传热学第十五讲PPT讲稿.ppt

传热学第十五讲第1页，共61页，编辑于2022年，星期五2 2、角系数的代数分析法、角系数的代数分析法由三个非凹表面组成的闭合系统角系数：由三个非凹表面组成的闭合系统角系数：两个相对的非凹表面角系数：两个相对的非凹表面角系数：第2页，共61页，编辑于2022年，星期五4、两黑体表面封闭系统的辐射传热两黑体表面封闭系统的辐射传热3、有效辐射与投入辐射的定义有效辐射与投入辐射的定义5 5、两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热、两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热第3页，共61页，编辑于2022年，星期五6 6、简化形式、简化形式简化形式简化形式1：平面或凸表面：平面或凸表面简化形式简化形式2：两个平行平板两个平行平板简化形式简化形式3：大空间小物体：大空间小物体第4页，共61页，编辑于2022年，星期五第5页，共61页，编辑于2022年，星期五7.传热方程：传热方程：平壁传热平壁传热圆筒壁传热圆筒壁传热临界热绝缘直径临界热绝缘直径8.换热器分类换热器分类第6页，共61页，编辑于2022年，星期五传热方程：传热方程：10-3 换热器中传热过程平均温差的计算换热器中传热过程平均温差的计算一、简单顺、逆流换热器平均温差的计算一、简单顺、逆流换热器平均温差的计算k 传热系数；传热系数；tm 冷热流体的传热温差冷热流体的传热温差在前面的传热计算中，都把在前面的传热计算中，都把 t 作为一个定值处。作为一个定值处。对于换热器：情况不同；冷、热流体沿传热面进行换热，温对于换热器：情况不同；冷、热流体沿传热面进行换热，温度沿流向不断变化，温差度沿流向不断变化，温差tx也沿流向不断化。也沿流向不断化。换热器传热过程计算式中的传热温差应是整个换热器传热面换热器传热过程计算式中的传热温差应是整个换热器传热面的平均温差的平均温差 tm。第7页，共61页，编辑于2022年，星期五假设：假设：适用于简单逆流、顺流适用于简单逆流、顺流二、对数平均温差二、对数平均温差第8页，共61页，编辑于2022年，星期五第9页，共61页，编辑于2022年，星期五第10页，共61页，编辑于2022年，星期五当进、出口温差比较接近时，可取其平均值：当进、出口温差比较接近时，可取其平均值：3.算术平均温差算术平均温差注：平均温差注：平均温差 对数平均温差。对数平均温差。第11页，共61页，编辑于2022年，星期五算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当同进出口温度下的对数平均温差，当 时，两者的差时，两者的差别小于别小于4 4；当；当 时，两者的差别小于时，两者的差别小于2.32.3。第12页，共61页，编辑于2022年，星期五2、其它复杂布置时平均温差的计算、其它复杂布置时平均温差的计算实际温升实际温升理论温升理论温升温差修正系数温差修正系数第13页，共61页，编辑于2022年，星期五壳侧壳侧1程，管侧程，管侧程，管侧程，管侧2，4，6，程时的温差修正系数程时的温差修正系数程时的温差修正系数程时的温差修正系数 第14页，共61页，编辑于2022年，星期五壳侧壳侧2程，管侧程，管侧4，8，12，程时的温差修正系数程时的温差修正系数 第15页，共61页，编辑于2022年，星期五交叉流，两侧流体都不混合时的温差修正系数交叉流，两侧流体都不混合时的温差修正系数 第16页，共61页，编辑于2022年，星期五交叉流，一侧混合、一侧不混合时的温差修正系数交叉流，一侧混合、一侧不混合时的温差修正系数 第17页，共61页，编辑于2022年，星期五三、各种流动形式的比较三、各种流动形式的比较(1)(1)顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的度下，逆流的 最大，顺流则最小；最大，顺流则最小；（2）顺流时）顺流时 ，而逆流时，而逆流时，则可能大于则可能大于 ，可，可 见，逆流布置时的换热最强。见，逆流布置时的换热最强。xTIn Outt1t2t”2xTIn Outt”1t1t2第18页，共61页，编辑于2022年，星期五四、简单换热器温度分布图四、简单换热器温度分布图1.流动方向流动方向顺流、逆流顺流、逆流2.曲线变化的快慢（或陡峭）曲线变化的快慢（或陡峭）3.曲线的凸凹性曲线的凸凹性 顺流时顺流时 两线向中间弯曲两线向中间弯曲 逆逆流时流时 比较冷热两流体的进出口温差比较冷热两流体的进出口温差曲线向进出口温差小的流体曲线向进出口温差小的流体方向弯曲。方向弯曲。第19页，共61页，编辑于2022年，星期五逆逆流时流时（1 1）第20页，共61页，编辑于2022年，星期五第21页，共61页，编辑于2022年，星期五10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计 1、设计类型与设计方法、设计类型与设计方法设计类型设计类型设计计算：设计计算：校核计算：校核计算：根据给定设计工况，设计新换热器，确定根据给定设计工况，设计新换热器，确定换热面积换热面积对已有换热器，确定其非设计工况对已有换热器，确定其非设计工况下的换热能力下的换热能力设计方法设计方法平均温差法平均温差法传热单元数法传热单元数法计算方程计算方程热平衡式热平衡式传热方程式传热方程式链接链接第22页，共61页，编辑于2022年，星期五公式中的单位说明：公式中的单位说明：传热方程式传热方程式热平衡式热平衡式第23页，共61页，编辑于2022年，星期五2、换热器设计的平均温差法、换热器设计的平均温差法（1）根据给定条件，求待定温度。）根据给定条件，求待定温度。（2）初步布置换热面，并计算出相应的传热系数）初步布置换热面，并计算出相应的传热系数k。（3）计算平均温差，查找温度修正系数。）计算平均温差，查找温度修正系数。（4）由传热方程求出面积）由传热方程求出面积A，并核算两侧流动阻力。，并核算两侧流动阻力。（5）流阻过大，则改变设计方案。）流阻过大，则改变设计方案。设计计算步骤：设计计算步骤：设计计算已知条件：设计计算已知条件：通常给定通常给定qm1c1、qm2c2以及以及4个温度中的个温度中的3个，求个，求k、A。第24页，共61页，编辑于2022年，星期五（1）先假设一个流体的出口温度，按热平衡求另一出口温度。）先假设一个流体的出口温度，按热平衡求另一出口温度。（2）根据）根据4个温度计算平均温差个温度计算平均温差tm。（3）根据结构，算出相应工作条件下的传热系数）根据结构，算出相应工作条件下的传热系数k。（4）已知）已知kA和和tm，用传热方程求假设传热量，用传热方程求假设传热量ht。（5）根据）根据4个温度，用热平衡式求假设传热量个温度，用热平衡式求假设传热量hb。（6）比较）比较ht 与与hb，二者不符，则重新假设一个出口温度，二者不符，则重新假设一个出口温度，重复重复1-6的步骤，直到二者接近程度满足计算精度。的步骤，直到二者接近程度满足计算精度。校核计算步骤：校核计算步骤：校核计算已知条件：校核计算已知条件：通常给定通常给定qm1c1、qm2c2、t1、t2、A，利用三个基本方程，利用三个基本方程解其余未知量。解其余未知量。第25页，共61页，编辑于2022年，星期五例例1：设计计算：设计计算已知：已知：求：求：（1）若为此换热器为）若为此换热器为逆流换热，逆流换热，A=?（2）若此换热器为）若此换热器为型管壳式换热器，型管壳式换热器，A=?第26页，共61页，编辑于2022年，星期五解：解：（1）根据热平衡方程）根据热平衡方程逆流逆流根据传热方程根据传热方程A=0.78m2=70kW（2）型管壳式换热器需求温差修正系数型管壳式换热器需求温差修正系数查得查得=0.94根据传热方程根据传热方程A=0.83m2第27页，共61页，编辑于2022年，星期五例例2：校核计算：校核计算求：求：已知：逆流换热器已知：逆流换热器第28页，共61页，编辑于2022年，星期五l掌握掌握每章例题每章例题(不含每章小节中的例题不含每章小节中的例题)、作、作业、课堂所讲例题及业、课堂所讲例题及PPTPPT中的习题。中的习题。l掌握掌握总复习中的带框公式。总复习中的带框公式。l掌握掌握复习提要中的问题。复习提要中的问题。课程总复习课程总复习第29页，共61页，编辑于2022年，星期五第第1章章 绪论绪论2.对流换热：对流换热：或或3.黑体四次方定律：黑体四次方定律：1.一维稳态无限大平板（平壁）：一维稳态无限大平板（平壁）：或或4.传热方程：传热方程：第30页，共61页，编辑于2022年，星期五非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析法非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析法.复习提要：复习提要：1.1.热量传递的基本方式。热量传递的基本方式。2.2.一维傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义。一维傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义。3.3.牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。4.4.黑体辐射换热的四次方定律基本表达式及其中各物理量的定义。黑体辐射换热的四次方定律基本表达式及其中各物理量的定义。5.5.传热过程及传热系数的定义。传热过程及传热系数的定义。6.6.热阻的概念热阻的概念.对流热阻对流热阻,导热热阻的定义及基本表达式。导热热阻的定义及基本表达式。7.7.三种导热方式中系数哪个是物性参数，哪个不是？三种导热方式中系数哪个是物性参数，哪个不是？8.8.对流换热和传热过程的区别对流换热和传热过程的区别.表面传热系数表面传热系数(对流传热系数对流传热系数)和传热系和传热系数的区别。数的区别。9.9.导热系数导热系数,表面传热系数和传热系数之间的区别表面传热系数和传热系数之间的区别.10.10.会分析一个实际问题的传热过程。会分析一个实际问题的传热过程。第31页，共61页，编辑于2022年，星期五1.1.导热基本定律（傅利叶定律）导热基本定律（傅利叶定律）导热基本定律（傅利叶定律）导热基本定律（傅利叶定律）或或2.导热系数导热系数第第2章章 稳态导热稳态导热4.边界条件边界条件3.直角坐标系导热微分方程直角坐标系导热微分方程给定壁面温度给定壁面温度第一类边界条件：第一类边界条件：第二类边界条件：第二类边界条件：给定壁面热流密度给定壁面热流密度第三类边界条件：第三类边界条件：对流换热条件对流换热条件第32页，共61页，编辑于2022年，星期五5.5.多层平壁多层平壁(无内热源无内热源/一类边界一类边界)6.多层圆筒壁的稳态导热多层圆筒壁的稳态导热(无内热源无内热源/一类边界一类边界)tw1tw2tw3tw4tw1tw2tw3tw412重点：热流量、热流密度及层间温度的求解。重点：热流量、热流密度及层间温度的求解。重点：热流量、热流密度及层间温度的求解。重点：热流量、热流密度及层间温度的求解。第33页，共61页，编辑于2022年，星期五7.等截面直肋稳态导热等截面直肋稳态导热第34页，共61页，编辑于2022年，星期五复习提要：复习提要：1.1.掌握掌握失量傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义。失量傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义。2.2.掌握掌握温度场温度场,等温面等温面,等温线的概念。等温线的概念。3.3.掌握掌握边界条件的种类。边界条件的种类。4.4.了解了解利用利用能量守恒定律和傅立叶定律能量守恒定律和傅立叶定律推导导热微分方程的基本方法推导导热微分方程的基本方法5.5.掌握掌握使用热阻概念使用热阻概念,对通过单层和多层平板对通过单层和多层平板,圆筒壁面的一维导热问题圆筒壁面的一维导热问题的计算方法。的计算方法。6.6.了解了解利用能量守恒定律和傅立叶定律推导等截面和变截面肋片的导热微分方程利用能量守恒定律和傅立叶定律推导等截面和变截面肋片的导热微分方程的基本方法。的基本方法。7.7.掌握掌握导热系数为温度的线性函数的范围及纵向截距的意义。导热系数为温度的线性函数的范围及纵向截距的意义。8.8.掌握掌握肋效率的定义及其与传热量的关系。肋效率的定义及其与传热量的关系。9.9.掌握掌握肋片内温度分布及肋片表面散热量的计算。肋片内温度分布及肋片表面散热量的计算。第35页，共61页，编辑于2022年，星期五1.毕渥数、傅立叶数及时间常数毕渥数、傅立叶数及时间常数l 特征长度特征长度 毕渥数毕渥数毕渥数毕渥数Fo越大，热扰动就能越深入地传播到物体内部，越大，热扰动就能越深入地传播到物体内部，因而，物体各点地温度就越接近周围介质的温度。因而，物体各点地温度就越接近周围介质的温度。傅立叶数傅立叶数 时间常数时间常数时间常数时间常数第第3 3章章 非稳态导热非稳态导热掌握掌握 不同物体的特征长度不同物体的特征长度第36页，共61页，编辑于2022年，星期五集总参数法计算公式：集总参数法计算公式：集总参数法计算公式：集总参数法计算公式：使用条件使用条件使用条件使用条件平板平板长圆柱长圆柱圆球圆球3.半无限大物体非稳态导热的温度分布半无限大物体非稳态导热的温度分布2.集总参数法集总参数法第37页，共61页，编辑于2022年，星期五复习提要：复习提要：非稳态导热的分类及各类型的特点。非稳态导热的分类及各类型的特点。掌握掌握Bi Bi 准则数准则数,Fo,Fo准则数的定义及物理意义。准则数的定义及物理意义。掌握掌握BiBi0 0 和和Bi Bi 各代表什么样的换热条件各代表什么样的换热条件?掌握掌握集总参数法的物理意义及应用条件。集总参数法的物理意义及应用条件。掌握掌握使用集总参数法，物体内部温度变化及换热量的计算方法。时间使用集总参数法，物体内部温度变化及换热量的计算方法。时间常数的定义及物理意义常数的定义及物理意义.了解非稳态导热的正规状况阶段的物理意义及数学计算上的特点了解非稳态导热的正规状况阶段的物理意义及数学计算上的特点了解了解非稳态导热的正规状况阶段的判断条件。非稳态导热的正规状况阶段的判断条件。掌握掌握半无限大平板的物理概念。半无限大平板的物理概念。9 9掌握掌握半无限大平板非稳态导热的计算方法。半无限大平板非稳态导热的计算方法。1010掌握掌握 不同物体的特征长度不同物体的特征长度第38页，共61页，编辑于2022年，星期五意义：大小反映平均对流换热的强弱意义：大小反映平均对流换热的强弱第第第第5 5 5 5章章章章 对流传热的理论基础对流传热的理论基础对流传热的理论基础对流传热的理论基础1.1.普朗特数普朗特数PrPr与努与努歇歇尔数尔数尔数尔数NuNuNuNu意义：意义：反映流体分子和流体微团的动量和热量扩散的深度。反映流体分子和流体微团的动量和热量扩散的深度。第39页，共61页，编辑于2022年，星期五边界层边界层 分类分类层流边界层：层流边界层：紊流边界层：紊流边界层：紊流边界层：紊流边界层：惯性力惯性力 粘性力粘性力粘性力粘性力临界雷诺数：临界雷诺数：Rec第40页，共61页，编辑于2022年，星期五2.2.2.2.牛顿冷却式牛顿冷却式牛顿冷却式牛顿冷却式:特征长度特征长度 ：板长：板长 定性温度：定性温度：适用范围：层流边界层适用范围：层流边界层 3.流体外掠平板时流体外掠平板时当地努歇尔数当地努歇尔数第41页，共61页，编辑于2022年，星期五复习提要：复习提要：1.1.对流换热是如何分类的对流换热是如何分类的?影响对流换热的主要物理因素影响对流换热的主要物理因素.2.2.对流换热问题的数学描写中包括那些方程对流换热问题的数学描写中包括那些方程?3.3.从流体的温度场分布可以求出对流换热系数从流体的温度场分布可以求出对流换热系数(表面传热表面传热系系 数数),),其物理机理和数学方法是什么其物理机理和数学方法是什么?4.4.速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义.5.5.管外流和管内流的速度边界层有何区别管外流和管内流的速度边界层有何区别?第42页，共61页，编辑于2022年，星期五3.3.3.3.管内管内管内管内受迫对流换热受迫对流换热实验关联式实验关联式2.特征数方程的常用形式特征数方程的常用形式迪图斯迪图斯-贝尔特公式贝尔特公式湍流强制对流湍流强制对流第第6 6章章 单相对流传热的实验关联式单相对流传热的实验关联式 1.相似原理、量纲分析相似原理、量纲分析相似条件：相似条件：（1）同类现象）同类现象（2）同名准则数相同）同名准则数相同（3）单值性条件相似）单值性条件相似第43页，共61页，编辑于2022年，星期五4.4.4.4.自然对流自然对流自然对流自然对流温差温差密度差密度差浮升力浮升力自然对流自然对流自然对流换热自然对流换热第44页，共61页，编辑于2022年，星期五流体外掠平板流体外掠平板管内受迫对流管内受迫对流流体外掠单管流体外掠单管流体外掠管束流体外掠管束大空间自然对流大空间自然对流有限空间自然对流有限空间自然对流准则方程式准则方程式特征长度特征长度定性温度定性温度板长板长内径或内径或外径外径外径外径H或外径或外径茹卡乌斯卡斯关联式茹卡乌斯卡斯关联式第45页，共61页，编辑于2022年，星期五复习提要：复习提要：1.1.对管内流和管外流对管内流和管外流,Re,Re准则数中的特性长度的取法是不一准则数中的特性长度的取法是不一 样的样的.说明其物理原因说明其物理原因.2.2.当量水利直径的定义和计算方法当量水利直径的定义和计算方法.3.3.掌握掌握什么是相似原理什么是相似原理?判断物理相似的条件判断物理相似的条件?相似原理在工程中相似原理在工程中有什么作用有什么作用?4.4.掌握掌握外掠单管与管内流动两种现象有什么本质区别？外掠单管与管内流动两种现象有什么本质区别？5.5.掌握掌握大空间自然对流与有限空间自然对流的区别。大空间自然对流与有限空间自然对流的区别。6.6.掌握掌握Nu,PrNu,Pr和和GrGr的物理意义，的物理意义，NuNu数与数与BiBi数有什么区别。数有什么区别。7.7.掌握掌握外掠平板，管内流、管外流时层流与湍流的外掠平板，管内流、管外流时层流与湍流的ReRe判断大小。判断大小。第46页，共61页，编辑于2022年，星期五第八章主要复习内容第八章主要复习内容1、物体表面对电磁波的作用、物体表面对电磁波的作用固体和液体：固体和液体：气体：气体：2、斯忒藩、斯忒藩-玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律第47页，共61页，编辑于2022年，星期五3、普朗克定律、普朗克定律维恩位移定律维恩位移定律 黑体辐射能按波段的分布黑体辐射能按波段的分布黑体辐射函数黑体辐射函数第48页，共61页，编辑于2022年，星期五4、兰贝特定律、兰贝特定律定向辐射强度定向辐射强度遵守兰贝特定律的辐射遵守兰贝特定律的辐射第49页，共61页，编辑于2022年，星期五5、实际物体的辐射力、实际物体的辐射力6、实际物体的光谱辐射力、实际物体的光谱辐射力7、实际物体的定向辐射强度、实际物体的定向辐射强度黑体黑体漫射体漫射体第50页，共61页，编辑于2022年，星期五8、实际物体的吸收比、实际物体的吸收比光谱吸收比光谱吸收比9、灰体、灰体10、基尔霍夫定律、基尔霍夫定律第51页，共61页，编辑于2022年，星期五复习提要：复习提要：1.1.掌握掌握什么是黑体什么是黑体,灰体灰体?2.2.掌握掌握光谱辐射力光谱辐射力,辐射力和定向辐射强度的物理意义辐射力和定向辐射强度的物理意义.它们之间有什么它们之间有什么关系关系?3.3.物体的发射率物体的发射率,吸收率吸收率,反射率反射率,穿透率是怎样定义的穿透率是怎样定义的?发射率和发射率和反射率有何不同反射率有何不同?4.4.掌握掌握漫射物体吸收率与发射率的计算方法。漫射物体吸收率与发射率的计算方法。5.5.掌握掌握工业上有实际意义的热辐射波长范围工业上有实际意义的热辐射波长范围.近红外近红外,远红外辐射概念远红外辐射概念.6.6.掌握掌握漫射表面的概念漫射表面的概念.7.7.物体的发射率取决于物体本身物体的发射率取决于物体本身,而不涉及外部条件而不涉及外部条件.因此因此,发射发射率可看成是物性率可看成是物性.但是吸收率与外界条件有关但是吸收率与外界条件有关.为什么对于灰体为什么对于灰体,吸收率也可看成是物性吸收率也可看成是物性,并等于发射率并等于发射率?8.8.掌握掌握维恩位移定律的表达式维恩位移定律的表达式.9.9.掌握掌握三个黑体辐射基本定律的计算应用三个黑体辐射基本定律的计算应用.第52页，共61页，编辑于2022年，星期五第九章第九章 辐射传热的计算辐射传热的计算1 1、角系数的定义及性质、角系数的定义及性质相对性相对性可加性可加性完整性完整性第53页，共61页，编辑于2022年，星期五2 2、角系数的代数分析法、角系数的代数分析法由三个非凹表面组成的闭合系统角系数：由三个非凹表面组成的闭合系统角系数：两个相对的非凹表面角系数：两个相对的非凹表面角系数：第54页，共61页，编辑于2022年，星期五4、两黑体表面封闭系统的辐射传热两黑体表面封闭系统的辐射传热3、有效辐射、投入辐射与换热量的定义及关系有效辐射、投入辐射与换热量的定义及关系5 5、两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热、两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热第55页，共61页，编辑于2022年，星期五6 6、简化形式、简化形式简化形式简化形式1：平面或凸表面间：平面或凸表面间简化形式简化形式2：两个平行平板间两个平行平板间简化形式简化形式3：大空间小物体：大空间小物体第56页，共61页，编辑于2022年，星期五第57页，共61页，编辑于2022年，星期五复习提要：复习提要：1掌握掌握角系数的定义、有哪些性质及其计算方法角系数的定义、有哪些性质及其计算方法(特别是代数分析特别是代数分析法法)和适用条件。和适用条件。2掌握掌握系统黑度的计算公式及三种特殊情形的处理。系统黑度的计算公式及三种特殊情形的处理。3掌握掌握热辐射网络法的基本思路、计算过程。热辐射网络法的基本思路、计算过程。4掌握掌握一个表面自身辐射、投入辐射、有效辐射、系统黑度、表面辐射一个表面自身辐射、投入辐射、有效辐射、系统黑度、表面辐射热阻、空间辐射热阻的概念。热阻、空间辐射热阻的概念。第58页，共61页，编辑于2022年，星期五1.传热方程：传热方程：平壁传热平壁传热圆筒壁传热圆筒壁传热临界热绝缘直径临界热绝缘直径2.换热器分类换热器分类第第10章章 传热过程分析与换热器的热计算传热过程分析与换热器的热计算第59页，共61页，编辑于2022年，星期五2.换热器设计与校核的基本方程换热器设计与校核的基本方程热平衡式热平衡式传热方程式传热方程式3.简单顺逆流换热器对数平均温差的计算简单顺逆流换热器对数平均温差的计算返回返回第60页，共61页，编辑于2022年，星期五复习提要：复习提要：1.1.掌握掌握通过平板与圆管的传热系数的计算方法通过平板与圆管的传热系数的计算方法.2.2.掌握掌握临界热绝缘直径的物理意义及计算方法临界热绝缘直径的物理意义及计算方法.3.3.换热器有那些主要形式换热器有那些主要形式?4.4.掌握掌握换热器的对数平均温差计算方法换热器的对数平均温差计算方法.5.5.掌握掌握换热器设计计算的基本方法换热器设计计算的基本方法,计算换热器内的传热量及传计算换热器内的传热量及传热面积热面积.第61页，共61页，编辑于2022年，星期五