9傳熱學(xué)-總復(fù)習(xí)ppt課件

1、1傳熱學(xué)總復(fù)習(xí)傳熱學(xué)總復(fù)習(xí)能源工程系能源工程系2熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))、對(duì)流(熱對(duì)流)和熱輻射第一章：第一章：2mW ddxtAq21wwttAw )(fwtthAw/m )( 2fwtthAq4TA4Tq4TA)(424111TTA 主要公式主要公式3第二章：第二章：主要概念：主要概念：等溫面、等溫線等溫面、等溫線a) a) 溫度不同的等溫面或等溫線彼此不能相交溫度不同的等溫面或等溫線彼此不能相交b) b) 在連續(xù)的溫度場(chǎng)中，等溫面或等溫線不會(huì)中斷，它們或者是物體中完全封在連續(xù)的溫度場(chǎng)中，等溫面或等溫線不會(huì)中斷，它們或者是物體中完全封閉的曲面（曲線），或者就終止與物體的邊界閉

2、的曲面（曲線），或者就終止與物體的邊界c) c) 等溫面上沒有溫差，不會(huì)有熱量傳遞；而沿著等溫面法向?qū)⒂凶畲鬁囟茸兊葴孛嫔蠜]有溫差，不會(huì)有熱量傳遞；而沿著等溫面法向?qū)⒂凶畲鬁囟茸兓驶薀釋?dǎo)率數(shù)值上等于在熱導(dǎo)率數(shù)值上等于在單位溫度梯度單位溫度梯度作用下物體內(nèi)所產(chǎn)生的作用下物體內(nèi)所產(chǎn)生的熱流密度矢量的模熱流密度矢量的模4保溫材料：國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，溫度低于保溫材料：國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，溫度低于350350攝氏度時(shí)熱導(dǎo)攝氏度時(shí)熱導(dǎo) 率小于率小于0.12W/(mK) 0.12W/(mK) 的材料（絕熱材料）的材料（絕熱材料）導(dǎo)熱微分方程的定義：根據(jù)導(dǎo)熱微分方程的定義：根據(jù)能量守恒定律能量守恒定律與與傅立葉定律

3、傅立葉定律，建立導(dǎo)熱物體中的，建立導(dǎo)熱物體中的溫溫度場(chǎng)度場(chǎng)應(yīng)滿足的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為應(yīng)滿足的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為導(dǎo)熱微分方程導(dǎo)熱微分方程。 熱擴(kuò)散率：材料傳播溫度變化能力大小的指標(biāo)。表征物體被加熱或冷卻時(shí)，物體熱擴(kuò)散率：材料傳播溫度變化能力大小的指標(biāo)。表征物體被加熱或冷卻時(shí)，物體內(nèi)各部分溫度趨向于均勻一致的能力。內(nèi)各部分溫度趨向于均勻一致的能力。a a反映了導(dǎo)熱過程中材料的導(dǎo)熱能力（反映了導(dǎo)熱過程中材料的導(dǎo)熱能力（ ）與沿途物質(zhì)儲(chǔ)熱能力（）與沿途物質(zhì)儲(chǔ)熱能力（ c c ）之間的）之間的關(guān)系。關(guān)系。ca5邊界條件：說明導(dǎo)熱體邊界上過程進(jìn)行的特點(diǎn)。反映過程與周圍環(huán)境相互作用的邊界條件：說明導(dǎo)熱體邊界上過

4、程進(jìn)行的特點(diǎn)。反映過程與周圍環(huán)境相互作用的條件條件（Boundary conditionsBoundary conditions）邊界條件可分為三類：第一類、第二類、第三類邊界條件邊界條件可分為三類：第一類、第二類、第三類邊界條件例題：例題：試分別用數(shù)學(xué)語言及傳熱學(xué)術(shù)語說明導(dǎo)熱問題三種類型的邊界條件。 答：第一類邊界條件：規(guī)定了邊界上的溫度值。 當(dāng) 0時(shí)， 第二類邊界條件：規(guī)定了邊界上的熱流密度值。 當(dāng) 0時(shí)， 第三類邊界條件：規(guī)定了邊界上物體與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 及周圍流體的溫度 當(dāng) 0時(shí)，)(1fTw)(2fnTwfTh)(fwwTThnT6接觸熱阻接觸熱阻:導(dǎo)熱過程中，由于兩固體表

5、面未能緊密接觸，而引起的附加傳導(dǎo)熱過程中，由于兩固體表面未能緊密接觸，而引起的附加傳遞熱阻遞熱阻.基溫度下的散熱量假設(shè)整個(gè)肋表面處于肋實(shí)際散熱量肋片效率0肋面總效率肋面總效率:表示有效傳熱面積與總傳熱面積之比frffrAAAA07)()()(ztzytyxtxtc非穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散項(xiàng)擴(kuò)散項(xiàng)源項(xiàng)源項(xiàng)112txttt21ttA主要公式：主要公式：niiinniinttrttq11111133221141ttq多層平壁的導(dǎo)熱熱阻分析法多層平壁的導(dǎo)熱熱阻分析法8)ln()ln()(121211rrrrttttwwwW 2)ln( 2211221RttlrrttrlqwwwwmW ln21W ln2111

6、)1(111)1(1niiiinwwlniiiinwwrrttqrrLtt9dttxAdxttxx2121)()(求解變截面變導(dǎo)熱系求解變截面變導(dǎo)熱系數(shù)的通式數(shù)的通式)(ch)(ch0)()(0mHxHmeeeemHmHxHmxHm10練習(xí)題練習(xí)題1：爐墻壁由三層材料組成。有內(nèi)到外，第一層是耐火磚，導(dǎo)熱系數(shù)1.7 W/（m），允許的最高使用溫度為1450；第二層是絕熱磚，導(dǎo)熱系數(shù)0.35 W/（m），允許的最高使用溫度為1100；第三層是鐵板，厚度6mm，導(dǎo)熱系數(shù)40.7 W/（m）。爐壁內(nèi)表面溫度1350，外表面溫度220，熱穩(wěn)定狀態(tài)下，通過爐壁的熱流密度4652W/m2。試問，各層壁應(yīng)該多

7、厚才能使?fàn)t壁的總厚度最??？11 解：為了使?fàn)t壁總厚度最小，就要把導(dǎo)熱系數(shù)小的絕熱磚層的厚度，在允許的使用溫度范圍內(nèi)盡可能做大些。 因絕熱磚的最高使用溫度是1100，所以把耐火磚層和絕熱磚層的界面溫度設(shè)為1100 由單層平壁導(dǎo)熱公式： tq11)(111ttq)11001350(46527 . 1mmm91091. 0 又根據(jù)多層平壁公式： 33222ttq7 .40006. 035. 0220110046522mmm66066. 02即當(dāng)耐火磚厚度為91mm、絕熱磚為66mm時(shí)，爐壁的總厚度為最小，此時(shí) mm163321min12練習(xí)題練習(xí)題2：爐墻由耐火磚和紅磚兩層組成，厚度均為200mm，

8、導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.6W/m和0.4W/m，爐墻內(nèi)、外側(cè)壁溫分別為700和90，試求： (1) 通過爐墻的熱流密度； (2) 兩層接觸面的溫度。 解：根據(jù)題意以及已知條件有 3 .7324 . 02 . 06 . 02 . 0900700221131wwttqW/m2 1121wwttq4566 . 02 . 03 .7327001112qttww 13在涉及熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的傳熱過程中，熱阻是一個(gè)非常重要的概念，它的大小與 等因素有關(guān)。單位面積上的熱阻的單位是 。 流體的性質(zhì)、流動(dòng)情況、固體壁材料以及形狀； m2./W 14第三章：第三章：主要概念：主要概念：簡(jiǎn)述非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本特點(diǎn)簡(jiǎn)述非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)

9、熱的基本特點(diǎn) ？（1）隨著導(dǎo)熱過程的進(jìn)行，導(dǎo)熱體內(nèi)溫度不斷變化。（好像溫度會(huì)從物體的一部分逐漸向另一部分轉(zhuǎn)播一樣，習(xí)慣上稱為導(dǎo)溫現(xiàn)象。這在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中是不存在的。） （2）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中導(dǎo)熱體自身參與吸熱（或放熱），即導(dǎo)熱體有儲(chǔ)熱現(xiàn)象，所以即使對(duì)通過平壁的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱來說，在與熱流方向相垂直的不同截面上的熱流量也是處處不等的，而在一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中通過各層的熱流量是相等的。（3）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中的溫度梯度及兩側(cè)壁溫差遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。 15兩個(gè)不同的階段：兩個(gè)不同的階段：非正規(guī)狀況階段：初始溫度非正規(guī)狀況階段：初始溫度正規(guī)狀況階段：邊界條件及物性參數(shù)正規(guī)狀況階段：邊界條件及物性參數(shù)畢渥數(shù)：表征內(nèi)部導(dǎo)熱

10、熱阻與外部對(duì)流傳熱熱阻的比值畢渥數(shù)：表征內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與外部對(duì)流傳熱熱阻的比值hhrrBih122Flol a換熱時(shí)間邊界熱擾動(dòng)擴(kuò)散到 面積上所需的時(shí)間Fo數(shù)物理意義可以理解為兩個(gè)時(shí)間間隔相除所得的無量綱時(shí)間，數(shù)物理意義可以理解為兩個(gè)時(shí)間間隔相除所得的無量綱時(shí)間， Fo越大，越大，熱擾動(dòng)就能越深入地傳播到物體內(nèi)部，因而，物體各點(diǎn)地溫度就越接近周熱擾動(dòng)就能越深入地傳播到物體內(nèi)部，因而，物體各點(diǎn)地溫度就越接近周圍介質(zhì)的溫度。圍介質(zhì)的溫度。Fo數(shù)數(shù)無量綱時(shí)間無量綱時(shí)間16VchAetttt00vvFoBiVchAee0hAVc時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)主要公式：主要公式：17第五章：第五章：主要概念：主要概念：

11、建立了對(duì)流傳熱系數(shù)與溫度場(chǎng)的關(guān)系式建立了對(duì)流傳熱系數(shù)與溫度場(chǎng)的關(guān)系式)C(mW 2,xwwxyttth流動(dòng)邊界層（速度邊界層）：流動(dòng)邊界層（速度邊界層）：固體表面附近流體速度發(fā)生劇烈變化的薄層。溫度邊界層（稱熱邊界層）：溫度邊界層（稱熱邊界層）：固體表面附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的這一薄層課堂討論：由上式可知，該式中沒有出現(xiàn)流速，有人因此得出結(jié)論：表面?zhèn)鳠嵴n堂討論：由上式可知，該式中沒有出現(xiàn)流速，有人因此得出結(jié)論：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)系數(shù)h與流體速度無關(guān)，試判斷這種說法的正確性？與流體速度無關(guān)，試判斷這種說法的正確性？18流動(dòng)邊界層在壁面上的發(fā)展過程也顯示，在邊界層內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)層流和湍流兩類狀流動(dòng)邊界層在

12、壁面上的發(fā)展過程也顯示，在邊界層內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)層流和湍流兩類狀態(tài)不同的流動(dòng)。態(tài)不同的流動(dòng)。P20819簡(jiǎn)述：邊界層概念的基本內(nèi)容和它的意義是什么？簡(jiǎn)述：邊界層概念的基本內(nèi)容和它的意義是什么？ 1）當(dāng)粘性流體流過固體表面時(shí)，流場(chǎng)可劃分為主流區(qū) 和邊界層區(qū)。邊界層區(qū)域內(nèi)，流速在垂直于壁面的方向上發(fā)生劇烈的變化，而在主流區(qū)流速的梯度幾乎為零。2）邊界層厚度與壁面尺寸l相比是一個(gè)很小的 量， 遠(yuǎn)不止小一個(gè)數(shù)量級(jí)。3）主流區(qū)的流動(dòng)可視為理想流體流動(dòng)，用描述理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程求解。而在邊界層區(qū)的流動(dòng)，要用粘性流體的邊界層微分方程求解，其主流方向流速的二階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)略而不計(jì)。 4）在邊界層內(nèi)的流動(dòng)分層流和湍流，

13、而湍流邊界 層內(nèi)緊靠壁面處仍有極薄的層流底層。 意義：意義：邊界層理論的提出使得求解流場(chǎng)對(duì)流換熱微分方程組的由整個(gè)流場(chǎng)內(nèi)求解轉(zhuǎn)變?yōu)榉种髁鲄^(qū)和邊界層區(qū)求解，而主流區(qū)采用簡(jiǎn)單得多的理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程求解，邊界層區(qū)則采用數(shù)量級(jí)分析的方法求解，從而使問題大為簡(jiǎn)化。 20簡(jiǎn)述：對(duì)流換熱的數(shù)學(xué)描述基礎(chǔ)是什么？以二維流為例，有哪些數(shù)學(xué)描簡(jiǎn)述：對(duì)流換熱的數(shù)學(xué)描述基礎(chǔ)是什么？以二維流為例，有哪些數(shù)學(xué)描述方式？述方式？ 答：對(duì)流換熱的數(shù)學(xué)描述基礎(chǔ)是能量守恒、動(dòng)量守恒、質(zhì)量守恒及傳熱學(xué)基礎(chǔ)定律（牛頓冷卻公式及傅立葉定律）。 以二維流為例，有三種方式：微分形式的完全方程組；微分形式的邊界層方程組；積分形式的邊界層

14、方程組。 21普朗特?cái)?shù)：普朗特?cái)?shù)：avPr表征了流動(dòng)邊界層與熱邊界層的相對(duì)厚度表征了流動(dòng)邊界層與熱邊界層的相對(duì)厚度貢獻(xiàn)：確立了邊界層理論在對(duì)流換熱求解中的重要地位貢獻(xiàn)：確立了邊界層理論在對(duì)流換熱求解中的重要地位 反映了流體中動(dòng)量擴(kuò)散與熱量擴(kuò)散能力的對(duì)比反映了流體中動(dòng)量擴(kuò)散與熱量擴(kuò)散能力的對(duì)比3121PrRe664. 0lllhNu22xhNuxx努塞爾努塞爾(Nusselt)數(shù)數(shù)表征流體對(duì)流傳熱的強(qiáng)弱的無量綱數(shù)。理論貢獻(xiàn)是開辟了在無量綱數(shù)原表征流體對(duì)流傳熱的強(qiáng)弱的無量綱數(shù)。理論貢獻(xiàn)是開辟了在無量綱數(shù)原則關(guān)系正確指導(dǎo)下，通過實(shí)驗(yàn)研究求解對(duì)流換熱問題的一種基本方法，則關(guān)系正確指導(dǎo)下，通過實(shí)驗(yàn)研究求

15、解對(duì)流換熱問題的一種基本方法，有力的促進(jìn)了對(duì)流換熱研究的進(jìn)展有力的促進(jìn)了對(duì)流換熱研究的進(jìn)展 比擬理論的定義：是指利用兩個(gè)不同物理現(xiàn)象之間在控制方程方面的類似性，比擬理論的定義：是指利用兩個(gè)不同物理現(xiàn)象之間在控制方程方面的類似性，通過測(cè)定其中一種現(xiàn)象的規(guī)律而獲得另一種現(xiàn)象基本關(guān)系的方法。通過測(cè)定其中一種現(xiàn)象的規(guī)律而獲得另一種現(xiàn)象基本關(guān)系的方法。23當(dāng)平板長度當(dāng)平板長度 l 大于臨界長度大于臨界長度xc 時(shí)，平板上的邊界層由層流段和湍流段組成。時(shí)，平板上的邊界層由層流段和湍流段組成。其其Nu分別為：分別為：則平均對(duì)流傳熱系數(shù)則平均對(duì)流傳熱系數(shù) hm 為為:31315402121Pr0296. 03

16、32. 0dxxudxxulhlxxmcc31545421Pr)Re(Re037. 0Re664. 0ccmNu如果取如果取 ，則上式變?yōu)椋海瑒t上式變?yōu)椋?105Rec3154Pr871Re037. 0mNu113241530.332Re Pr0.0296Re PrcxcxxxNuxxNu時(shí)， 層流，時(shí)， 湍流，流體外略平板的計(jì)算：流體外略平板的計(jì)算：3121PrRe664. 0lllhNu24第六章：第六章：基本概念：基本概念：對(duì)于同類的物理現(xiàn)象，在相應(yīng)的時(shí)刻與相應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有對(duì)于同類的物理現(xiàn)象，在相應(yīng)的時(shí)刻與相應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對(duì)應(yīng)成比例。關(guān)的物理量一一對(duì)應(yīng)成比例。用相同

17、形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式所描寫的現(xiàn)象。用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式所描寫的現(xiàn)象。兩個(gè)物理現(xiàn)象相似的充要條件：兩個(gè)物理現(xiàn)象相似的充要條件：（1 1）同名的已定特征數(shù)相等）同名的已定特征數(shù)相等（2 2）單值性條件相似）單值性條件相似251 1）說明管內(nèi)對(duì)流換熱的入口效應(yīng)并解釋其原因。）說明管內(nèi)對(duì)流換熱的入口效應(yīng)并解釋其原因。 答：管內(nèi)入口處邊界層很薄答：管內(nèi)入口處邊界層很薄, , 熱邊界層厚度越小，傳熱阻力越小，因此在入口熱邊界層厚度越小，傳熱阻力越小，因此在入口段，傳熱效果得到加強(qiáng)。這種效果叫入口效應(yīng)。段，傳熱效果得到加強(qiáng)。這種效果叫入口效應(yīng)。 2）對(duì)管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱，為何采用短管

18、和螺旋管可以強(qiáng)化流體的傳熱？）對(duì)管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱，為何采用短管和螺旋管可以強(qiáng)化流體的傳熱？ 答：采用短管，主要是利用流體在管內(nèi)換熱處于入口段溫度邊界層較薄，表答：采用短管，主要是利用流體在管內(nèi)換熱處于入口段溫度邊界層較薄，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較高，因而傳熱較強(qiáng)，即所謂的入口效應(yīng)；對(duì)于螺旋管，流體流面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較高，因而傳熱較強(qiáng)，即所謂的入口效應(yīng)；對(duì)于螺旋管，流體流經(jīng)管道時(shí)，由于離心力的作用，在橫截面上產(chǎn)生二次環(huán)流，增加了流體的擾經(jīng)管道時(shí)，由于離心力的作用，在橫截面上產(chǎn)生二次環(huán)流，增加了流體的擾動(dòng)，從而強(qiáng)化了換熱。動(dòng)，從而強(qiáng)化了換熱。 26牛頓冷卻公式中的平均溫差牛頓冷卻公式中的平均溫差()mmmpffh

19、 A tq c ttl nffmwfwfttttttt判斷：在換熱器中，若一側(cè)流體為冷凝過程（相變過程），另一側(cè)為單相流體，則逆流可獲得比順流大的換熱溫差。 minmaxminmaxtlnttttm27例題：在一臺(tái)螺旋板式換熱器中，熱水流量為2000kg/h，冷水流量為3000kg/h；熱水進(jìn)口溫度80，冷水進(jìn)口溫度10。如果要將冷水加熱到30，試求順流和逆流時(shí)的平均溫差。（已知水的比熱在上述溫度范圍內(nèi)為一常數(shù)）28解：熱水質(zhì)量流量 skgM/56. 0360020001冷水質(zhì)量流量 skgM/83. 0360030002根據(jù)熱平衡方程式有得 50)()(22221111ttCMttCM即 0

20、.56（801t）0.83（3010） 1tmaxtmint（1）順流時(shí) 801070 5030209 .392070ln2070mt則 29（2）逆流時(shí) maxtmint803050 501040 8 .444050ln4050mt則 由上面分析可見，逆流布置時(shí)平均溫差比順流時(shí)大12.3，也就是說，在同樣的傳熱量和同樣的傳熱系數(shù)下，只要將順流改為逆流，換熱器可以減少12.3的換熱面積。3023tlgGr在物理上，在物理上，Gr 數(shù)是浮升力數(shù)是浮升力/粘滯力比值的一種量度。粘滯力比值的一種量度。Gr數(shù)表征浮升力與粘性力相對(duì)大小，反映自然對(duì)流的強(qiáng)弱數(shù)表征浮升力與粘性力相對(duì)大小，反映自然對(duì)流的強(qiáng)弱

21、GrGr數(shù)為自然對(duì)流現(xiàn)象所特有，數(shù)為自然對(duì)流現(xiàn)象所特有，GrGr數(shù)在自然對(duì)流現(xiàn)象中的作用與雷諾數(shù)數(shù)在自然對(duì)流現(xiàn)象中的作用與雷諾數(shù)ReRe在強(qiáng)制在強(qiáng)制對(duì)流中的作用相當(dāng)。對(duì)流中的作用相當(dāng)。31 0.4n 0.3n實(shí)用上使用時(shí)間最長也最普遍的關(guān)聯(lián)式是迪圖斯貝爾特公式（實(shí)用上使用時(shí)間最長也最普遍的關(guān)聯(lián)式是迪圖斯貝爾特公式（Dittus-Boelter）：）：加熱流體時(shí)：加熱流體時(shí)：冷卻流體時(shí)：冷卻流體時(shí)：定性溫度采用流體平均溫度，即進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值定性溫度采用流體平均溫度，即進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值 ，特征長度為管內(nèi)徑特征長度為管內(nèi)徑d d，特征速度為管內(nèi)流體平均流速。，特征速度為管內(nèi)流體平均流速

22、。2ffmttt nfffNuPrRe023. 08 . 045Re10 1.2 10,fPr0.7 120,f。/60ld實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍此式適用與流體與壁面具有中等以下溫差場(chǎng)合，一般來說對(duì)于氣體不此式適用與流體與壁面具有中等以下溫差場(chǎng)合，一般來說對(duì)于氣體不超過超過50；對(duì)于水不超過；對(duì)于水不超過2030 ，對(duì)粘度大的油類不超過，對(duì)粘度大的油類不超過10。只適合于湍流只適合于湍流常規(guī)流體常規(guī)流體32例題例題1 1 30 30的水以的水以2.5kg/s2.5kg/s的流量流入內(nèi)徑為的流量流入內(nèi)徑為50mm50mm的長光管，水的出口溫度為的長光管，水的出口溫度為7070，管壁溫度保持管壁

23、溫度保持8585，試計(jì)算所需管長及管子出口截面處的局部熱流密度。不考慮，試計(jì)算所需管長及管子出口截面處的局部熱流密度。不考慮溫差修正。溫差修正。 附表節(jié)錄附表節(jié)錄: : 飽和水的物理性質(zhì)飽和水的物理性質(zhì) kg/m3KJ/kgKW/mKkg/ms40992.24.17463.5653.34.3150988.14.17464.8549.43.5460983.24.17965.9469.92.99210610tpCPr33解：解：50270302 22tttm由附表查出水的相應(yīng)物性量得由附表查出水的相應(yīng)物性量得 29. 11 .988105014. 35 . 244622Dmu46310115917

24、104 .549105029. 11 .988ReuD選用紊流關(guān)聯(lián)式選用紊流關(guān)聯(lián)式 429PrRe023. 08 . 0nfffNu5562DNuhf定性溫度：定性溫度： 34由熱平衡方程由熱平衡方程 )(21ffpmttCmtDlhQ因壁溫均勻，采用對(duì)數(shù)平均溫差（注意：如果采用算術(shù)平均溫差只算因壁溫均勻，采用對(duì)數(shù)平均溫差（注意：如果采用算術(shù)平均溫差只算基本正確）基本正確） Ctttttttfwfwffm78.30ln代入數(shù)據(jù)得管長代入數(shù)據(jù)得管長mL15檢驗(yàn)：檢驗(yàn)： 60DL，不需修正，不需修正 管子出口處的局部熱流密度按下式計(jì)算管子出口處的局部熱流密度按下式計(jì)算 20/43.83)7085(

25、5562)(mkWtthqfw35例題例題2 2：冷卻塔中水滴的平均直徑為0.15cm，溫度為87，17的空氣以相對(duì)速度0.9m/s流過。試確定水與空氣之間的換熱系數(shù)。 已知17時(shí)空氣的物性參數(shù)為：導(dǎo)熱系數(shù) =0.0257W/(m)，運(yùn)動(dòng)粘度 =14.7910-6m2/s，Pr=0.703。 對(duì)于落下水滴， 。 3/12/1PrRe6 . 02DDNu解：對(duì)于落下水滴， 3/12/1PrRe6 . 02DDNu方程中的物性應(yīng)該用T計(jì)算 （290K）時(shí)干空氣的物性已知。 17T雷諾數(shù)為： 27.91/1079.14)1015. 0)(/9 . 0(Re262smmsmDVD3/12/1PrRe6

26、 . 02DDNu3/12/1)703. 0()27.91(6 . 02DuNDh)/()10. 7(1015. 0/0257. 02mKmW)/(2KmW = =121.65 =7.10 =36 膜狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)凝結(jié)液體能很好地潤濕壁面，沿整個(gè)壁面形成一凝結(jié)液體能很好地潤濕壁面，沿整個(gè)壁面形成一層薄膜，并且在重力的作用下流動(dòng)，凝結(jié)放出的層薄膜，并且在重力的作用下流動(dòng)，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度直接影汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞。響了熱量傳遞。珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的潤濕壁面時(shí)，則在壁面上形成許多當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的潤濕壁面時(shí)，則在壁面

27、上形成許多小液珠，此時(shí)壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換小液珠，此時(shí)壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)（可能大幾倍，甚至一個(gè)數(shù)量級(jí)）熱速率遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)（可能大幾倍，甚至一個(gè)數(shù)量級(jí)）gswttgswtt第七章：第七章：37凝結(jié)液體流動(dòng)也分層流和湍流，并且其判斷依據(jù)仍然是凝結(jié)液體流動(dòng)也分層流和湍流，并且其判斷依據(jù)仍然是ReRe，叫膜層，叫膜層ReRe數(shù)數(shù)elelduduRe 工程實(shí)際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過程往往比較復(fù)雜，受各種因素的影響工程實(shí)際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過程往往比較復(fù)雜，受各種因素的影響-不凝不凝結(jié)氣體結(jié)氣體 不凝結(jié)氣體增加了傳遞過程的阻力，同時(shí)使飽和溫度下不凝

28、結(jié)氣體增加了傳遞過程的阻力，同時(shí)使飽和溫度下 降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動(dòng)力。研究表明水蒸氣質(zhì)量含量占降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動(dòng)力。研究表明水蒸氣質(zhì)量含量占1 1的空氣能使表面?zhèn)鞯目諝饽苁贡砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)降低熱系數(shù)降低6060強(qiáng)化凝結(jié)換熱的原則是盡量減薄粘滯在換熱表面上的液強(qiáng)化凝結(jié)換熱的原則是盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜的厚度。膜的厚度。38ABCDE39核態(tài)沸騰終點(diǎn)的熱流密度峰值核態(tài)沸騰終點(diǎn)的熱流密度峰值q qmaxmax 有重大意義，稱為臨界熱流密度，有重大意義，稱為臨界熱流密度，亦稱燒毀點(diǎn)。亦稱燒毀點(diǎn)。DNBDNB點(diǎn)：在臨界熱流密度的附近，有一個(gè)比點(diǎn)：在臨界熱流密度的附近，有一個(gè)比qmaxqmax略小的

29、點(diǎn)，表現(xiàn)為熱流密度略小的點(diǎn)，表現(xiàn)為熱流密度上升緩慢的核態(tài)沸騰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。作為監(jiān)視接近上升緩慢的核態(tài)沸騰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。作為監(jiān)視接近qmaxqmax的警戒。的警戒。與膜狀凝結(jié)換熱不同，液體中的不凝結(jié)氣體會(huì)使沸騰換熱得到某種程度的強(qiáng)與膜狀凝結(jié)換熱不同，液體中的不凝結(jié)氣體會(huì)使沸騰換熱得到某種程度的強(qiáng)化化強(qiáng)化沸騰傳熱的原則：盡量增加加熱面上的汽化核心，即產(chǎn)生氣泡的地點(diǎn)。強(qiáng)化沸騰傳熱的原則：盡量增加加熱面上的汽化核心，即產(chǎn)生氣泡的地點(diǎn)。40當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時(shí)，一般會(huì)發(fā)生三種當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時(shí)，一般會(huì)發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射和穿透，如圖所示?，F(xiàn)象，即吸收、反射和穿透，如圖所示。11QQQQQQQ

30、QQQ物體對(duì)熱輻射的吸收反射和穿物體對(duì)熱輻射的吸收反射和穿透透QQQQQQ第八章：第八章：41對(duì)于大多數(shù)的固體和液體：對(duì)于大多數(shù)的固體和液體：對(duì)于不含顆粒的氣體：對(duì)于不含顆粒的氣體：黑體：黑體： 鏡體或白體：鏡體或白體：1111,01,0透明體：透明體：黑體：能吸收投入到其表面上的所有熱輻射的物體，包括所有方向和所有波長。黑體：能吸收投入到其表面上的所有熱輻射的物體，包括所有方向和所有波長。即吸收比等于即吸收比等于1的物體（絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體，的物體（絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體，black body）漫射體：定向發(fā)射率是一個(gè)小于漫射體：定向發(fā)射率是一個(gè)小于1的常數(shù)的物體。的常數(shù)的物體?；殷w：光譜吸收比

31、與波長無關(guān)的物體稱為灰體?；殷w：光譜吸收比與波長無關(guān)的物體稱為灰體。漫灰體：光譜發(fā)射率與波長無關(guān)的灰體。（漫射的灰體）漫灰體：光譜發(fā)射率與波長無關(guān)的灰體。（漫射的灰體）42基本定律基本定律Stefan-Boltzmann定律（輻射能與溫度的關(guān)系）定律（輻射能與溫度的關(guān)系）Planck定律（輻射能波長分布的規(guī)律）定律（輻射能波長分布的規(guī)律）Lambert 定律（輻射能按空間方向的分布規(guī)律）定律（輻射能按空間方向的分布規(guī)律）44b0100TETC1)(512TcbecEmax2897.6 m K2900m KT維恩（維恩（WienWien）位移定律）位移定律吸收比與發(fā)射率的關(guān)系吸收比與發(fā)射率的關(guān)系

32、- -基爾霍夫（基爾霍夫（KirchhoffKirchhoff）定律）定律IAdcosd)(d層層 次次數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式成立條件成立條件光譜，定向光譜，定向光譜，半球光譜，半球全波段，半全波段，半球球無條件，無條件， 為天頂角為天頂角漫射表面漫射表面與黑體處于熱平衡或?qū)β冶砻媾c黑體處于熱平衡或?qū)β冶砻?,(),(TT),(),(TT)()(TT43選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實(shí)際物體對(duì)投入輻射的吸選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實(shí)際物體對(duì)投入輻射的吸收能力也根據(jù)其波長的不同而變化，我們把物體的光譜吸收比隨波長變化而收能力也根據(jù)其波長的不同而變化，我們把物體的

33、光譜吸收比隨波長變化而變化的這種特性稱為物體的吸收具有選擇性（選擇性吸收）變化的這種特性稱為物體的吸收具有選擇性（選擇性吸收）發(fā)射率發(fā)射率 (也稱為黑度也稱為黑度) :實(shí)際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之實(shí)際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比比.把實(shí)際物體的光譜輻射力與同溫度下黑體的光譜輻射力之比稱為光譜發(fā)射率把實(shí)際物體的光譜輻射力與同溫度下黑體的光譜輻射力之比稱為光譜發(fā)射率（單色黑度）（單色黑度）實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度與黑體的定向輻射強(qiáng)度之比為定向發(fā)射率（定向?qū)嶋H物體的定向輻射強(qiáng)度與黑體的定向輻射強(qiáng)度之比為定向發(fā)射率（定向黑度）：黑度）：光譜吸收比：物體對(duì)某一特定波長的輻射能所吸

34、收的百分?jǐn)?shù)，也叫單色吸收光譜吸收比：物體對(duì)某一特定波長的輻射能所吸收的百分?jǐn)?shù)，也叫單色吸收比。光譜吸收比與波長有關(guān)，不同波長有不同吸收比。比。光譜吸收比與波長有關(guān)，不同波長有不同吸收比。44角系數(shù)：有兩個(gè)表面，編號(hào)為角系數(shù)：有兩個(gè)表面，編號(hào)為1和和2，則表面，則表面1對(duì)表面對(duì)表面2的角系數(shù)的角系數(shù)X1,2是：表面是：表面1發(fā)出的輻射能中落到表面發(fā)出的輻射能中落到表面2的百分?jǐn)?shù)。即的百分?jǐn)?shù)。即的有效輻射表面的投入輻射對(duì)表面表面1212, 1X同理，也可以定義表面同理，也可以定義表面2對(duì)表面對(duì)表面1的角系數(shù)。從這個(gè)概念我們可以得出的角系數(shù)。從這個(gè)概念我們可以得出角系數(shù)的應(yīng)用是有一定限制條件的，即漫射面、物體等溫、物性均勻角系數(shù)的應(yīng)用是有一定限制條件的，即漫射面、物體等溫、物性均勻第九章：第九章：45例題：簡(jiǎn)述角系數(shù)的定義，指出角系數(shù)所具有的特性，并用數(shù)學(xué)語言表達(dá) 答：表面1發(fā)出的輻射能中落到表面2上的百分?jǐn)?shù)稱為表面1對(duì)表面2的角系數(shù)，記為 2, 1X（ 1 ）角系數(shù)的相對(duì)性： （ 2 ）角系數(shù)的完整性： （ 3 ）角系數(shù)的可加性： 122121xAxA11njijxniinXXXXX1, 1,