傳熱學復習1.2章

1、傳熱學導熱模塊復習傳熱學導熱模塊復習制作人：藍文清制作人：藍文清 馮育維馮育維傳熱學傳熱學傳熱學傳熱學的簡介的簡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)熱傳導傳導非穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)熱傳導熱傳導按溫度按溫度變化分變化分類類有無內有無內熱源熱源三個目三個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法數法查表法查表法和公式和公式法法溫度分溫度分布函數布函數知識結構框架圖：知識結構框架圖：第一章：緒論第一章：緒論l1.1 傳熱學的簡單介紹l1.2 傳熱學的三大任務l1.3 傳熱三種途徑l1.4 混合傳熱傳熱學的簡單介紹：傳熱學的簡單介紹：l生活中關于傳熱的現(xiàn)象大家并不少見，衣、食

2、、住、行等生活中關于傳熱的現(xiàn)象大家并不少見，衣、食、住、行等都涉及到傳熱的問題。都涉及到傳熱的問題。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，就能達到節(jié)能以及提高經濟效的研究傳熱的特征及規(guī)律，就能達到節(jié)能以及提高經濟效率。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調節(jié)能夠按照人體體溫來調節(jié) 保暖程度，那么不是很方便？保暖程度，那么不是很方便？傳熱學的三大任務：（主要目的）傳熱學的三大任務：（主要目的）l強化傳熱。例如夏天時開空調，把室內的熱量強制性的排出室外。l削弱傳熱。例如某些裝

3、置要求儲熱性能好，最常見的是保溫瓶，比較保溫性能的好壞用單位時間的傳熱量來比較。 越小，代表保溫性能好。l溫度控制。為使一些設備能安全經濟地運行，或者為得到優(yōu)質產品，要對物體關鍵的部位的溫度進行控制。例如：溫室大棚（種植蔬菜）。那么學習傳熱學有什么用？那么學習傳熱學有什么用？傳熱學主要研究什么？傳熱學主要研究什么？熱量傳遞的動力？熱量傳遞的動力？答：答：學好傳熱學，我們就能掌控好傳熱的過程及程度。學好傳熱學，我們就能掌控好傳熱的過程及程度。傳熱學主要研究如何控制溫度，控制傳熱量。從而達到能量的最高利用率。傳熱學主要研究如何控制溫度，控制傳熱量。從而達到能量的最高利用率。溫差是熱量傳遞的動力。溫

4、差是熱量傳遞的動力。于是，只要掌握溫度分布函數，就能夠實現(xiàn)傳熱學的三大目的。于是，只要掌握溫度分布函數，就能夠實現(xiàn)傳熱學的三大目的。傳熱三種途徑：傳熱三種途徑：熱傳導熱傳導熱對流熱對流熱輻射熱輻射流體的宏觀運動流體的宏觀運動引起流體各部分引起流體各部分之間發(fā)生相對位之間發(fā)生相對位移，冷、熱流體移，冷、熱流體相互摻混導致熱相互摻混導致熱量傳遞過程。量傳遞過程。（必然伴隨有熱（必然伴隨有熱傳導現(xiàn)象）傳導現(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動而產生的運動而產生的熱能傳遞過程。熱能傳遞過程。

5、宏觀上無相對宏觀上無相對位移位移。熱傳導：熱傳導： 傅里葉定律：l單位： W l熱流密度l W/(m.K)l物理意義： 單位時間帶走的能量 。 單位時間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，熱量從x負方向傳遞。反之亦然。dxdtA)(KmW/dxdtAqqSJ /)/(2smJ初末t-t熱對流：熱對流：l牛頓冷卻公式：l熱流密度：l表面?zhèn)鳠嵯禂担篽。l單位: l影響因素：五大影響因素。l1.流動起因。 2.有無相變。l3.流動狀態(tài)。 4.物理性質。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對象：黑體。

6、 l實際大多數物體不是黑體，采用修正形式：l適用對象：大多數物體。l式中：T為熱力學溫度，K。l 為一常數，黑體輻射常數，數值為：lA為輻射面積， 。l l 為物體的發(fā)射率，又稱黑度，數值上恒小于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傳熱過程。（特指）l表達式：l簡化成：)(111wft

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

8、場：l 物體的溫度場是坐標與時間的函數，即l 穩(wěn)態(tài)溫度分布函數：l1.3 導熱基本定律傅里葉導熱定律l1.4 導熱系數),(zyxft ),(zyxft xtA|nxtq2.2 2.2 導熱問題的數學描寫導熱問題的數學描寫l2.1 導熱微分方程l有內熱源 l三維l非穩(wěn)態(tài)l能量守恒方程：l進去的能量+自產的能量l出去的能量+保留的能量=由此可得導熱微分方程：由此可得導熱微分方程：l根據對應條件可化簡：（1） 為常數時：（2）一維，穩(wěn)態(tài)，無內熱源，常物性：)()()(cztzytyxtxtcztytxtat)(222222022dxtd2.2 2.2 定解條件：定解條件：l導熱問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 對非穩(wěn)態(tài)： 時， 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 l（3）規(guī)定了邊界上物體與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂礹及周圍流體的溫度 為第三類邊界條件。 常數wt0)(1ftw常數wq0)()(2fntwft)()(fwwtthnt2.3 2.3 熱擴散率的物理意義熱擴散率的物理意義l熱擴散率的定義：l（1）分子中有導熱系數 越大，越容易導熱， 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部。l故熱擴散率是衡量物體溫度

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

11、：l導熱微分方程及邊界條件：l可求得溫度分布函數，對時間求導后l再結合傅里葉定律得：l導熱量：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 通過肋片的導熱通過肋片的導熱 l把增加換熱面積來增加換熱量肋片。l合理簡化：l（1）把對流與輻射包含在內的復合對流換熱系數 h。l（2）導熱系數、表面?zhèn)鳠嵯?/p>

12、數、橫截面積均為常數。l（3）溫度在垂直長度方向不發(fā)生變化，且表面換熱熱阻遠大于肋片中的導熱熱阻，故同一截面默認溫度均勻。l（4）肋片頂端溫度不變（即絕熱）。通過等截面直肋的導熱通過等截面直肋的導熱由此可得導熱微分方程：由此可得導熱微分方程：l內熱源 要進一步確定，l取微元段dx，截面周長為P。l表面總散熱量l微元體積 ，折算源項：l 式中負號表示肋片向壞境散熱l化簡得：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?；鶞囟认碌纳崃考僭O整個肋表面處于肋實際