热传导(通用版)
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式中 q——单位时间内通过导热体单位面积上的热量。 ——比例系数,又称为热导率。
热导率的大小反映了物体导热能力 的大小,它的大小取决于物质的种类和 温度。
大平壁导热
导过平壁的热流量:
dt dx S t w1 t w 2
Q S
t w1 t w 2
S
t w1 t w 2 R
第二节
对流换热
概念
当温度不同的各部分流体之间产生 宏观的相对运动时,各部分流体因相互 掺混所引起的热量传递过程,称为热对 流。流动着的流体与其相接触的固体壁 面之间的热量传递过程称为对流换热。
第二节
对流换热
对流换热时,流体内部各部分流体 之间存在热对流,并同时伴随有热传导, 这是因为微观粒子的热运动总是存在的; 在靠近固体壁面处,因流体的黏性力作 用,紧贴壁面薄层流体的流速为零,该 薄层流体与壁面之间只能通过导热方式 进行热量交换。因此,对流换热是热对 流和热传导综合作用的结果。
特点 辐射换热与导热、对流换热的主要 不同点就是换热是物体(或物质)之间 不接触。
第三节
辐射换热
单位时间内射到物体单位面积上 的总能量,称为投射辐射Ee。其 中一部分被吸收,称为吸收辐射 Ea;一部分被物体反射出去,称 为反射辐射Er;其余部分则穿透 过物体,称为透射辐射Ed。按能 量守恒定律得:
第三章
热传递的基本原理
摘要
传热学是研究热能传递规律的学科。温差的存 在,必然会引起热量从高温物体向低温物体进 行传递。 火电厂的生产过程和传热过程联系密切。 热量传递的基本方式有导热、对流换热和辐射 换热。一般情况下传热过程均是这几种方式的 综合结果。
热量传递的基本方式
导热
对流换热
辐射换热
W
R (A) 导热面积为A时导热热阻 C W
q
Q A
t w1 t w 2
t w1 t w 2
t w1 t w 2 r
W
m
2
r 单位面积上导热热阻 m C W
2
大平壁导热
多层平壁
Q aS (t w t f )
3.流体的物理性质
h ( 流体内部和流体与壁面
间导热热阻小 )
、 c h ( 单位体积流体能携带更
多能量 )
h ( 有碍流体流动、不利于
热对流 )
第二节
对流换热
⒋几何因素的影响
壁面几何形状、大小,流体与固体 热接触的相对位置等对对流换热的影响。
⒌流体有无相变
第一节
导热
温度场(Temperature field) 某时刻空间所有各点温度分布的总称 温度场是时间和空间的函数,即:
t f ( x , y , z , )
第一节
导热
如果物体内各点的温度在温度不随时间 而变,称为稳态温度场。
若物体内的温度分布随时间变化,则为 非稳态温度场。
第一节
第四节
传热过程与换热器
2).削弱传热 削弱传热一般用于减少热力设备及 热力管道对环境的散热,且通过敷设隔 热层的办法来实现 石棉、珍珠岩、矿渣棉等各类制品, 是电厂中广泛采用的隔热保温材料
谢谢观看
导热
在有温差存在的物体内,若将其温度 相同的点连接起来,则会形成一个等 温面。等温面可以是曲线、平面或封 闭的圆环面。等温面上各点的温度均 相等,只有穿过等温面时才会有温度 改变。将等温面法线方向上的温度变
dt
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化率称为温度梯度,用
dx
表示。
第一节
导热
傅立叶定律及热导率
傅立叶定律以微分形式给出了导热体内热流量与温 度梯度的关系,即: dt q dx
备。
按其工作原理,火电厂中的换热器一
般可分为混合式、表面式和再生式三类。
第四节
传热过程与换热器
第四节
传热过程与换热器
第四节
传热过程与换热器
2、换热器内冷热流体的相对流向
流体在换热器内的相对流向
(a)顺流;(b)逆流;(c)平行混合流;(d)一次交叉流;
(e)顺流交叉流;(f)逆流交叉流;(g)、(h)混合流交叉流
第二节
对流换热
t tw ts
第二节
对流换热
2、 凝结换热 当蒸汽与低于其相应压力下的饱 和温度的壁面接触时,将发生凝结过程。 凝结时蒸汽释放出汽化潜热并传递给固 体壁称凝结换热过程。
分为膜状凝结、珠状凝结 液膜的导热热阻成为膜状凝结换热的主要阻力 不凝结气体——附加热阻(凝汽器设有抽气系统) 排除凝结液、减小液膜厚度——强化膜状凝结换热
第三节
辐射换热
概念
辐射是指物体通过发射电磁波向外 传递能量的现象。一般,若电磁波的波 长在0.1~1000/μ m之间,则称为热辐 射。 物体在向外发射热辐射的同时,又 要接收周围物体投射到它表面上的热辐 射能,并将其转变为热能而吸收。通过 热辐射方式交换热量的过程称辐射换热。
第三节
辐射换热
第三节
辐射换热
热辐射的基本定律 1.斯尔潘-波尔兹曼定律:黑体的辐射力与 热力学温度的四次方成正比。(解决了 黑体辐射力的计算。) 2.基尔霍夫定律:在热平衡的条件下实际 物体的吸收率在数值上等于该物体的黑 度。(解决了实际物体吸收率的计算)
第四节
传热过程与换热器
换热器
1、类型。
换热器是实现冷热流体热量交换的设
h相变 h单相
第二节
对流换热
对流换热量的计算 牛顿冷却公式:
Q aS ( t w t f )
tw t f 1 aS
第二节
对流换热
对流换热量按牛顿冷却定律计算,但式 中的表面传热系数难以确定,要考虑到 诸多因素影响。表面传热系数的计算步 骤是,首先选择试验关联式;确定Nu准 则;根据Nu定义式,求解表面传热系数ą。
一般情况下传热过程均是这几种方式的综合结果。
什么是导热?
当物体内部或相互接触的物体间存在温度差时,热量从高温 处传到低温处的过程称为导热或热传导。
什么是对流换热?
流动着的流体与其相接触的固体壁面之间的热量传递过程称 为对流换热。
什么是辐射换热?
物体在向外发射热辐射的同时,又要接收周围物体投射到它 表面上的热辐射能,并将其转变为热能而吸收。通过热辐射方式 交换热量的过程称辐射换热。
第二节
对流换热
分类
强制对流换热 自然对流换热 与固体表面相接触流体的流动,如 果是在风机或泵等所提供的外力推动下 形成的,称为强制对流换热; 如果是由于流体内部各部分之间密 度不同所引起的,称自然对流换热。
第二节
对流换热
单相介质对流换热 相变对流换热
被壁面加热或冷却的流体未发生相 变,称为单相介质的对流换热;否则称 为有相变的对流换热,如蒸汽凝结或液 体沸腾等。
第二节
对流换热
第二节
对流换热
h强制 h 自然
▲对流换热的主要影响因素
1.流动的起因
2.流体的流态
wd
h 紊流 h 层流
当Re<2320时为稳定层流; Re>10000时为旺盛紊流 ; 2320<Re<10000时则为流 态不 确定的过渡阶段。
Re
wd
第二节
对流换热
第二节
对流换热
流体有相变时的对流换热 1、沸腾换热:指工质通过气泡运动 带走热量,并使其冷却的一种传热方式
大容器饱和沸腾曲线 通过对水在一个大气压(1.013×105Pa) 下的大容器饱和沸腾换热过程的实验观 察,可以画出下图所示的曲线,称为饱 和沸腾曲线。曲线的横坐标为加热面的 过热度;纵坐标为热流密度。
第一节
导热
概念
当物体内部或相互接触的物体间存在 温度差时,热量从高温处传到低温处的过 程称为导热或热传导。
第一节
导热
气体的导热:通过其处于杂乱无章运动中的分子间的 碰撞,进行能量的交换而实现导热。 固体的导热:主要是通过材料晶格的热振动波以及自 由电子的迁移来实现的。 液体的导热:在液体介电质中,热量的转移是依靠弹 性波的作用。 在金属内部则依靠自由电子的运动,而对于非金 属则主要通过晶格的热振动波进行热量的传递。
现在研究外界热辐射的能量投射到某一物 体表面的情况。
Ee
n
Er
Ea
Ed
Ea Er Ed Ee
第三节
辐射换热
以总能量Ee通除全式,并分别由A、R、D表 示各项比值,则得 A+R+D=1
A:物体的吸收率; R:物体的反射率; D:物体的投射率;
第三节
辐射换热
R=1的物体称为白体; D =1的物体称为透热体; A=1表明落到物体表面上的辐射能被物体 全部吸收,这种物体称为黑体;黑体不 仅吸收能力最大,且与同温度的物体相 比,其辐射能力也最大。
tw t f 1
Q
aS t w1 t w 4
1 1S
2 2 S
3 3 S
Q=温差除以热阻之和
q Q S t w1 t w 4
1 1
2 2
3 3
第一节
导热
Q t R
导热量
热阻→热流量 在导热分析计算中,热阻的概念 是很重要的。掌握了不同物体的导热 热阻,也就能计算这些物体的热流量。
第四节
传热过程与换热器
2、换热器内冷热流体的相对流向
流体在换热器内的沿程温度变化 (a)逆流 (b)顺流
第四节
1).强化传热
传热过程与换热器
3、传热的强化和削弱
强化传热即为根据传热学的基本原 理设法增强传热过程的传热效果,其目 的在于使一定的换热设备获得较大的传 热量,或在一定的传热量要求下使所需 的传热面积最小,设备成本最低