热阻测量及肋片传热特性
知识点：通过肋壁的稳定传热PPT.
知识点：通过肋壁的稳定传热
为F1，光壁侧热流体的温度tf1，复合换热系数α 1，肋壁侧冷 流体的温度tf2，复合换热系数α 2；光壁面温度tw1，肋基壁 面温度tw2 ，肋壁的平均温度为tw2,m。假定tf1＞tf2 、α 1 ＞ α 2，则在稳定传热条件下，通过肋壁的传热热流量可以写成 如下形式 （a） 1 (t f 1 t w1 ) F1 光壁面吸热 t w1 t w 2 （b） F1 壁面导热 （c） 2 (t w2,m t f 2 ) F2 肋壁放热 令
假定tf1则在稳定传热条件下通过肋壁的传热热流量可以写成如下形式光壁面吸热肋壁放热称肋片效率它表示肋壁的实际散热量与假定整个肋壁都具有相同的肋基温度的理想散热量之比
知识点：通过肋壁的稳定传热
在实际工程中通过肋壁传热的设备应用较多。例如采暖 λ 用的翼型散热器和串片式散热 tf1 器，通风、空调用的空气加热 tw2 tw2,m tf2 α1 器和冷却器，锅炉用的铸铁省 α2 F2′ F2″ tw1 煤器等等，都是采用肋壁以达 F1 到增强传热的目的。 Φ1 设有一平壁厚度为δ ，导 热系数为λ ，壁和肋用同样材 δ 料制成的，设肋壁表面积为 F tw1 Φ tw2 tf2 (它等于肋片表面积 F2加肋与 tf1 1 1 δ 肋之间壁的表面积 F2 ，即 F αη F λF αF 图1 通过肋壁的稳定传热 F2 F2 ），无肋壁的光壁面
知识点：通过肋壁的稳定传热
这里已假定α 1＞α 2，在α 2乘上η β ，会使α 2侧的换热热 阻明显减小。因此，肋片应加在化热系数较小侧。 （2）肋化系数多大合适 按以上分析肋化系数并不是越大越好，从理论上肋化系 数大小应使α 1≈α 2 η β 时最为合适，但同时还受工艺及其 它因素的限制。如通风工程中的空气加热器，如果用蒸汽或 热水来加热空气，两侧流体的换热系数相差悬殊，理论上肋 化系数应采用很大的数值，但是，由于受工艺及其它因素的 限制，目前一般采用10～30。而在锅炉的空气预热器中，由 于烟气和空气两侧的换热系数无多大差别，故不必加肋。另 外还应该注意，肋片在传热面上的安装须顺着工作流体的流 动方向。在流体自然对流情况下，肋片则应垂直安装。
导热系数热阻
0
cosh mH x cosh mH
肋端过余温度随mH增加而降低。
在稳态情况下, 肋片散热量 应该等于从肋根导入的热量，
Ac
d
dx
x0
0
msinh mH cosh mH
x
x0
Am0
sinh mH cosh mH
2-4 通过肋片的稳态导热与通过肋壁的传热
根据牛顿冷却公式： = A h( tw－tf )
增大对流换热量有三条途径：
1. 加装肋片，增加换热面积A ； 2. 加大对流换热表面传热系数h ；
3. 加大换热温差( tw－tf ) 。
几种常见的肋片：
1. 通过等截面直肋的稳态导热
以矩形肋为例:高度为H、厚度为、
宽度为l，与高度方向垂直的横截面积 为Ac , 横截面的周长为P。
假设：
1）肋片材料热导率为常数；
2）肋片根部与肋基接触良好，温度一致；
3）肋片厚度方向的导热热阻/与表面的对流换热热 阻1/h相比很小，可以忽略, 肋片温度只沿高度方向 发生变化, 肋片导热可以近似地认为是一维的；
4）肋片表面各处对流换热系数h都相同； 5）忽略肋片端面的散热量，认为肋端面是绝热的。
3. 通过肋壁的传热过程
tf1 t
Ak tf1 tf 2 Akt
tw1 h2
h1
tw2
1
tf1 tf2
1
Ah1 A Ah2
tf2
0 x
对于两侧表面传热系数相差较
大的传热过程，在表面传热系数较小
的一侧壁面上加肋（扩大换热面积）
肋管式换热器传热系数
肋管式换热器传热系数肋管式换热器是一种常用于工业生产中的传热设备，具有高效传热的特点。
而传热系数是评价换热器性能的重要指标之一。
本文将从肋管式换热器传热原理、影响传热系数的因素以及提高传热系数的方法等方面进行探讨。
一、肋管式换热器传热原理肋管式换热器利用内外表面形成的肋片增加传热面积，从而提高传热效率。
其传热原理可以简单描述为：在换热器内，流体通过肋片，肋片与流体之间发生热量交换。
当冷却流体通过肋管内部时，由于冷却流体的温度低于工作流体，使得工作流体通过肋管外部时热量向冷却流体传递，从而实现传热效果。
二、影响肋管式换热器传热系数的因素1. 物性因素：换热介质的性质是影响传热系数的重要因素之一。
例如，如果流体的导热系数较大，流体粘度较小，会有更高的传热系数。
2. 几何因素：换热器肋片的结构和形状对传热系数具有重要影响。
例如，肋片的高度、角度和间距等都会对传热系数产生影响。
3. 流体动力学因素：流体的流速、流动形式等动力学因素也会影响传热系数。
流速越大，流体与肋片的热交换效果越好，传热系数越高。
三、提高肋管式换热器传热系数的方法1. 优化肋片结构：通过改善肋片的形状和结构，可以增加有效传热面积，提高传热系数。
可以采用不同形状和间距的肋片，优化流体流动形式，以增强热传递。
2. 提高流速：通过增加流体流速，可以提高肋管式换热器的传热系数。
但需要注意，过高的流速可能引起压降过大和能量损失等问题，需要在经济性和效果之间做出平衡。
3. 选用合适的换热介质：选择具有较高导热系数和较低粘度的换热介质，可以提高传热系数。
同时要考虑工作条件和介质的特性，确保选择合适的换热介质。
4. 控制换热器的清洁度：保持换热器内外表面的清洁度，避免结垢和污染物的堆积，可以减小传热表面的热阻，提高传热系数。
综上所述，肋管式换热器传热系数的高低对于其传热性能具有决定性的影响。
通过优化肋片结构、提高流速、选择合适的换热介质以及控制清洁度等方法，可以提高传热系数，从而提高换热器的传热效率。
高等传热学肋片分析
高等传热学导热理论第三讲肋片导热分析肋片(伸（延、扩）展面、)：从壁面扩展出的换热面。
肋片的作用：增加传热面积，改变换热条件和增加表面传热系数。
目的：强化传热，调整温度，减小体积及流阻，减轻重量。
肋的种类：直肋，环肋，异形肋等：一维肋片的条件（假定）：（1）稳定导热，无内热源。
（2）连续均质，各向同性。
（3）表面传热系数h为常量。
不变。
（4）环境换热温度tf（5）导热系数λ为常量（6）肋基温度均匀。
（7）δ《H，温度变化与宽度无关。
（8）肋基与壁面间无接触热阻（无温差）3.1一维对称直肋传热的通用微分方程：对沿x方向一维传热，设传热面积A，由F o u r i e r定律和热力学第一定律,应用微元分析法，当λ=常量时，)d x＝0有：-dΦ-h U(t-tfd(λA d t/d x)-h U(t-t f)d x=(λA d2t/d x)+λ(d A/d x)d t-h U(t-tf)d x=0λA d2t/d x2+λ(d A/d x)d t/d x-h U(t-tf)=0导热面A矩形时A=2l y,U=2(l+2y),取l=1,2y<<l；A=2y,U=2,得：y d2t/d x2+(d y/d x)d t/d x-h/λ(t-tf)=0令：y=δ/2(x/H)(1-2n)/(1-n)n=1/2，y=δ/2=c o n s t,等截面肋。
n=0y=δ/2(x/H)，三角形肋。
n=1/3y=δ/2(x/H)1/2,凸抛物线n=∞，y=δ/2(x/H)2,凹抛物线边界条件：x=0,肋端：(1)1stB.C：t=tf。
(2) 2ndB.C中绝热边界条件：d t/d x=0。
(3) 3rdB.C：-λd t/d x=h(t-tf)x=H,肋基：t=t。
3.2等截面直肋的导热分析上式中：n=1/2，y=δ/2=c o n s t,等截面肋。
换一下坐标得：d2t/d x2–h U/(λA)(t-tf)=0令：θ＝t-tf过余温度。
传热学肋片的作用
传热学肋片的作用
传热学中的肋片主要有以下作用：
1. 增加传热面积：通过在原来的表面增加金属肋片，可以扩大与流体的接触面积，从而提高传热效率。
2. 改变换热条件：肋片可以改变流体的流动状态，从而改变换热条件。
例如，肋片可以使流体在流动过程中产生扰流，增加流体与换热表面的摩擦，提高换热效果。
3. 增加表面传热系数：通过在原来的表面增加金属肋片，可以增加表面的粗糙度，从而增加表面传热系数。
4. 强化传热：肋片可以强化传热过程，使得热量传递更加迅速和高效。
例如，在暖气散热片、空调散热器等设备中，肋片可以增强设备的散热效果，提高设备的效率和性能。
5. 调整温度：肋片还可以用于调节温度。
例如，在低温省煤器管外肋片的作用就是调节壁面温度。
6. 减小体积及流阻：肋片可以减小设备的体积和流阻，使得设备更加紧凑、高效、节能。
7. 减轻重量：肋片可以减轻设备的重量，使得设备更加轻便、易于搬运。
总之，传热学中的肋片在各种设备和系统中都有重要的作用，它们可以提高设备的效率和性能，改善换热条件，减轻设备的重量和体积等。
百叶窗翅片圆管换热器肋侧层流流动特性与传热特性数值研究
百叶窗翅片圆管换热器肋侧层流流动特性与传热特性数值研究百叶窗翅片圆管换热器肋侧层流流动特性与传热特性数值研究摘要：百叶窗翅片圆管换热器是一种常见的换热设备，被广泛应用于多个领域。
本文通过数值模拟的方法，研究了百叶窗翅片圆管换热器在肋侧层流流动条件下的流动特性和传热特性。
通过改变翅片形状和尺寸以及壁面温度条件等参数，分析了这些因素对换热器性能的影响。
研究结果表明，在一定的流量条件下，翅片形状和尺寸对换热器的传热效果有着明显的影响，同时壁面温度的升高也会提高传热效率。
1. 引言百叶窗翅片圆管换热器是一种重要的换热设备，在空气调节、冷却系统和热能回收等领域得到了广泛的应用。
其结构简单，性能稳定，换热效果良好，在节能和环保方面具备了很大的潜力。
2. 数值模拟方法本文采用计算流体力学（CFD）方法对百叶窗翅片圆管换热器进行数值模拟。
通过建立合适的几何模型和流动场模型，引入Navier-Stokes方程和能量方程，利用计算机仿真得到流动场和温度场的分布情况。
3. 模型建立和仿真参数为了研究百叶窗翅片圆管换热器的肋侧层流流动特性和传热特性，本文选取了一种典型的百叶窗翅片圆管结构，并设定了合适的尺寸和边界条件。
模型中考虑了肋片形状、肋间距和肋片高度等参数对换热器性能的影响，并将其化简为一维问题进行数值计算。
4. 结果分析通过数值模拟得到的流动场和温度场数据，可以得知不同参数对翅片换热器性能的影响规律。
在固定流量和壁面温度条件下，增加翅片高度和肋间距会增加流动阻力，但也会提高传热效果。
此外，改变壁面温度的变化幅度，也会对传热特性产生很大的影响。
5. 结论本文通过数值模拟的方法，研究了百叶窗翅片圆管换热器的肋侧层流流动特性和传热特性。
研究结果表明，翅片形状和尺寸以及壁面温度是影响换热器性能的重要因素。
合理调整这些参数可以提高百叶窗翅片圆管换热器的传热效率和性能稳定性，为其在实际应用中的优化设计提供了理论依据。
6. 展望虽然本文通过数值模拟研究了百叶窗翅片圆管换热器的肋侧层流流动特性和传热特性，但仍存在一些不足之处。
肋片的强化传热和调温作用
·继续教育·肋片的强化传热和调温作用THE EFFECT ON STRENGTHENING HEAT TRANSFER ANDREGULATING TEMPERATURE BY THE FINS郭恩震1 前言无论是石油、化工、热能等企业都已广泛使用各种形状的肋片和肋片管。
一是用于强化传热、缩小设备面积,达到既节省材料又节约能源。
二是利用它们调节壁面温度,改善设备工作的环境温度,保证设备的安全可靠运行。
为了进一步普及和推广肋片的应用,本文详细分析了肋片强化传热和调节壁温原理,给出最佳强化效果肋片的选形和设计,指出在强化传热和调节壁温两种情况下,肋片的正确使用方法。
2 肋片的强化传热作用2.1 强化传热的原理举一个通俗的例子来说明肋片强化传热的原理。
夏天人想凉快,只要把四肢伸开,呈“大”字形,此姿式一定比四肢并拢要凉快得多。
这是因为当四肢伸开时,增加了身体与周围空气的接触面积。
从传热学观点来看,原来流体接触面积为A,对流热阻1αA。
四肢张开后,增加了对流换热面积F(F A),对流热阻降低(由原1αA降到1αF),增强了传热,肋片就是在原设备表面上,增加一些表面积,达到降低对流热阻,增强换热。
现以图1平板传热具体分析一下,参数如图所求。
设有肋片时(a图),右侧对流热阻为1α2A,传热系数K无助=11α1+δX+1α2W/M2·℃在A处加一等截面矩形肋片,肋片增加的表面积为F2(由上、下、前、后、右五个表面组成)。
它远远图1 肋片传热过程分析 ＊ηt 最佳值请见《工程传热传质学》上册P87王补宣 ＊＊F2 实际计算时,还包括两片间壁面DOI:10.16247/ ki.23-1171/tq.1998.01.009大于原来无肋时面积(F2A)。
因此右侧对流热阻1α2F2远远小于原热阻。
此时传热系数K有肋= 11α1+δX+1α2ηtβW/M2·℃式中“ηt”为肋壁效率,它近似等于肋片效率。
2.5.1通过肋片的导热
数 λ，表面传热系数 h（综合计入对流和辐射传热
的影响），肋片顶端绝热。
求解：温度场t 和散热热流量Φ
（1）物理模型
简化成一维：
三维、稳态、
长度 L >> 高度 l，假定肋片长度方向温度
常物性、无内热源
均匀分布；厚度方向的导热热阻δ/ λ <<
表面传热热阻1/h，厚度方向温度均匀；
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（2） 数学描述
肋片横截面积 AL=L
肋片截面周长 U=2（L+）
分析思路
导热微分方程 能量守恒+傅立叶定律
教材
一维的稳态导热问题只需要给定高度方向
x＝0，x＝l 的边界条件。可以将厚度方向
的表面对流换热处理为负的内热源。
THANKS
b) 增大h1、h2，但提高h1、h2并非任意的
c) 增大换热面积 A 也能增加传热依附于基础表面上的扩展表面 特点：热流量沿肋高方向处处变化（稳态导热）
（2）分类
等截面 变截面
（3）主要研究问题
a. 通过肋片散热的热流量 b. 肋片上的温度分布
2. 等截面直肋的导热
AL
ch( x) e x e x 2
th ( x)
ex ex
ex ex
两点说明：
a. 推导过程基于肋片末端绝热边界条件，适用于高而薄的肋片；
如果必须考虑末端的散热，则可近似为 l’＝l+δ/2 代入。
b. 当（δ/λ）/(1/h)≤0.05时，误差小于1%。对于短而厚的肋片， 二维温度场，上述算式不适用；实际上，肋片表面上表面传热系 数h不是均匀一致的，可以采用数值计算。
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3
五、实验步骤
(1) 使用万用表测量电加热片电阻，用以确定加热功率
(2) 将热电偶埋置于被加热铝板（或碳钢等材料的平板）上下表面， 并保证热电偶结点与被加热板接触良好；
(3) 将被加热板放置于绝热材料内，并检查绝热措施，之后，将试 件放置于风源前，打开风源开关，调整试验所需温度和风速（风 的温度和速度采用热线风速仪测量，为了试验准确，可以多测 量几点，然后平均）；
(3) 讨论伸展体热物性和气体速度是如何影响总热阻大小的； (4) 给出热平衡分析； (5) 讨论误差来源以及这些误差是如何影响结果的
八、思考问题
为了改善本实验中的热平衡，给出你将采取的措施（如果需要，请 给出示意图）。
5
Q = IV
Q导
=
-λA1
dt dx
Q对 = -hA（1 t w - tf）
1
其中：A1 为上表面面积
通过测量电加热的电压和电热，以及壁面温度，就可以确定上表面 侧的导热热阻和对流换热热阻。
当上表面加 1 根和多根圆柱棒的延展体后（如图 2 所示），假设圆 柱表面的换热系数和没有圆柱棒情下的上表面换热系数相等，则根据肋 面效率公式可以得到：
实验室利用直尺测量），如果冷却和加热条件均相同，那么 Rtot
和 tw 分别是多少？
(4) 为了简化计算和分析过程，假设在第（2）条计算的 h 值可以应 用于延展体和有延展体时的平板表面；
(5) 实际上，（4）中的假设可能是不符合实际的（即不是圆柱肋表 面传热系数）。为了验证二者的差别，要求实验者测量圆柱肋 两端的温度，并假设端部温度均匀，利用流体外掠等温圆柱的 公式可以计算出圆柱表面的对流换热系数 h2，比较二者的差 异；
体表面对传热过程的影响
二、基本原理
一个被电加热片加热的水平薄板，平板下部和边界均被很好地绝 热，暴露的上表面被抛光。从风洞的气流吹过被加热板的上表面，风的
速度 u∞ 和温度 t∞ 。图 1 中给出了实验对象示意图。
A1 电加热
绝热
图 1 实验示意图图 整个装置处于稳态时，不考虑表面热辐射的情况下，以下各热量相 等：
(6) 加热功率不可避免地有一部分没有用来加热试件，比如从底部 和周围散到环境，如何进行能量平衡分析？做这个热平衡分析 需要测量那些量？
四、注意事项*
(1) 实验开始时，打开电加热器之前要先打开风源，以免试件过热 烧坏；
(2) 在每一个实验中，要严密监视试件温度变化，以保证平板温度 不超过 80 摄氏度，如果出现这种情况，一定要关闭加热器；
热阻测量及肋片传热特性实验
热阻是传热过程中非常重要的概念，也是传热过程控制的主要对 象，对其深入理解有利于实际传热问题的正确分析和热设计。延展体导 热是增大传热量的一种非常常用的手段，其对传热过程的影响与热阻密 不可分。
一、实验目的及要求
(1) 深入理解导热热阻、对流传热热阻 (2) 将热阻的概念应用于被加热表面和它所处的环境，并研究延展
A2
电加热
绝热
பைடு நூலகம்
圆柱的肋效率为：
h
f
=
th(mH mH
)
其中： m =
4h λd （教材表 2-1）
整个表面肋面中效率：
ηo
=
A1
+η f Ao
A2
则总热阻为：
δ1 Rtot = λ Ai + hho Ao
三、实验装置及测量系统
具体实验装置的实物见实验室布置。
2
考虑一个被电加热片（加热功率现场采用万用表测量）加热的水平
备注
电流
电压
上表面长度
上表面宽度
圆柱直径
圆柱长度
薄板厚度
壁面温度
表面换热系数
计算得到有无延展体时的薄板总热阻。
4
七、实验报告要求
(1) 实验中所有测量参数的总结表，包括空气温度、平板表面温度、 伸展体温度以及空气速度和温度等；
(2) 所有计算结果的总结表，包括表面的总热阻、平板和伸展体的 表面传热系数；
薄板，环境温度 tsur = t∞ 通过现场用热电偶和数据采集系统测量得到。平
板下部和边界均被很好地绝热。暴露的上表面被抛光，尺寸现场通过尺 子测量得到。在稳态条件下（利用数据采集系统判断是否达到了稳态），
测量平板温度 tw 。考虑下列问题：
(1) 平板上表面与环境之间的总热阻（Rtot）是什么？ (2) 如何计算没有延展体时被加热表面的对流传热系数 h？ (3) 考虑 1 根和多根圆柱棒的延展体情况（延展体的长度和直径在
(4) 打开加热器开关，调整加热功率，并记录下来
(5) 记录室内温度，打开数据采集仪，开始记录测点温度，直到达 到稳定；
(6) 关闭电加热片电源，当铝板温度降至室温后，将一个或多个小 圆柱安装于刚才该表面
(7) 采用前面设置好的风源条件和加热器功率，重复前面的过程。
六、实验数据的计算与整理
参数
测试数据