第四章传热第四次课new.ppt

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1、 物体的辐射能力物体的辐射能力物体的辐射能力物体的辐射能力是指物体在一定温度下，单位表面是指物体在一定温度下，单位表面是指物体在一定温度下，单位表面是指物体在一定温度下，单位表面积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，记作积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，记作积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，记作积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，记作E E E E，单，单，单，单位是位是位是位是W/mW/mW/mW/m2 2 2 2。单色辐射能力单色辐射能力单色辐射能力单色辐射能力是指物体在一定温度下，单位表面积、是指物体在一定温度下，单位表面积、是指物体在一定温度下，单位表面积、是指物体在

2、一定温度下，单位表面积、单位时间内发射某一波长的辐射能。记作单位时间内发射某一波长的辐射能。记作单位时间内发射某一波长的辐射能。记作单位时间内发射某一波长的辐射能。记作E E E E，单位是，单位是，单位是，单位是W/mW/mW/mW/m2 2 2 2。二、辐射传热二、辐射传热1 1 1 1 物体的辐射能力物体的辐射能力物体的辐射能力物体的辐射能力普朗克定律-黑体单色辐射能力随波长及温度而变化的函数关系 2 2 黑体单色辐射能力与波长及温度的关系黑体单色辐射能力与波长及温度的关系E bT=1400 KT=1200 K0103 3 3 3 黑体辐射能力与黑体单色辐射能力的关系黑体辐射能力与黑体单

3、色辐射能力的关系黑体辐射能力与黑体单色辐射能力的关系黑体辐射能力与黑体单色辐射能力的关系 黑体辐射能力与其表面热力学温度的四次方成正比黑体辐射能力与其表面热力学温度的四次方成正比。C C0 0称称为为黑体的辐射常数黑体的辐射常数。将将普朗克定律代入上式并积分得代入上式并积分得斯蒂芬-波尔茨曼定律：4 4 四次方定律四次方定律-斯蒂芬斯蒂芬-波尔茨曼定律波尔茨曼定律（1 1 1 1）灰体辐射能力灰体辐射能力灰体辐射能力灰体辐射能力与其与其与其与其表面热力学温度表面热力学温度表面热力学温度表面热力学温度的关系的关系的关系的关系 C C称为称为灰体的辐射常数灰体的辐射常数。（2 2）黑度）黑度5 5

4、 5 5 灰体的辐射能力灰体的辐射能力灰体的辐射能力灰体的辐射能力6 6 6 6 物体的辐射能力与吸收能力的关系物体的辐射能力与吸收能力的关系物体的辐射能力与吸收能力的关系物体的辐射能力与吸收能力的关系 克希霍夫定律克希霍夫定律克希霍夫定律克希霍夫定律 假设有两个无限大的平行平壁：假设有两个无限大的平行平壁：假设有两个无限大的平行平壁：假设有两个无限大的平行平壁：壁壁壁壁1 1 1 1为灰体，壁为灰体，壁为灰体，壁为灰体，壁2 2 2 2为黑体。为黑体。为黑体。为黑体。两壁面之间为透热体。两壁面之间为透热体。两壁面之间为透热体。两壁面之间为透热体。系统对外界绝热。系统对外界绝热。系统对外界绝热

5、。系统对外界绝热。对壁对壁1 1来说，热量的来说，热量的收支差额为：收支差额为：当两壁处于热平衡状态当两壁处于热平衡状态表明任何物体的辐射能力和吸收率的比值：表明任何物体的辐射能力和吸收率的比值：恒等于同温度下黑体的辐射能力；恒等于同温度下黑体的辐射能力；并且只与温度有关。并且只与温度有关。克希霍夫定律克希霍夫定律灰体的吸收率，数值上等于同温度下该体的黑度。灰体的吸收率，数值上等于同温度下该体的黑度。若平行平壁的面积为若平行平壁的面积为A A，则辐射传热速率为则辐射传热速率为C C1-21-2称为称为物体物体1 1对对2 2的总辐射系数的总辐射系数。对于任意两物体之间的辐射传热速率的计算，有如

6、下对于任意两物体之间的辐射传热速率的计算，有如下普遍适用的形式。普遍适用的形式。7 7 7 7 物体间的辐射传热物体间的辐射传热物体间的辐射传热物体间的辐射传热8 8 对流和辐射的联合传热对流和辐射的联合传热对流和辐射的联合传热对流和辐射的联合传热 由对流传热而损失的热量为由对流传热而损失的热量为 由辐射传热而损失的热量为由辐射传热而损失的热量为 在在对对流流和和热热辐辐同同时时存存在在的的场场合合，常常将将辐辐射射传传热热也也用用对对流流传热速率方程表示：传热速率方程表示：设备的总热损失为：设备的总热损失为：n n例例 用热电偶测量管内空气温度，测得热电偶温用热电偶测量管内空气温度，测得热电

7、偶温用热电偶测量管内空气温度，测得热电偶温用热电偶测量管内空气温度，测得热电偶温度为度为度为度为420420420420，热电偶黑度为，热电偶黑度为，热电偶黑度为，热电偶黑度为0.60.60.60.6，空气对热电偶的，空气对热电偶的，空气对热电偶的，空气对热电偶的传热系数为传热系数为传热系数为传热系数为35 W35 W35 W35 W m m m m-2-2-2-2 -1-1-1-1，管内壁温度为，管内壁温度为，管内壁温度为，管内壁温度为300300300300，试求空气温度。，试求空气温度。，试求空气温度。，试求空气温度。n n解：解：n n空气与热电偶的对流传热空气与热电偶的对流传热空气与

8、热电偶的对流传热空气与热电偶的对流传热=热电偶与管壁辐射传热热电偶与管壁辐射传热热电偶与管壁辐射传热热电偶与管壁辐射传热n n令空气温度为令空气温度为令空气温度为令空气温度为T T T Tn nh=35w/mh=35w/mh=35w/mh=35w/m2 2 2 2.k C.k C.k C.k C0 0 0 0=5.67w/m=5.67w/m=5.67w/m=5.67w/m2 2 2 2.k.k.k.k4 4 4 4 =0.6=0.6=0.6=0.6n n代入得代入得 T=523T=523 传热计算主要有两种类型：传热计算主要有两种类型：设计计算设计计算 根据生产要求的热负荷确定换热器的传热面积

9、。根据生产要求的热负荷确定换热器的传热面积。校核计算校核计算 计算给定换热器的传热量、流体的温度或流量。计算给定换热器的传热量、流体的温度或流量。第五节第五节 稳定传热的计算稳定传热的计算对间壁式换热器作能量恒算，在忽略热损失的情况下有对间壁式换热器作能量恒算，在忽略热损失的情况下有上式即为上式即为换热器的热量恒算式换热器的热量恒算式。式中式中 Q Q换热器的热负荷，换热器的热负荷，kJ/hkJ/h或或w w W W流体的质量流量，流体的质量流量，kg/hkg/h H H单位质量流体的焓，单位质量流体的焓，kJ/kgkJ/kg 下标下标c c、h h分别表示冷流体和热流体，下标分别表示冷流体和

10、热流体，下标1 1和和2 2表示换热器的进口和出口。表示换热器的进口和出口。Q=qm,h(Hh1-Hh2)=qm,c(Hc2-Hc1)一、能量恒算一、能量恒算若若换换热热器器中中两两流流体体无无相相变变时时，且且认认为为流流体体的的比比热热不不随温度而变，则有随温度而变，则有式式中中 c cp p流流体体的的平平均均比比热热，kJ/kJ/（kgkg ）t t冷流体的温度，冷流体的温度，T T热流体的温度，热流体的温度，Q=qmhcph(T1-T2)=qmccpc(t2-t1)若若换换热热器器中中的的热热流流体体有有单单纯纯相相变变，如如饱饱和和蒸蒸汽汽冷冷凝凝时时，则则有有 当当冷凝液的温度低

11、于饱和温度冷凝液的温度低于饱和温度时，则有时，则有 式式中中 qmh饱和蒸汽（热流体）的冷凝速率，饱和蒸汽（热流体）的冷凝速率，kg/h r饱和蒸汽的冷凝潜热，饱和蒸汽的冷凝潜热，kJ/kgQ=qmhr=qmccpc(t2-t1)Q=qmhr+cph(Ts-T2)=qmccpc(t2-t1)式中式中 cph冷凝液的比热，冷凝液的比热，kJ/（kg）Ts冷凝液的饱和温度，冷凝液的饱和温度，n n以冷热流体的温差（以冷热流体的温差（以冷热流体的温差（以冷热流体的温差（T-tT-tT-tT-t）作传热推动力，所）作传热推动力，所）作传热推动力，所）作传热推动力，所得的传热速率方程为得的传热速率方程为

12、得的传热速率方程为得的传热速率方程为总传热速率方程总传热速率方程总传热速率方程总传热速率方程。n n通常冷热流体的温差（通常冷热流体的温差（通常冷热流体的温差（通常冷热流体的温差（T-tT-tT-tT-t）沿流动方向变化。）沿流动方向变化。）沿流动方向变化。）沿流动方向变化。二、传热速率基本方程二、传热速率基本方程冷热流体的温差（冷热流体的温差（冷热流体的温差（冷热流体的温差（T-tT-tT-tT-t）沿流动方向变化：）沿流动方向变化：）沿流动方向变化：）沿流动方向变化：2.1 2.1 2.1 2.1 总传热速率微分方程总传热速率微分方程总传热速率微分方程总传热速率微分方程2.2 2.2 2.

13、2 2.2 总传热系数总传热系数总传热系数总传热系数K K K K 1 1 1 1、K K K K的计算式的计算式的计算式的计算式 2 2 2 2、污垢热阻、污垢热阻、污垢热阻、污垢热阻 3 3 3 3、总热阻计算式的简化、总热阻计算式的简化、总热阻计算式的简化、总热阻计算式的简化 4 4 4 4、控制热阻的概念、控制热阻的概念、控制热阻的概念、控制热阻的概念 5 5 5 5、一些总传热系数的数值范围、一些总传热系数的数值范围、一些总传热系数的数值范围、一些总传热系数的数值范围2.3 2.3 2.3 2.3 总传热速率方程与平均传热温差总传热速率方程与平均传热温差总传热速率方程与平均传热温差总

14、传热速率方程与平均传热温差二、传热速率基本方程二、传热速率基本方程 仿照对流传热速率微分方程，可写出总传热速率微分方程仿照对流传热速率微分方程，可写出总传热速率微分方程仿照对流传热速率微分方程，可写出总传热速率微分方程仿照对流传热速率微分方程，可写出总传热速率微分方程2.1 2.1 总传热速率微分方程总传热速率微分方程(对流传热速率微分方程对流传热速率微分方程,牛顿冷却定律牛顿冷却定律)显然，选择的传热面积不同，总传热系数的数值也不同。显然，选择的传热面积不同，总传热系数的数值也不同。dQ=Ki(T-t)dAi=Ko(T-t)dAo=Km(T-t)dAm式中式中 Ki、Ko、Km基于管内表面积、外表面积、外表面平均面积基于管内表面积、外表面积、外表面平均面积 的总传热系数，的总传热系数，w/（m2）Ai、Ao、Am换热器内表面积、外表面积、外表面平均面积，换热器内表面积、外表面积、外表面平均面积，m2 在工程大多以在工程大多以外表面积外表面积为基准。为基准。由由于于dQdQ及及（T-tT-t）两两者者与与选选择择的的基基准准面面积积无无关关，则则根根据据总总传传热热速率微分方程，有速率微分方程，有