导热基本定律及稳态导热.pptx

会计学1导热基本定律及稳态导热导热基本定律及稳态导热长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering3.变截面或变热导率的导热问题 第1页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering2-4 通过肋片的导热青藏铁路第2页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering七彩虹显卡散热片高频焊翅片管暖气片 第3页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering2-4 通过肋片的导热肋片它是指那些从基础表面上伸展出来的固体表面。肋的主要作用是通过提高面积来提高传热量。第4页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering增加可采取的措施：（2）减小热阻：增大换热面积 A 也能增加传热量2-4 通过肋片的导热（1）增加温差，受工艺条件限制金属壁一般很薄(很小)、热导率很大，故导热热阻一般可忽略。增大h1、h2，但提高h1、h2并非任意的。第5页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical EngineeringA=A1A1A2A=A1+A2在一些换热设备中，在换热面上加装肋片是增大换热量的重要手段。2-4 通过肋片的导热肋片导热是稳态过程如何理解？第7页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering2-4 通过肋片的导热一、通过等截面直肋导热的分析和计算1）确定肋片的温度沿导热热流传递的方向变化情况。温度场 2）确定通过肋片的散热热流量多少。热流量分析肋片导热的目的第8页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering若肋片长度方向的温度不均可以忽略的话，肋片中的温度分布应是二维的。但是，如果肋片很薄，导热系数很大，肋片厚度方向的温差近似可以忽略，则肋片中的温度常仅是高度x的函数。2-4 通过肋片的导热将肋片表面的散热量虚拟为肋片中的内热源来处理，该问题最终可简化为一维、稳态、含有内热源的导热问题。第9页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering2-4 通过肋片的导热导热微分方程：内热源强度的确定：设横截面积为Ac，界面周长为P。对dx的微元段进行分析。第10页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering2-4 通过肋片的导热令:方程的通解为：导热微分方程变为：为常数第11页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering2-4 通过肋片的导热第一个边界条件是：在x=H 的边界处，有三种情况：第12页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering2-4 通过肋片的导热采用第二种情况，顶端绝热：等截面直肋内的温度分布：hyperbolic cosin 第13页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering等截面直肋片中的温度变化:2-4 通过肋片的导热第14页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering肋端过余温度：即 xH 处：2-4 通过肋片的导热由肋片散失的全部热流量都必须通过肋的根部，在此处应用傅立叶定律，可得第15页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering例1：如图所示的长为30cm，直径为12.5mm的铜杆，导热系数为386W/(mK)，两端分别紧固地连接在温度为200的墙壁上。温度为38的空气横向掠过铜杆，表面传热系数为17W/(m2K)。求杆散失给空气的热量是多少?30cm t0=200=386W/(mK)h=17W/(m2K),tf=38 t0=200d=12mm第16页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering解：这是一等截面直肋（且一端为绝热边界条件）的一维导热问题。由于物理问题对称，可取杆长的一半作研究对象。此杆的散热量为实际散热量的一半。第17页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering整个杆的散热量为：第18页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering二、肋片效率第19页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering可见，f 效率 与参量 有关。2-4 通过肋片的导热第20页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering 影响肋片效率的因素：肋片材料的热导率 、肋片表面与周围介质之间的表面传热系数 h、肋片的几何形状和尺寸(P、A、H)。导热率愈大，肋片效率愈高；肋片愈高，肋片效率愈低，肋片不宜太高；肋片愈厚，肋片效率愈高；h愈大，即对流换热愈强，肋片效率愈低。2-4 通过肋片的导热故一般在表面传热系数较低的一侧加装肋片。第21页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering肋片散热量的工程计算方法：（2）计算出理想情况下的散热量0=hA(t0-t)（1）由图线或计算公式得到f（3）由式=f0 计算出实际散热量2-4 通过肋片的导热图图220 等厚环肋的效率曲线等厚环肋的效率曲线第22页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering说明：(1)上述推导中忽略了肋端的散热（认为肋端绝热）。对于一般工程计算，尤其高而薄的肋片，足够精确。若必须考虑肋端散热，取：Hc=H+/2.2-4 通过肋片的导热第23页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering例2：两种几何尺寸完全相同的等截面直肋，在完全相同的对流环境(即表面传热系数和流体温度均相同)下，沿肋高方向温度分布曲线如图所示。请判断两种材料导热系数的大小和肋效率的高低?第24页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering对于实际问题，修正为：四、何时加肋对传热有利2-4 通过肋片的导热第28页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering小 结二、热流量一、温度场三、肋片效率第29页/共35页长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering作 业2-2、2-6、2-10、2-18、2-35、2-52、2-55第30页/共35页