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《传热学》(第五版)

《传热学》(第五版)

第一章导热理论基础2已知:10.62()W m K λ=∙、20.65()W m K λ=∙、30.024()W m K λ=∙、40.016()W m K λ=∙求:'R λ、''R λ 解:2'3124124224259210 1.1460.620.650.016m K R W λσσσλλλ-⨯⨯⨯⨯⎛⎫∙=++=++⨯= ⎪⎝⎭'"232232560.265/0.650.024R m k W λσσλλ⨯⎛⎫=+=+=⋅ ⎪⎝⎭由计算可知,双Low-e 膜双真空玻璃的导热热阻高于中空玻璃,也就是说双Low-e 膜双真空玻璃的保温性能要优于中空玻璃。

5.6.已知:50mm σ=、2t a bx =+、200a =℃、2000b =-℃/m 2、45()Wm K λ=∙求:(1)0x q =、6x q = (2)v q解:(1)00020x x x dtq bx dx λλ====-=-= 3322452(2000)5010910x x x dtW q bx m dx σσσλλ-====-=-=-⨯⨯-⨯⨯=⨯(2)由220vq d t dx λ+=2332245(2000)218010v d t W q b m dxλλ=-=-=-⨯-⨯=⨯9.取如图所示球坐标,其为无内热源一维非稳态导热 故有:22t a t r r r r τ∂∂∂⎛⎫= ⎪∂∂∂⎝⎭00,t t τ==0,0tr r∂==∂ ,()f tr R h t t rλ∂=-=-∂ 10.解:建立如图坐标,在x=x 位置取dx 长度微元体,根据能量守恒有:x dx x Q Q Q ε++= (1)x dt Q dx λ=-+()x dx d dtQ t dx dx dxλ+=-++∙ 4()b b Q EA E A T Udx εεεσ===代入式(1),合并整理得:2420b fU d t T dx εσλ-= 该问题数学描写为:2420b f U d t T dx εσλ-= 00,x t T == ,0()x ldtx l dx ===假设的 4()b e x ldtfT f dx λεσ=-=真实的 第二章稳态导热3.解:(1)温度分布为 121w w w t t t t x δ-=-(设12w w t t >)其与平壁的材料无关的根本原因在 coust λ=(即常物性假设),否则t 与平壁的材料有关 (2)由 dtq dxλ=- 知,q 与平壁的材料即物性有关5.解: 2111222()0,(),w w ww d dt r dr drr r t t t t r r t t===>==设有:12124()11w w Q t t r r πλ=-- 21214F r r R r r λπλ-=7.已知:4,3,0.25l m h m δ=== 115w t =℃, 25w t =-℃, 0.7/()W m k λ=⋅ 求:Q解: ,l h δ ,可认为该墙为无限大平壁15(5)0.7(43)6720.25tQ FW λδ∆--∴==⨯⨯⨯= 8.已知:2220,0.14,15w F m m t δ===-℃,31.28/(), 5.510W m k Q W λ=⋅=⨯ 求:1w t解: 由 tQ Fλδ∆= 得一无限平壁的稳态导热312 5.510150.141520 1.28w w Q t t F δλ⨯=+=-+⨯=⨯℃ 9.已知:12240,20mm mmδδ==,120.7/(),0.58/()W m k W m k λλ=⋅=⋅3210.06/(),0.2W m k q q λ=⋅=求:3δ解: 设两种情况下的内外面墙壁温度12w w t t 和保持不变,且12w w t t >221313由题意知:1211212w w t t q δδλλ-=+122312123w w t t q δδδλλλ-=++再由: 210.2q q =,有121231212121230.2w w w w t t t t δδδδδλλλλλ--=+++得:123312240204()40.06()90.60.70.58mm δδδλλλ=+=⨯⨯+= 10.已知:1450w t =℃,20.0940.000125,50w t t λ=+=℃,2340/q W m ≤ 求:δ 解: 412,0.094 1.25102w w t t tq m m λλδ+∆==+⨯⨯41212[0.094 1.2510]2w w w w t t t t tmq qδλ+-∆==+⨯⋅ 44505045050[0.094 1.2510]0.14742340m +-=+⨯⨯⨯= 即有 2340/147.4q W m m mδ≤≥时有 11.已知:11120,0.8/()mm W m k δλ==⋅,2250,0.12/()mm W m k δλ==⋅33250,0.6/()mm W m k δλ==⋅求:'3?δ=解: '2121'3123112313,w w w w t t t t q q δδδδδλλλλλ--==+++由题意知:'q q =212tw 1tw 2q 11λ12λ23λ322即有:2121'3123112313w w w wt t t t δδδδδλλλλλ--=+++'33322λδδδλ=+ 0.6250505000.12mm =+⨯= 12.已知:1600w t =℃,2480w t =℃,3200w t =℃,460w t =℃ 求:123,,R R R R R R λλλλλλ解:由题意知其为多层平壁的稳态导热 故有: 14122334123w w w w w w w w t t t t t t t t q R R R R λλλλ----====∴112146004800.2260060w w w w R t t R t t λλ--===-- 223144802000.5260060w w w w R t t R t t λλ--===--33414200600.2660060w w w w R t t R t t λλ--===-- 14.已知:1)11012,40/(),3,250f mm W m k mm t δλδ==⋅==℃,60f t =℃ 220112,75/(),50/()h W m k h W m k λλ==⋅=⋅ 2)223,320/()mm W m k δλ==⋅ 3)2'23030,,70/()h W m k δδλλ===⋅求:123123,,,,,q q q k k k ∆∆∆ 解:未变前的122030102250605687.2/1113101754050f f t t q W m h h δλ---===⨯++++tw 1tw 4tw 2tw 3R 1R2R3R =R 1+R 2R3+t αt f221)21311121129.96/()1112101754050k W m k h h δλ-===⋅⨯++++ 21129.96(25060)5692.4/q k t W m =∆=⨯-= 21105692.45687.2 5.2/q q q W m ∆=-=-= 2)22321221129.99/()11131017532050k W m k h h δλ-===⋅⨯++++ 22229.99(25060)5698.4/q k t W m =∆=⨯-= 22205698.45687.211.2/q q q W m ∆=-=-= 3) 22330'101136.11/()131********k W m k h h δλ-===⋅⨯++++ 23336.11(25060)6860.7/q k t W m =∆=⨯-= 23306860.75687.21173.5/q q q W m ∆=-=-= 321q q q ∴∆∆>∆ ,第三种方案的强化换热效果最好 15.已知:35,130A C B mm mm δδδ===,其余尺寸如下图所示,1.53/(),0.742/()A C B W m k W m k λλλ==⋅=⋅求:R λ解:该空斗墙由对称性可取虚线部分,成为三个并联的部分R 1R 1R 1R2R3R 2R 2R3R311113222,A B C A B C R R R R RR R R R =++==++ 3321111311135101301020.1307()/1.53 1.53C A B A B C R R m k W δδδλλλ--⨯⨯∴=++=⨯+==⋅332322222335101301020.221()/1.530.742C A B A B C R m k W δδδλλλ--⨯⨯=++=⨯+=⋅2212115.0410()/1111220.13070.221R m k W R R λ-∴===⨯⋅⨯+⨯+16.已知:121160,170,58/()d mm d mm W m k λ===⋅,2230,0.093/()mm W m k δλ==⋅33140,0.17/(),300w mm W m k t δλ==⋅=℃,450w t =℃求:1)123,,R R R λλλ; 2) l q : 3) 23,w w t t . 解:1)4211111170lnln 1.66410()/2258160d R m k W d λπλπ-===⨯⋅⨯2222221117060lnln 0.517()/220.093170d R m k W d λδπλπ++===⋅⨯ 223332222111706080lnln 0.279()/2220.1717060d R m k W d λδδπλδπ++++===⋅+⨯+tw 1112323tw 4132R R R λλλ∴< 2) 2330050314.1/0.5170.279l i t t q W m R R R λλλ∆∆-====++∑ 3)由 121w w l t t q R λ-=得 4211300314.1 1.66410299.95w w l t t q R λ-=-=-⨯⨯=℃ 同理:34350314.10.279137.63w w l t t q R λ=+=+⨯=℃ 17.已知:1221211,,22m m d d δδλλ=== 求:'ll q q 解:忽略管壁热阻010121020122211ln ln 222d d R d d λδδδπλπλδ+++=++ '010122010122211ln ln 222d d R d d λδδδπλπλδ+++=++ '',l l t tq q R R λλ∆∆== (管内外壁温13,w w t t 不变)01012'20101'010*******22211lnln 22222211ln ln 222l l d d q R d d d d q R d d λλδδδπλπλδδδδπλπλδ+++++∴==+++++01010010101001241lnln 22241ln ln 22d d d d d d d d δδδδδδ++++=++++由题意知: 1001011[(2)]2m d d d d δδ=++=+ 2112011[(2)]32mm m d d d d δδ=++=+ 即:21010101232()m m d d d d d δδδ=⇒+=+⇒= (代入上式)3''15ln 3ln23 1.277ln 3ln 23l l q R q R λλ+∴===+ 即: '0.783l l q q ='21.7%l llq q q -∆==即热损失比原来减小21.7%。

传热学第五版课件完整版_图文

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接触热阻的定义:
接触热阻的影响因素: 粗糙度
挤压压力 硬度匹配情形 空隙中介质的性质
减小接触热阻的措施: 表面尽量平整 增加挤压压力
两表面一软一硬 涂导热姆
第七节 二维稳态导热
应用领域:房间墙角,地下埋管,矩形保温层,短肋片
二维稳态导热微分方程: 二维稳态导热问题的研究手段:
解析法 数值法 形状因子法
第i层与第i+1层之间接触面的温度:
二、第三类边界条件
常物性时导热微分方程组如下:
根据第一类边界条件时的结果: (此时壁温tw1和tw2为未知) 与以上两个边界条件共三式变形后 相加,可消去tw1和tw2,得:
单层平壁的热流密度:
多层平壁的热流密度:
第二节 通过复合平壁的导热
应用领域:空心砖,空斗墙
并解出其通解为 :
代入边界条件求出c1和c2,并代入通解,得出特解 :
等截面直肋的温度分布:
肋端过余温度:
肋片散热量:
当考虑肋端散热时,计算肋片散热量时可采用假想肋高 代替实际肋高 l
一维温度场假定的检验 :
请同学们思考一个问题:
肋高越大,肋的散热面积越大,因而采用 增加肋高的方法可以增加肋的散热量。这 种方法在实际换热器设计中是否可行?若 可行,是否会有某些局限性?
一、等截面直肋的导热
一维简化的假设条件: 肋片的高度l远大于肋片的厚度δ, 因而厚度方向温差很小,
负内热源的处理方法—— 将y方向的对流散热量 等效转化为负内热源
断面周长: 断面面积:
进行负内热源处理后等截面直肋导热微分方程组如下:
(假定肋端绝热)
定义 :

—— 过余温度

使导热微分方程齐次化 :

传热学基本知识PPT课件

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Qt1t2t3 t1t4
R1R2R3
R
通过各层的导热量相同, 各层导热所遵循的规律相同
2021
29
传热学基本知识
热传导
4、导热计算 3)单层圆筒壁的稳定热传导
特点:单层圆筒壁的导热面积不是常量,随圆
筒半径而变、同时温度也只是随半径而变。
Q t1 t2 R
t
A均
A均=2πr均L
r均
r2 r1 ln r2
导热分为两类
稳定导热:温度不随时间而变化的导热 不稳定导热:温度随时间而变化的导热
知识回顾
2021
23
传热学基本知识
热传导
2、傅里叶导热定律
热传导的速率与垂直于热流方向的表面积成正比,与壁面两侧的温差成正比,与壁厚成反比。
QAt1t2
q
Q A
t
Q
t
t R
A
Q 导热量,传热速率 , W;
导热动力 导热阻力
自然对流
泡状沸腾或泡核沸腾(传热系数大)
膜状沸腾
2021
36
蒸汽冷凝时的对流传热
蒸汽冷凝的对流传热
蒸汽是工业上最常用的热源,在锅炉内利用煤燃烧 时产生的热量将水加热汽化,使之产生蒸汽。蒸汽在饱 和温度下冷凝成同温度的冷凝水时,放出冷凝潜热,供 冷流体加热。
2021
37
蒸汽冷凝时的对流传热
(1) 蒸汽冷凝的方式
t t1t2 l n t1 t2 2021
当⊿t1/⊿t2<2时
⊿t=(⊿t1+⊿t2)/2
15
(2)双侧变温时的平均温度差
并流
逆流
错流
折流
①并流时的(对数)平均温度差

(完整PPT)传热学

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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。
热辐射基本概念和定律
普朗克定律
基尔霍夫定律
在热平衡状态的物体所辐射的能 量与吸收的能量之比与物体本身 物性无关,只与波长和温度有关。
给出了黑体辐射力随波长的分布 规律。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
黑体的全波长辐射力与温度的四 次方成正比。
热辐射定义
维恩位移定律
物体由于具有温度而辐射电磁波 的现象。
黑体的最大单色辐射力对应的波 长与绝对温度成反比。
流体物性
包括密度、粘度、导热系数等,影响流动状态和传热效率。
流动状态
层流或湍流,影响传热系数和温度分布。
传热表面形状和大小
影响流动边界层和传热面积,从而影响传热效率。
温度差
传热驱动力,温差越大,传热速率越快。
牛顿冷却定律及其应用
牛顿冷却定律
描述对流换热过程中,传热速率与温差之间的关系,即q = h(Tw - Tf),其中q为传热速率,h为对流换热系数,Tw和Tf 分别为壁面温度和流体温度。
(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

传热学完整课件PPT课件

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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
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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。
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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。
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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。

传热学第五版第十章

传热学第五版第十章

多孔金属板
6.改变能量传递方式:对流-辐射板
7.靠外力产生振荡,强化传热:
对流-辐射板
二、削弱传热的原则
1.覆盖热绝缘材料: (1)泡沫热绝缘材料: (2)超细粉末热绝缘材料: (3)真空热绝缘层:
保温瓶中的 真空热绝缘层
2.改变表面状况和材料结构: (1)采用选择性涂层增强对投入辐射的吸收, 同时削弱本身对环境的辐射换热损失: (2)附加抑制对流的元件: (3)在保温材料表面或内部添加憎水剂: (4)利用空气夹层隔热:
第二种情况:
h hc hr
物体处在对流与辐射热平衡状态:
tam t w t f
天空tam 0C
qc qr
结霜时地面温度 w 0C t
qr
qc
空气t f 0C
冬季地面结霜过程的热平衡
第三节 传热的增强和削弱
传热量计算式: =KAt
增加(降低)传热系数 增加(降低)传热面积 增加(降低)传热温差
换热器性能评价指标: 热力学性能、传热性能、阻力性能、机械性能、可靠性、经济性等
换热器性能评价方法: a.单一性能评价
传热量 消耗功率 性能指标 c.传热面积与其他性能比的评价—— 传热面积
b.传热量与功率消耗比的评价——
d.能量转换和利用性能比的评价
第十章重点: 1.肋壁传热和复合传热的计算
2.强化传热和削弱传热的手段 3.换热器及其计算
h2 A2 t w2 t f 2 h2 A2t w2,m t f 2
肋间面积 肋片面积 肋片平均温度
h2 A2t w 2,m t f 2 t w 2,m t f 2 肋片效率: f t w 2 t f 2 h2 A2 t w2 t f 2

第五版传热学课件

第五版传热学课件

3.三种常见情况的简化:1Biblioteka 1 Xa.两无限大平行灰平壁:
1, 2
AEb1 Eb 2 1 1 1
1
2
1, 2
A1 Eb1 Eb 2 1 A1 1 1 1 A2 2
2 ,1
c.空腔与空腔内很小的内包壁面:
A1 X 1, 2 A1 X 1,5 A1 X 1,6
Ai X i , j Aik X ik , jp ——角系数的分解性
k 1 p 1
n
m
复杂情况下角系数的确定方法
——在图9-18,9-19,9-20的基础上, 利用角系数三个特性,对适用范围进行拓展
X 1, 2 A1 X 2,1 A2
1.辐射换热量计算式:
1, 2
Eb1 Eb 2 1 1 1 1 2 1 A1 X 1, 2 A1 2 A2
2.系统发射率:
A1 Eb1 Eb 2 1, 2 S X 1, 2 A1 Eb1 Eb 2 1 1 A1 1 1 X A 1 1, 2 2 2 1 1 ——系统发射率 式中: S 1 1 1 X 1, 2 1 X 2,1 1 1 2
列出每个表面的辐射净热量方程
确定每两个表面间的角系数
三个黑表面组成空腔 的辐射网络图
方程组联立求解
重辐射面——参与辐射过程中没有净热量交换的绝热表面
重辐射面的特点:将投射过来的辐射能全部反射回去,并且是将 空间某一方向投射来的能量,转到空间的另一个方向上去。 重辐射面在网络图上的处理方法:不和外源相连接,形成浮动节点
n
——角系数的互换性

传热学全套PPT完整教学课件

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03
地面辐射和大气辐射
地面吸收太阳辐射后升温并向外发射辐射,大气层也会吸收和发射辐射
,形成地面-大气系统的辐射平衡。
辐射防护和节能措施
辐射防护原则
采取时间、距离和屏蔽等措施降低人 员受到的辐射剂量。
节能措施
采用高效保温材料、减少能源浪费、 提高能源利用效率等方法降低能源消 耗和减少环境污染。
05
蒙特卡罗法
介绍蒙特卡罗法的基本原理和应用范围,通过随机抽样模拟传热过程,适用于复杂系统的 传热分析。
THANKS
感谢观看
导热传热分析
一维稳态导热
温度分布规律
通过解析解或数值方法求 解一维稳态导热方程,得 到物体内部温度分布。
热流密度计算
根据温度梯度和导热系数 计算热流密度,分析热量 传递的强度和方向。
热阻概念及应用
引入热阻概念,分析热量 传递过程中的热阻大小及 影响因素。
多维稳态导热
多维温度场描述
通过多维稳态导热方程描述物体 内部温度分布,考虑多个方向上
两表面封闭系统辐射换热计算
通过求解辐射换热方程得到两表面间的辐射换热 量。
3
多表面封闭系统辐射换热计算
采用网络法或区域法等方法求解多表面间的辐射 换热量。
太阳辐射对地球影响
01
太阳常数和太阳光谱
描述太阳辐射强度和波长分布的物理量。
02
大气层对太阳辐射的削弱作用
包括吸收、散射和反射等作用,使得到达地面的太阳辐射减弱。
换热器设计与应用
换热器类型及工作原理
换热器类型
根据传热方式的不同,换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式三类。
工作原理
换热器通过间壁或混合方式实现热量从高温流体向低温流体的传递,以达到加 热或冷却的目的。

《传热学》电子课件

《传热学》电子课件

第1章绪论§1.1 传热学的研究内容及其应用四、传热学在科学技术各个领域中的应用3.3.温度控制温度控制温度控制::为使一些设备能安全经济地运行为使一些设备能安全经济地运行,,或者为得到优质产品为得到优质产品,,要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制部位的温度进行控制。

例如例如::电子器件的冷却航天器重返大气层时的热防护原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量:定律有:绪论第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流((热对流热对流))(Convection )4. 对流对流换热的特点换热的特点第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流((热对流热对流))(Convection )5. 对流对流换热量的计算换热量的计算换热量的计算------牛顿冷却定律牛顿冷却定律() w f ΦhA t t =− () w f q ΦA h t t ==−h —表面传热系数表面传热系数[[W/(m 2K)]Φ—热流量热流量[[W ],单位时间传递的热量q —热流密度热流密度[[W/m 2]A—与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积[[m 2 ]w t —固体壁表面温度固体壁表面温度[[o C ]f t —流体温度流体温度[[o C ]()f w ΦhA t t =− ()f w q ΦA h t t ==−流体受冷流体受热第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流((热对流热对流))(Convection )6. 表面传热系数表面传热系数((h )是过程量是过程量,,与具体的换热过程有关与具体的换热过程有关,,受许多因素影响第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流((热对流热对流))(Convection )7. 对流热阻=1h t t ΦR hA ∆∆= =1h t t q r h∆∆=wt ft ΦhR 有限面积对流热阻1h R hA=单位面积对流热阻1h r h=第。

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d 2t qV 0 2 dx
7.物性参数λ 、 ρ 、c均为常数,一维稳态温度场,无内热源:
d 2t 0 2 dx
第四节
通解
导热过程的单值性条件
特解
作用:用来对某一特定的导热过程进行进一步的具体说明
四种单值性条件:
几 何 条 件 时 间 条 件 物 理 条 件 边 界 条 件
δ,l,d……
q z
t z
第二节
导热系数
每种物质的导热系数可通过实验确定 常用物质可查表获取
一 般 规 律
固相>液相>气相 金属>非金属 晶体>无定形态 纯物质>有杂质物质 纯金属>合金
导热系数的主要影响因素:温度、压力
气体的导热系数:
随温度升高而增大(由于分子运动速度和比定容热容增大),
压力对其影响不大(密度增大但自由程减小)
第三节
导热微分方程式
研究目标:确定物体内的温度场
研究基础: 导热微分方程式=能量守恒定律+傅立叶定律 研究对象: 右 图 中 的 六 面 微 元 体
根据能量守恒定律: 导入和导出微元体的净热量+微元体中内热源的发热量 =微元体热能(内能)的增加
在一定时间dτ内: 导入微元体的净热量: 导出微元体的净热量:
t t t t c qV x x y y z z
——导热微分方程式
在几种特殊条件下对导热微分方程式的简化:
1.物性参数λ 、 ρ 、c均为常数:
q z dz q z q z dz z
q y
代入上式
再将傅立叶定律代入,得出: 三个方向导入与导出微元体的净热量:

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( 1 )稳态传热过程; ( 2 )非稳态传热过程。 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。) 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


.
§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

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二、第三类边界条件
常物性时导热微分方程组如下:










d r dt 0 dr dr
dt dr
r r1 h1 t f 1 t r r1
dt dr
r r 2 h2 t r r 2 t f 2
根据第一类边界条件时的结果:
dt tw1 tw2 1
1 1

2 2

i i

二、第三类边界条件
常物性时导热微分方程组如下:




dt
dx dt
dx
d 2t 0 dx 2 x0 h1 t f 1 t x0
x h2 t x t f 2
根据第一类边界条件时的结果: (此时壁温tw1和tw2为未知)
qx


t x
qy

t y
qz

t z
第二节 导热系数
每种物质的导热系数可通过实验确定
常用物质可查表获取

固相>液相>气相

金属>非金属

晶体>无定形态

纯物质>有杂质物质
纯金属>合金
导热系数的主要影响因素:温度、压力
气体的导热系数:
随温度升高而增大(由于分子运动速度和比定容热容增大), 压力对其影响不大(密度增大但自由程减小)
长度为l的圆筒壁的热阻:
1 ln d2
2l d1
单位管长单层圆筒壁的热流量:
ql

l

tw1 tw2 1 ln d2
2 d1

传热学基本知识ppt课件

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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。

传热学五版第六章

传热学五版第六章

2u 2u u u u p u v X 2 2 x x y x y
稳态流动:
u 0
体积力仅为重力:
X g
2u 根据量纲分析: 0 2 x u u p 2u v g 2 X方向动量方程简化为: u y x y x p 将: u 0 代入上式,得: x g f g y x
定型尺寸:管内径
迪图斯-贝尔特公式:
定性温度:全管长流体平均温度tf
迪图斯-贝尔特公式适用范围:流体和壁面温度差不很大,
l 10, Re f 10 4 , Pr f 0.7 ~ 160 d
西得和塔特公式:Nu f 0.023 Re 0f.8 Pr1 3 ( f w )0.14 f
二、外掠管束 优点:换热强 缺点:阻力大
叉排
两种管束 布置方式
顺排
优点:阻力小 缺点:换热差
Pr f n m 外掠圆管束准则关联式:Nu C Re f Pr f Pr w
定性温度:流体在管束中的平均温度 定性速度:管束中的最大流速
S1 ——相对管间距 S2
0.25
u u 2u u x v y g t t f y 2
自然对流层流边界层微分方程组:
t hx t x y w, x u v 0 x y u u 2u u g t t f v x y y 2 t t 2t u v a x y y 2
常热流边界时的定性温度: t f t w


8 27
2

第五版传热学课件第五章

第五版传热学课件第五章

冷凝器
锅炉
四、换热表面几何因素 (壁面尺寸、粗糙度、形状及与流体的相对位置)
定型尺寸——换热中有决定意义的尺寸,以此特征 尺寸作为分析计算的依据,能准确反映物体形状对 换热的影响
对流表面传热系数h的多参数函数
h f u, t w , t f , , c p , , , , l
根据牛顿冷却定律:
qx hx t w t f x hx t x
对流换热过程方程:
hx
y y , 其中=t t w t x w, x x w, x
t
二、连续性方程
推导依据——质量守恒定律
4个方程,4个未知数(h,u,v,t), 理论上存在唯一解, 可通过数学方法进行求解
求解结果
hx 0.332 Re1x 2 Pr1 3 局部表面传热系数: x
或可写成:Nux 0.332 Re1x 2 Pr1 3 ——准则方程
其中:
c p ——无量纲物性 普朗特准则 Pr a
第三节 边界层换热微分方程组
研究目的—— 简化对流换热微分方程组
一、流动边界层
1.定义:
Ludwig Prandtl (1875-1953)
距离壁面

u 0.99u
处以内的流体层
2.流动边界层的5个特点:
(1)边界层的厚度较之定型尺寸为极小量 (2)边界层内速度梯度很大
l
u u y x
对流换热情况分类
第二节 对流换热微分方程组
对流换热问题总的求解步骤(二维不可压缩牛顿型流体)
已知条件
动量方程
速度场
能量方程
温度场
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1-2 傅立叶定律
——确定了热流矢量和温度梯度的关系
q=-λgradt W/m2
(负号表示热流矢量的方向和温度梯度的方向相反)
在三个坐标轴上热流密度分量的描述
Baron Jean Baptlste Joseph Fourier(1768-1830)
qx


t x
qy

t y
qz

q dt tw1 tw2 dx
与以上两个边界条件共三式变形后 相加,可消去tw1和tw2,得:
单层平壁的热流密度:
q
tf1 tf2
1 1
k tf1 tf2
h1 h2
多层平壁的热流密度:
q
tf1 tf 2
1 n i
1
h1 i1 i h2
1.物性参数λ 、 ρ 、c均为常数:
t


c

2t x2

2t y 2

2t z 2

qV
c
a2t
qV
c
定义:热扩散率 a
c
表征物体被加热或冷却时,物体内各部分温度趋向均匀一致的能力
2.物性参数λ 、 ρ 、c均为常数,无内热源:
t a2t
常物性时导热微分方程组如下:










d r dt 0 dr dr
dt dr
r r1 h1 t f 1 t r r1
第三节 通过圆筒壁的导热
应用领域:管道
蒸汽管 热水管(95 ℃ ~70 ℃ ,60 ℃ ~45 ℃ ) 冷冻水管(7 ℃ ~12 ℃ )
蒸汽管道保温层
请同学们动脑筋思考:
管道保温层越厚,保温效果一定越好吗?
一、第一类边界条件 1.单层圆筒壁:
一维简化的假设条件—— 长度远大于壁厚,温度场轴对称
常物性时导热微分方程组如下:
一个导热问题的完整描述=导热微分方程+单值性条件
第一章重点: 1.傅立叶定律的理解 2.导热系数的理解和保温材料 3.导热微分方程的选择和简化 4.边界条件的判断
第二章 稳态导热
导热微分方程:t

c

2t x2

2t y 2

2t z 2

qV
c
a2t
r2

t w1

t w1 t w2 ln r1
r2
ln r1
将c1和c2代入导热微分方程,得到:
单层圆筒壁的温度分布:
r
ln
t tw1
tw1 tw2
r1 ln r2r1来自通常更多情况下用直径代替半径:
ln d
t tw1 tw1 tw2
d1 ln d2
d1
将第一次积分的结果:
t
d 2t dx 2
x0
t
0
w1
t x t w2

积分两次,得: t c1x c2
代入边界条件解出C1和C2:
c1


t w1


tw2
c2 tw1
将C1和C2代入导热微分方程,得到:
单层平壁的温度分布:t

t w1

t w1
tw2

x
上式对x求导,得到:
t z
第二节 导热系数
每种物质的导热系数可通过实验确定
常用物质可查表获取

固相>液相>气相

金属>非金属

晶体>无定形态

纯物质>有杂质物质
纯金属>合金
导热系数的主要影响因素:温度、压力
气体的导热系数:
随温度升高而增大(由于分子运动速度和比定容热容增大), 压力对其影响不大(密度增大但自由程减小)

理 条
λ,ρ,c……


界 导热过程与周围环境

相互作用的条件

传热学中的四种边界条件:
一类边界(常壁温边界):
t s tw
二类边界(常热流边界):
qs
qw
或 t n
s

qw

二类边界的特殊情况——绝热边界
出现场合:对称边界,长肋肋端
t n
s
0
三类边界(对流边界):
q t n
随温度升高而增大(由于晶格振动加强)
保温材料:
平均温度不高于350℃ 、导热系数不大于0.12W/m•K的材料
玻璃棉
橡塑
聚氨酯泡沫塑料
表观导热系数: 考虑多孔材料孔隙内介质时,反映材料综合导热性能的导热系数
保温材料保温性能的影响因素:
a.空隙度: 过小:保温性能下降(因为非金属的导热系数大于空气的导热系数) 过大:保温性能下降(因为孔隙连通导致孔隙内对流作用加强) b.湿度: 过大:保温性能下降(因为水的导热系数大于空气,且会形成更强烈对流)

d r dt dr dr
t r r1
t w1
0

t r r2 tw2

积分一次,得:
r
dt dr

c1
再积分一次,得: t c1 ln r c2
代入边界条件解出C1和C2:

c1

t w1 t w2 ln r1
c2
两种处理方法结果并不完全相同,但均为合理结果 原因:将二维导热问题简化为一维导热问题,无论采取简化方法, 都必然会产生一定误差
复合平壁导热问题的注意点:
1.区域划分一定要合理,保证每个区域形状完全相同 2.每个单元的热阻必须使用总热阻,不能使用单位面积热阻 3.对于各部分导热系数相差较大的情况,总热阻必须用二维 热流影响的修正系数(教材表2-1)加以修正
qV
c
稳态时满足: t 0

常物性、稳态导热微分方程: 2t qV 0
无内热源时常物性、稳态导热微分方程: 2t 0
第一节 通过平壁的导热
应用领域:墙壁、锅炉壁面
一、第一类边界条件
1.单层平壁:
一维简化的假设条件:高度、宽度远大于厚度 常物性时导热微分方程组如下:


qz z
dxdydzd

z


t z
dxdydzd

三式相加,得出: a.导入与导出微元体的总净热量:
x


t x


y


t y


z


t z
dxdydzd

b.内热源的发热量:
qV dxdydzd
d 2t dx 2
qV

0
7.物性参数λ 、 ρ 、c均为常数,一维稳态温度场,无内热源:
d 2t dx2
0
第四节 导热过程的单值性条件
作用:用来对某一特定的导热过程进行进一步的具体说明
通解
特解
四种单值性条件:



δ,l,d……


间 条 件
t 0 f x, y, z
仅在非稳态导热过程中存在
导出微元体的净热量:
d xdx qxdxdydzd d ydy qydydxdzd d zdz qzdzdxdyd
q xdx

qx

q x x
dx
将微分的定义式: qydy

qy

q y y
dy
q z dz

qz

qz z
dz
再将傅立叶定律代入,得出:
s
h t s t f
四类边界(接触面边界):
t1 s t2 s

1
t1 n
s
2
t2 n
s
四种边界条件的已知条件: 一类:已知物体壁面温度tw 二类:已知穿过物体边界的热流密度qw (热流密度为0时为绝热边界) 三类:已知物体边界面周围的流体温度tf和 边界面与流体之间的表面传热系数h 四类:已知相邻物体与本物体接触面处的温 度t2或热流密度q2
dt tw1 tw2 dx
单层平壁的热流密度: q dt tw1 tw2
dx

2.多层平壁——可看作数个单层平壁相互串连
n层平壁的热流密度:
q

tw1
tw,n1
n i
i1 i
第i层与第i+1层之间接触面的温度:
t w,i 1
tw1

q
第二节 通过复合平壁的导热
应用领域:空心砖,空斗墙
请同学们动脑筋思考: 空斗墙和空心砖内均存在导热系数很小的 空气孔隙,因而保温性能一定会很好吗? 为什么?
一维简化的假设条件: 组成复合平壁的各种不同材料的导热系数相差不是很大
近似计算式:


t
R
总导热热阻的计算方法——划分单元,模拟电路
第三节 导热微分方程式
研究目标:确定物体内的温度场 研究基础: 导热微分方程式=能量守恒定律+傅立叶定律 研究对象:
右 图 中 的 六 面 微 元 体
根据能量守恒定律: 导入和导出微元体的净热量+微元体中内热源的发热量 =微元体热能(内能)的增加
在一定时间dτ内:
导入微元体的净热量:
d x qx dydzd d y qydxdzd dz qzdxdyd
dt tw1 tw2 1
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