}{dx}$。
这里的 Q 表示热流量,k 是导热系数,A 是传热面积,dT/dx 是温度梯度。
举个例子,假如有一块铁板,厚度是 5 厘米,一面的温度是 100 摄氏度,另一面是 50 摄氏度,铁板的导热系数是 50 W/(m·K),面积是1 平方米。
那通过这块铁板的热流量是多少呢?咱们把数字代入公式算算看,就能得出答案啦。
四、热对流的类型热对流也有两种类型,分别是自然对流和强制对流。
自然对流就像是个自由散漫的家伙,它是由于流体内部温度不均匀,导致密度不同,从而引起的流动。
西安交通大学传热学课件7.pdf
)
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
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
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
u
x
传热学七(PDF)
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
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。
【传热学007传热学B第七讲(1)
3.
定性温度: t m
查各物性参数
1 2
t
tw
4. 适用范围:层流边界层
Re 5.0 105
超过这个值则不能使用
题型,求热流量φ
①tm②λ,Pr,ν(α,ρ,c)确定物参 ③Re④Nu=f(Re,Pr) ⑤Nu=hl/λ求h⑥Φ=hA△t
例题5—2 书P218 作业题5—20 书P227
Nu 2Nux 0.664 Re1 2 Pr 1 3
最常用,求解最终结果
2020/2/29
8
核心
Nu 0.664 Re1 2 Pr 1 3
※ 讨论
1. Nu hl 准则方程形式
称为努歇尔数
掌握定义形式、物理意义
物理意义:大小反映平均对流换热的强弱
沿着主流方向流过的长度
2. 特征长度 l :板长
§3 流体外掠平板对流换热分析解
一、微分方程组的一般形式
了解上课讲的内容
数学描写明白,PPT为主
假设:(1)二维 (2)不可压缩性 (3)稳定(稳态问题)
(4)常物性 (5)粘性耗散热忽略不计(类比摩擦生热) 时间短的如激光不适用
(一)质量守恒定律 (连续性方程(讲喷管时候用过))
u v 0 x y
u u v u 2u
x y y2
u
t x
v
t y
a
2t y 2
h t
t y y0
2020/2/29
未知变量
u、v
t
h
6
三、定解条件 无滑移边界条件
紧贴壁面处 y 0时u 0, v 0 主流区
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传热学 Heat Transfer
主要内容
凝结传热 凝结传热的模式 实验关联式 沸腾传热 沸腾传热的模式 影响因素及强化 热管 大容器饱和沸腾 层流膜状凝结分析解 影响因素及强化
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§7-13 凝结传热 Condensation heat transfer
l hx
gr hx 4l ( t s t w )x
2 l 3 l
1/4
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(4)整个竖壁的平均表面传热系数
1 l 4 h hx dx hx l l 0 3
gr l 2 l3 0.943 l l ts tw
u u l (u v ) 0 x y
考虑(7)忽略蒸汽密度
dp 0 dx
?
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考虑(5) 膜内温度线性分布,即 热量传递方式只有导热
t t u v 0 x y
传热学 Heat Transfer
u v x y 0 u u dp 2u l (u x v y ) dx l g l 2 y t t 2t u x v y al 2 y
l
4 qm
l
由热量守恒:
rqm hm ts tw l
4hml t s t w Re l r
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2、层流向湍流的转捩 (1) Re c 1600 (2)表面传热系数的计算
无波动层流
Re 20
有波动层流
xc h hl ht l
ts tw 定性温度: t m 2
1 4
注意:r 按 ts 确定
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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
gr hH 0.729 d( t t ) s w l
↘ g
l
边界条件:
y 0 时, u 0, t t w du y 时, 0, t t s dy
2 a d t 0 l 2 dy
l
d u 0 2 dy
2
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2、求解结果 (1) 速度、温度分布
tw ts
重力的作用下流动。 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。
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g
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3、说明 ( 1 ) h 珠 >h 膜
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孤立汽泡区 The region of isolated bubbles
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汽块区 The region of slugs and columns
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过渡沸腾 Transitional boiling regime
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Burnout will take place
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三、汽泡动力学简介 汽泡动力学(Bubble Dynamics) 汽泡的产生、成长、脱离过程 1、必须维持一定的过热度 浮升力=重力 表面张力=汽泡内外压力差
2R pv pl R 2
一、Nusselt的分析解
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
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边界层微分方程组:
2 R pv pl
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2、汽化核心
加热表面上凹坑、裂穴最有可能成为汽化核心 这些地方的过热度要保证
2 R pv pl
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3 汽泡的脱离直径和频率
D~ g pv pl
表面张力越大,越不容易脱离 浮升力越大,越容易脱离
Df a C a 0.5 , 1 , 2
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4、沸腾传热的数学模型
目前传热学研究的热点之一! Aggressive Creative Self-motivated
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§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
u v x y 0 u u dp 2u l (u x v y ) dx l g l 2 y t t 2t u x v y al 2 y
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考虑(3)液膜的惯性力忽略
2 l 3 l 1/4
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(3)假设8似乎没用到?
(4)定性温度
ts tw tm 2
注意:r 按 ts 确定
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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 hV 0.943 d l 0.77 d
2 l 3 l
竖直表面
gr h 1.13 l l t s t w
2 3 l l
14
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3、例7-1 压力为1.013×105Pa 的水蒸气在方形竖壁上凝 结。壁的尺寸为30cm×30cm,壁温保持98℃。 计算每小时的热换量及凝结蒸汽量。
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膜态沸腾film boiling
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Subcooled Pool Boiling
MEB on a heated wire
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2、工程指导 临界热流密度(Critical Heat Flux) qmax及相对 应的过热度t具有重要的意义 对于热流密度可 以控制的情况 对于壁温可以控 制的情况
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(1)水蒸气 ts=100C r (2)定性温度 液膜物性 (3)选用层流公式 竖直表面 (4)核算Re (5)换热量
gr h 1.13 l l t s t w
2 3 l l 14
(6)蒸汽凝结量
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§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。
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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
(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 (3)主要热阻 (4)凝结传热设备的设计依据:膜状凝结
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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
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l g 1 2 u y y l 2
t t w t s t w y
?
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(2) 液膜厚度 质量守恒
qm
0
l 2 g 3 l u dy 1 3l
l 2 g 2 dqm d l
1 4 1 4
l 50 d
hH 2.0 hV
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2、实验验证 (1)水平单管
(2)竖表面
gr h 1.13 l l t s t w
2 3 l l
14
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三、湍流膜状凝结
1、液膜的流态
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传热学 HeaLeabharlann Transfer(2)分类
饱和沸腾
过冷沸腾
强制对流沸腾
大容器沸腾(池沸腾)
↗
加热壁面沉 浸在具有自 由表面的液 体中所发生 的沸腾
二、大容器饱和沸腾
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