傳熱學(xué)復(fù)習(xí)1.2章

1、傳熱學(xué)導(dǎo)熱模塊復(fù)習(xí)傳熱學(xué)導(dǎo)熱模塊復(fù)習(xí)制作人：藍(lán)文清制作人：藍(lán)文清 馮育維馮育維傳熱學(xué)傳熱學(xué)傳熱學(xué)傳熱學(xué)的簡(jiǎn)介的簡(jiǎn)介傳熱的傳熱的分類分類思考與思考與提高提高背景背景穩(wěn)態(tài)熱穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)傳導(dǎo)非穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)按溫度按溫度變化分變化分類類有無(wú)內(nèi)有無(wú)內(nèi)熱源熱源三個(gè)目三個(gè)目的的三種方三種方式式按維度按維度分分集中參集中參數(shù)法數(shù)法查表法查表法和公式和公式法法溫度分溫度分布函數(shù)布函數(shù)知識(shí)結(jié)構(gòu)框架圖：知識(shí)結(jié)構(gòu)框架圖：第一章：緒論第一章：緒論l1.1 傳熱學(xué)的簡(jiǎn)單介紹l1.2 傳熱學(xué)的三大任務(wù)l1.3 傳熱三種途徑l1.4 混合傳熱傳熱學(xué)的簡(jiǎn)單介紹：傳熱學(xué)的簡(jiǎn)單介紹：l生活中關(guān)于傳熱的現(xiàn)象大家并不少見，衣、食

2、、住、行等生活中關(guān)于傳熱的現(xiàn)象大家并不少見，衣、食、住、行等都涉及到傳熱的問(wèn)題。都涉及到傳熱的問(wèn)題。l既然熱的傳遞在生活中到處都存在著，那么如果能夠系統(tǒng)既然熱的傳遞在生活中到處都存在著，那么如果能夠系統(tǒng)的研究傳熱的特征及規(guī)律，就能達(dá)到節(jié)能以及提高經(jīng)濟(jì)效的研究傳熱的特征及規(guī)律，就能達(dá)到節(jié)能以及提高經(jīng)濟(jì)效率。率。l假如能夠發(fā)明一件衣假如能夠發(fā)明一件衣 服，服， 能夠按照人體體溫來(lái)調(diào)節(jié)能夠按照人體體溫來(lái)調(diào)節(jié) 保暖程度，那么不是很方便？保暖程度，那么不是很方便？傳熱學(xué)的三大任務(wù)：（主要目的）傳熱學(xué)的三大任務(wù)：（主要目的）l強(qiáng)化傳熱。例如夏天時(shí)開空調(diào)，把室內(nèi)的熱量強(qiáng)制性的排出室外。l削弱傳熱。例如某些裝

3、置要求儲(chǔ)熱性能好，最常見的是保溫瓶，比較保溫性能的好壞用單位時(shí)間的傳熱量來(lái)比較。 越小，代表保溫性能好。l溫度控制。為使一些設(shè)備能安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，或者為得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，要對(duì)物體關(guān)鍵的部位的溫度進(jìn)行控制。例如：溫室大棚（種植蔬菜）。那么學(xué)習(xí)傳熱學(xué)有什么用？那么學(xué)習(xí)傳熱學(xué)有什么用？傳熱學(xué)主要研究什么？傳熱學(xué)主要研究什么？熱量傳遞的動(dòng)力？熱量傳遞的動(dòng)力？答：答：學(xué)好傳熱學(xué)，我們就能掌控好傳熱的過(guò)程及程度。學(xué)好傳熱學(xué)，我們就能掌控好傳熱的過(guò)程及程度。傳熱學(xué)主要研究如何控制溫度，控制傳熱量。從而達(dá)到能量的最高利用率。傳熱學(xué)主要研究如何控制溫度，控制傳熱量。從而達(dá)到能量的最高利用率。溫差是熱量傳遞的動(dòng)力。溫

4、差是熱量傳遞的動(dòng)力。于是，只要掌握溫度分布函數(shù)，就能夠?qū)崿F(xiàn)傳熱學(xué)的三大目的。于是，只要掌握溫度分布函數(shù)，就能夠?qū)崿F(xiàn)傳熱學(xué)的三大目的。傳熱三種途徑：傳熱三種途徑：熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)熱對(duì)流熱對(duì)流熱輻射熱輻射流體的宏觀運(yùn)動(dòng)流體的宏觀運(yùn)動(dòng)引起流體各部分引起流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位之間發(fā)生相對(duì)位移，冷、熱流體移，冷、熱流體相互摻混導(dǎo)致熱相互摻混導(dǎo)致熱量傳遞過(guò)程。量傳遞過(guò)程。（必然伴隨有熱（必然伴隨有熱傳導(dǎo)現(xiàn)象）傳導(dǎo)現(xiàn)象）物體因熱的物體因熱的原因而發(fā)出原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)輻射能的現(xiàn)象。象。依靠分子、原依靠分子、原子及自由電子子及自由電子等微觀粒子熱等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱能傳遞過(guò)程。熱能傳遞過(guò)程。

5、宏觀上無(wú)相對(duì)宏觀上無(wú)相對(duì)位移位移。熱傳導(dǎo)：熱傳導(dǎo)： 傅里葉定律：l單位： W l熱流密度l W/(m.K)l物理意義： 單位時(shí)間帶走的能量 。 單位時(shí)間l單位面積的能量l傳遞方向：溫度： l如果溫度t沿x正方向增加時(shí)，熱量從x負(fù)方向傳遞。反之亦然。dxdtA)(KmW/dxdtAqqSJ /)/(2smJ初末t-t熱對(duì)流：熱對(duì)流：l牛頓冷卻公式：l熱流密度：l表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：h。l單位: l影響因素：五大影響因素。l1.流動(dòng)起因。 2.有無(wú)相變。l3.流動(dòng)狀態(tài)。 4.物理性質(zhì)。l5.換熱表面幾何因素。）小大t -(thAthq)/(2KmWh熱輻射：熱輻射：l斯忒藩-玻爾茲曼定律：l對(duì)象：黑體。

6、 l實(shí)際大多數(shù)物體不是黑體，采用修正形式：l適用對(duì)象：大多數(shù)物體。l式中：T為熱力學(xué)溫度，K。l 為一常數(shù)，黑體輻射常數(shù)，數(shù)值為：lA為輻射面積， 。l l 為物體的發(fā)射率，又稱黑度，數(shù)值上恒小于1。4TA4TA）428/(1067. 5KmW2m熱輻射：熱輻射：l注意：斯忒藩-玻爾茲曼定律中的 是物體自身向外輻射的熱流量，而不是輻射傳熱量。l輻射傳熱量就是指物體間相互輻射和吸收的總效果。l常見模型：表面積為 l表面溫度為 l發(fā)射率為 l的物體被表面溫度為 l的空腔包容，l輻射換熱量為：1A1T12T)(424111TTA混合傳熱混合傳熱l傳熱過(guò)程。（特指）l表達(dá)式：l簡(jiǎn)化成：)(111wft

7、tAh)(21wwttA)(222fwttAh212111)(hhttAffK K稱為傳熱系數(shù)，則簡(jiǎn)化為：稱為傳熱系數(shù)，則簡(jiǎn)化為：l單位為：l傳熱過(guò)程的總傳熱系數(shù)：K。l類比電阻，串聯(lián)相加。)(21ffttAk)/(2KmW21111hhK第二章：穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)第二章：穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)l2.1 導(dǎo)熱基本定律導(dǎo)熱基本定律傅里葉定律傅里葉定律l2.2 從數(shù)學(xué)角度分析導(dǎo)熱問(wèn)題從數(shù)學(xué)角度分析導(dǎo)熱問(wèn)題l2.3 典型一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的分析解典型一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的分析解l2.4 通過(guò)肋片的導(dǎo)熱通過(guò)肋片的導(dǎo)熱2.1 2.1 導(dǎo)熱基本定律導(dǎo)熱基本定律傅里葉定律傅里葉定律l1.1 導(dǎo)熱機(jī)理：固體、氣體、液體。l1.2 溫度

8、場(chǎng)：l 物體的溫度場(chǎng)是坐標(biāo)與時(shí)間的函數(shù)，即l 穩(wěn)態(tài)溫度分布函數(shù)：l1.3 導(dǎo)熱基本定律傅里葉導(dǎo)熱定律l1.4 導(dǎo)熱系數(shù)),(zyxft ),(zyxft xtA|nxtq2.2 2.2 導(dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描寫導(dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描寫l2.1 導(dǎo)熱微分方程l有內(nèi)熱源 l三維l非穩(wěn)態(tài)l能量守恒方程：l進(jìn)去的能量+自產(chǎn)的能量l出去的能量+保留的能量=由此可得導(dǎo)熱微分方程：由此可得導(dǎo)熱微分方程：l根據(jù)對(duì)應(yīng)條件可化簡(jiǎn)：（1） 為常數(shù)時(shí)：（2）一維，穩(wěn)態(tài)，無(wú)內(nèi)熱源，常物性：)()()(cztzytyxtxtcztytxtat)(222222022dxtd2.2 2.2 定解條件：定解條件：l導(dǎo)熱問(wèn)題常見的三類邊界條

9、件：l（1）規(guī)定了邊界的溫度，為第一類邊界條件規(guī)定了邊界的溫度，為第一類邊界條件。l 對(duì)非穩(wěn)態(tài)： 時(shí)， l（2）規(guī)定了邊界上的熱流密度值，為第二類。規(guī)定了邊界上的熱流密度值，為第二類。l l 時(shí) l（3）規(guī)定了邊界上物體與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h及周圍流體的溫度 為第三類邊界條件。 常數(shù)wt0)(1ftw常數(shù)wq0)()(2fntwft)()(fwwtthnt2.3 2.3 熱擴(kuò)散率的物理意義熱擴(kuò)散率的物理意義l熱擴(kuò)散率的定義：l（1）分子中有導(dǎo)熱系數(shù) 越大，越容易導(dǎo)熱， 也越大。l（2）分母是 ， 越小，溫度上升 所吸收的熱量就越小，就可省下更多熱量傳給物體內(nèi)部。l故熱擴(kuò)散率是衡量物體溫度

10、變化傳播快慢的指標(biāo)。caaccc12.3 2.3 典型一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的分析解典型一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的分析解l1.單層平壁，無(wú)內(nèi)熱源、穩(wěn)態(tài)、常物性。l邊界條件：l得溫度分布函數(shù)：l根據(jù)傅里葉定律表達(dá)式有：l從而有：022dxtd21,;, 0ttxttx112txttttdxdtqtA物理意義物理意義 類比：歐姆定律。l則 為轉(zhuǎn)移過(guò)程的動(dòng)力， 為轉(zhuǎn)移過(guò)程的阻力，l 為導(dǎo)熱過(guò)程的轉(zhuǎn)移量。l阻力就是傳熱過(guò)程中的熱阻，可l類比電阻，串聯(lián)相加。l多層平壁：多層平壁：過(guò)程的阻力過(guò)程的動(dòng)力過(guò)程中的轉(zhuǎn)移量 t)/(A33221141ttq2.3.2 2.3.2 通過(guò)圓筒壁的導(dǎo)熱通過(guò)圓筒壁的導(dǎo)熱l1.單層圓筒壁

11、：l導(dǎo)熱微分方程及邊界條件：l可求得溫度分布函數(shù)，對(duì)時(shí)間求導(dǎo)后l再結(jié)合傅里葉定律得：l導(dǎo)熱量：0)(drdtrdrd2211,ttrrttrr)/ln(1221rrttrdrdtq)/ln()(221221rrttrlrlql由熱阻定義得：l傳熱面積為圓筒的側(cè)面積：2.多層圓筒壁： 類比多層平壁，熱阻疊加。lddtR2)/ln(1233422311241/ )/ln(/ )/ln(/ )/ln()(2ddddddttlrl22.4 2.4 通過(guò)肋片的導(dǎo)熱通過(guò)肋片的導(dǎo)熱 l把增加換熱面積來(lái)增加換熱量肋片。l合理簡(jiǎn)化：l（1）把對(duì)流與輻射包含在內(nèi)的復(fù)合對(duì)流換熱系數(shù) h。l（2）導(dǎo)熱系數(shù)、表面?zhèn)鳠嵯?/p>

12、數(shù)、橫截面積均為常數(shù)。l（3）溫度在垂直長(zhǎng)度方向不發(fā)生變化，且表面換熱熱阻遠(yuǎn)大于肋片中的導(dǎo)熱熱阻，故同一截面默認(rèn)溫度均勻。l（4）肋片頂端溫度不變（即絕熱）。通過(guò)等截面直肋的導(dǎo)熱通過(guò)等截面直肋的導(dǎo)熱由此可得導(dǎo)熱微分方程：由此可得導(dǎo)熱微分方程：l內(nèi)熱源 要進(jìn)一步確定，l取微元段dx，截面周長(zhǎng)為P。l表面總散熱量l微元體積 ，折算源項(xiàng)：l 式中負(fù)號(hào)表示肋片向壞境散熱l化簡(jiǎn)得：l邊界條件：022dxtd)()(tthPdxsdxAcccsAtthPdxA)(cAtthPdxtd)(220,;, 00dxdtHxttx2.4 2.4 肋效率與肋面總效率肋效率與肋面總效率l1.等截面直肋的效率l l2.肋面總效率式中 為肋片表面積，兩個(gè)肋片根部之間的根部表面積為 。l肋片總效率高于肋片效率。基溫度下的散熱量假設(shè)整個(gè)肋表面處于肋實(shí)際