工程热力学和传热学1.ppt
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1、辆底悼孽叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1 传传 热热 学学 (Heat Transfer)伯篷添伴糯蒸詹置减筷樟正粤茎溢耸糟泵返布桨讣腾办吊陈祟藉刚彰满噪工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1参参 考考 书书v 教材教材:传热学传热学 杨世铭、陶文铨编著,第三版杨世铭、陶文铨编著,第三版v传热学传热学 戴锅生,第二版戴锅生,第二版v数值传热学数值传热学 陶文铨编著陶文铨编著v对流换热对流换热 V.S.阿巴兹阿巴兹v凝结和沸腾施明恒等编著凝结和沸腾施明恒等编著v辐射换热辐射换热 余其铮编著余其铮编著v Heat Transfer(
2、2nd Edition),by Anthony F.Millsv Heat Transfer,by J.P.Holmanv Fundamentals of Heat Transfer,by F.P.Incropera,D.P.DeWitt 悔贝把餐贬命轿轮抡铝蝉砒菌咎癌卉篙巷澳烽仅去榆渺大辣握啄勃靴囤满工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1考考 核核 方方 法法v平平时时成成绩绩:30%30%(包包括括:上上机机、实验、出勤及作业实验、出勤及作业)v期末考试期末考试:70%:70%惨札酗榷砂熬毫鸡叙逸娘缎腋死裙九篙庙幕滦归钒冲身塌粤弗枚九翟岛饶工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1辆底悼孽
3、叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1第第一章章 绪绪 论论1-0 概概 述述 1.1.传热学(传热学(Heat TransferHeat Transfer)(1)(1)研究热量传递规律的科学,具体来讲主要有热量传递研究热量传递规律的科学,具体来讲主要有热量传递 的机理、规律、计算和测试方法的机理、规律、计算和测试方法(2)热量传递过程的推动力:温差 热力学第二定律:热量可以自发地由高温热源传给 低温热源 有温差就会有传热 温差是热量 传递的推动力 奈锥蹲藩血灵弟航皆扎柿惟窘盾衡哑谷戏砷试妄淖恐亲惠滨秉当挑羽涝循工程热力学和传热学1工程
4、热力学和传热学12.传热学与工程热力学的关系(1)热力学 +传热学=热科学(Thermal Science)系统从一个平衡态到另一个平衡态的过程中传递热量的多少。关心的是热量传递的过程,即热量传递的速率。热力学:传热学:水,M220oC铁 块,M1300oC图1-1 传热学与热力学的区别(2)传热学以热力学第一定律和第二定律为基础,即 始终从高温热源向低温热院传递,如果没有能量形式的转化,则 始终是守恒的聚阅烷十褂寨柱橱贺梳埃咕播蛮妄挎航骗匡览俐棺拴冯邵瞳氖览抠坚间扛工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1辆底悼孽叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力学和传热学1工程
5、热力学和传热学13 3 传热学应用实例传热学应用实例 自然界与生产过程到处存在温差自然界与生产过程到处存在温差 传热很普遍传热很普遍 b 夏天人在同样温度(如:25度)的空气和水中的感觉不一样。为什么?c 北方寒冷地区,建筑房屋都是双层玻璃,以利于保温。如何解释其道理?越厚越好?(1)日常生活中的例子:a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和 冬天都保持20度,那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样?为什么?氦你遥收悦膏胁屉套杰戍竞悔喷屿挡杜剂掺毯滞斑吞狙法叼赋镁朔栏明施工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1辆底悼孽叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力
6、学和传热学1工程热力学和传热学1(2)(2)特别是在下列技术领域大量存在传热问题特别是在下列技术领域大量存在传热问题(3)几个特殊领域中的具体应用a 航空航天:高温叶片气膜冷却与发汗冷却;火箭推力室的再生冷却与发汗冷却;卫星与空间站热控制;空间飞行器重返大气层冷却;超高音速飞行器(Ma=10)冷却;核热火箭、电火箭;微型火箭(电火箭、化学火箭);太阳能高空无人飞机动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源、微电子、核能、航空航天、微机电系统(MEMS)、新材料、军事科学与技术、生命科学与生物技术工纳颐晚姚什这彭骸祈驶蛀浴熟峦夕婿楞著薯娇桩偶奎腾滋今历灿鸟跳侥工程热力学和传热学1工程热力学和传热学
7、1b 微电子:电子芯片冷却c 生物医学:肿瘤高温热疗;生物芯片;组织与器 官的冷冻保存d 军 事:飞机、坦克;激光武器;弹药贮存e 制 冷:跨临界二氧化碳汽车空调/热泵;高温 水源热泵f 新 能 源:太阳能;燃料电池4 传热过程的分类按温度与时间的依变关系,可分为稳态和非稳态两大类。荡愚窥娜肪虎修赛疫极辜癸佣碗你贬三廖赣泪蠢圆杜沛拙演阑榜驻委稿油工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1辆底悼孽叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力学和传热学1工程热力学和传热学11-1 热量传递的三种基本方式1 1 导热(热传导)导热(热传导)(Conduction)(Conducti
8、on)热量传递的三种基本方式:导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。(1)定义:指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象(2)物质的属性:可以在固体、液体、气体中发生(3)导热的特点:a 必须有温差;b 物体直接接触;c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量;d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。黑浚活铱剧侣柬鳞舍瞅媒铁锰扇离辞仲喻粤唆瓦地咖使歹耿盐狱陨彭肥哉工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1(4)导热的基本定律:1822年,法国数学家Fourier:上式称为Fourier定律,号称导热基本定
9、律,是一个一维稳态导热。其中:热流量,单位时间传递的热量W;q:热流密度,单位时间通过单位面积传递的热量;A:垂直于导热方向的截面积m2;:导热系数(热导率)W/(m K)。图1-2 一维稳态平板内导热t0 x dxdtQ回李脯慰观蚌茎讼塔胁幽豢重陌虾媚潦又走膨蒲筷邯螟竟碌糟泅缉役荣琵工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1辆底悼孽叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1(6)一维稳态导热及其导热热阻 如图1-3所示,稳态 q=const,于是积分Fourier定律有:复习:1 传热学的研究内容 (1)定义 2 传热学与工程热力学的关系
10、(2)物质的属性:3 传热学应用实例 (3)导热的特点 4 传热过程的分类 (4)导热的基本定律 5 5 导热 (5)导热系数(5)导热系数 表征材料导热能力的大小,是一种物性参数,与材料种类和温度关。搔裤昭袒壮搭东迫忻夹篇葡迢拔畜私椭挚塌钾氟败晶须椰邦登籽敏埃枚矛工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1Q图1-3 导热热阻的图示 t0 x dxdtQ导热热阻导热热阻单位导热热阻单位导热热阻弟瞒丢宁蛮让滋搀醋醒泄洛妖呼吟蝴智邵戎瞎吞吸扯枕饼膜肖遏锋脖衍翟工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1例例 题题 1-1 1-1例题例题 1-1 1-1 一块厚度一块厚度=50=50 mm mm 的平板,
11、的平板,两侧表面分别维两侧表面分别维持在持在试求下列条件下的热流密度。材料为铜,=375 w/(mK);材料为钢,=36.4 w/(mK);材料为铬砖,=2.32 w/(mK);材料为铬藻土砖,=0.242 w/(mK)。解:参见图1-3。及一维稳态导热公式有:患亭沦酿恋绥戌凌黎碱忙帧庐鞭冰拟芋胎痈狄琶萤镶崇屈蠕溪蕉芥蔷岂邢工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1铬砖:硅藻土砖:讨论:由计算可见,由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差别,导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土砖的导热量大三个数量级。因而,铜是热的良导体,而硅藻土砖则起到一定的隔热作用铜:钢:宿乐疑河杏温奈邵菜殷康而圭馏觅阔酱
12、簧崖仲忘构喉库此雌瞎低猛将茁背工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1辆底悼孽叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1定义:流体中(气体或液体)温度不同的各部分之 间,由于发生相对的宏观运动而把热量由一处 传递到另一处的现象。2 对流(热对流)(Convection)(2)对流换热:当流体流过一个物体表面时的热量传递 过程,他与单纯的对流不同,具有如下特点:a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触(流体与壁面)和宏观运动;也 必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层 对流换热的分类 无相变:强迫对流和自然对流
13、有相变:沸腾换热和凝结换热框吾疼篇踞爱幌辨轮疆爽舆逝削女儒罗盛屿承冀效棚粗博亲壕汉专笨衍频工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1辆底悼孽叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1图1-4 对流换热中边界层的示意图捻迟陡婉变价厨窜炊柔因独乔徐占袋迈凑撞哨慨稳衬轮蚊展入狠设辨柳早工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1辆底悼孽叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1Convection heattransfer coefficient(4)对流换热的基本计算公式牛顿冷却公式h 表面传热系
14、数 热流量W,单位时间传递的热量q 热流密度A 与流体接触的壁面面积 固体壁表面温度 流体温度攘当兄术恰讳崇钩崭必攫距饰远遏匪耿墟够纬蹋守靡捧念媳钥胯资趴噬外工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1辆底悼孽叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1 当当流流体体与与壁壁面面温温度度相相差差1 1度度时时、每每单单位位壁壁面面面面积积上、单位时间内所传递的热量上、单位时间内所传递的热量影响h因素:流速、流体物性、壁面形状大小等(Convection heat transfer coefficient)(5)对流换热系数(表面传热系数)夕氏芯话
15、勉耙愈所眼臀隔愚猫创眯饰弱厄桔子卖稍饺汉斤邦将滨丁板阀塔工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1辆底悼孽叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1Thermal resistance for convection(6)对流换热热阻:资秋赛闹酝跟笨排衰动撰奖馅综悄矗耙野锋巍履蒋唯汰璃英勾麦登病醉仔工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1辆底悼孽叔橡卜泌夺溉副泄慎戴歧龟压甄鄙殊易苯斧疾哟偿肆虾捏值焚仅工程热力学和传热学1工程热力学和传热学1(1)定义:有热运动产生的,以电磁波形式传递能量的现象3 热辐射(Thermal radiation)(2
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