重庆大学传热学第十章
第10章 热辐射的基本定律
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见表10.1
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是一个理想的比较标准，它的定义便 于对实际物体的辐射问题进行分析。
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E Encos
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dq ,,Tdqi
diqIb,Td2 Ad1A rc2osd
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重庆大学_837传热学一_《传热学》（第一版）王厚华模拟题（2套）_考研专业课分析
重庆⼤学_837传热学⼀_《传热学》（第⼀版）王厚华模拟题（2套）_考研专业课分析模拟试题⼀⼀、填空题（共20分，每⼩题2分）1.传热过程是由导热、A、B三种基本传热⽅式组合形成的。
2.导热微分⽅程式是根据热⼒学第⼀定律和 A定律所建⽴起来的描写物体的温度随 B 变化的关系式。
3.对流换热过程是靠 A和 B 两种作⽤来完成热量传递的。
4.⽓体只能辐射和吸收某⼀定波长范围的能量，即⽓体的辐射和吸收具有明显的A。
5.对服从兰贝特定律的物体，辐射⼒E与任意⽅向辐射强度I之间的关系式为 A 。
6.热⽔瓶的双层玻璃中抽真空是为了 A 。
7.⾃然对流换热在 A 条件下发⽣关于特征长度的⾃模化现象。
8.有效辐射包括 A 和 B 两部分能。
9.不稳态导热采⽤有限差分⽅法求解温度场，节点的隐式差分⽅程是采⽤ A 差分⽅法获得的，此差分⽅程 B 稳定性条件。
10.常物性流体管内受迫流动的充分发展段，沿管长流体的断⾯平均温度在常壁温边界条件下呈 A 规律变化。
⼀、判断题，对的画√，错的画×（共10分，每⼩题2分）1.流体外掠光滑管束换热时，第⼀排管⼦的平均表⾯传热系数最⼤。
（）2.为减少保温瓶的辐射散热，将瓶胆的两层玻璃之间抽成真空。
（）3.⽔在⽔平圆管内受迫流动，管外是空⽓⾃然对流，为强化传热应把肋⽚安装在圆管外表⾯。
（）4.由两种不同材料制成的⼤平壁紧密接触时进⾏稳态导热过程，若已知121223,t t t t δδδ==->-，则 12<λλ。
（） 5. 有⼀冷凝器，饱和蒸汽在管外凝结成饱和液体，冷却⽔在管内流，则其平均温差m t ?与流动⽅式⽆关。
（）⼆、解释名词与基本概念（20分，每⼩题4分）1. 温度梯度2. 努谢尔特准则及其物理本质3. 肋⽚效率4. 辐射强度5. 传热过程三、简答及说明题（共40分，每⼩题8分）1. 为什么潮湿的多孔材料的导热系数不但⽐⼲多孔材料的导热系数⼤，⽽且还⽐⽔的导热系数⼤？2. 流体在管内受迫流动换热的其它条件相同时，直管和弯管（如螺旋管）何者换热强？为什么？3. 试说明Bi 数的物理意义。
传热学10章(10)
(5)
将(2)代入(5), 得 : d (t ) ktdA d (t ) 分离变量得 : k dA t t x d ( t ) Ax 积分得 : ' k dA t 0 t
(6)
t '和t x 分别表示A 0和A Ax处的温差。积分得：
• 当以肋表面Ao为计算依据时，虽然式(10-6a)的ko有所 降低，但肋化面积Ao大大增加；
• 若以光侧面积Ai为计算依据时，由式(10-6b)所确定的 传热系数ki比原先光表面的大大增加； • 因此，无论是以Ao还是以Ai为面积依据，通过肋壁的传 热量Φ比通过光壁面的传热量都大大增加，这说明
加肋之后可以强化传热。 • 由式(10-6a)，(10-6b)还可看出，当表面不加肋时， Ao=Ai，此时η o=1，β =1，则： 1 圆筒肋壁(圆管外加肋片)
再次强调指出，引入传热过程及传热系数的目的是因为 在工业换热器中一般壁温的测量比较困难，而流体平均温 度tf则较容易测量。 10.1.2.通过圆筒壁的传热过程计算 单根圆管，计算式为 t fi t fo (10-2) Ao ko (t fi t fo ) d 1 1 1 ห้องสมุดไป่ตู้ln o hid i l 2 l d i hod ol 其中ko为以圆管外表面面积Ao=πdol 为计算依据的传热系数
⑥ 对同种流体(热流体或冷流体)而言，不能既有相变换热 又有单相介质换热
对数平均温差的推导： ① Δtm的定义及物理意义：以顺流换热器为例，如图10-20。 微元面积dAx处的换热量为：
图10-20b顺流时平均温差的推导
微元面积dAx处的换热量如下计算：
d x kt x dAx
总换热量
传热学第十章
（2） 管壳式换热器 由管子和外壳构成。
（2） 管壳式换热器 由管子和外壳构成。
2壳程、4管程换热器
管壳式换热器结构牢固可靠、耐高温高压。
列管式冷凝器实例
波纹管换热器
波纹换热管
（3） 肋片管式换热器 由带肋片的管束构成的换热装置。
肋片管式换热器适用于管内液体和管外气体之间 的换热，且两侧表面传热系数相差较大的场合。
（4） 板翅式换热器 由金属板和波纹板形翅片层叠、交错焊接而成。
板翅式换热器结构紧凑、传热系数高。
（5） 板式换热器 由若干片压制成型的波纹状金属板叠加而成。
（5） 板式换热器
1 ,2 介质 3 环行孔道
垫圈 4 板片密封
垫圈 5 激光切焊
焊缝 6 焊接密封
流道
特点：结构紧凑 ,占用空间小；传热系数高 ；端部温差小(可达1℃); 热损失小 ，热效率高(≥98%); 适应性面式，在工程中最常用 混合式—适用于冷热流体为同类介质的场合 回热式(蓄热式) —适用于气体与气体间的换热,
为非稳态过程
2. 按表面的紧凑程度分: 紧凑式与非紧凑式 紧凑程度用当量直径d e (d h) 或传热面积密度 β来衡量 (β---单位体积中的传热面积)
kAo hi Ai 2 l di ho Ao
ri r0
通过肋壁的传热系数
10-2 换热器的类型
换热器：换热器也称热交换器，是把热量从一种 介质传给另一种介质的设备
换热器广泛应用于广泛应用于化工、能源、机械、 交通、制冷空调、航空航天以及日常生活等各个领 域。
换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛采用 的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回 收和节能利用的主要设备。
紧凑式—β≥700m2/m3, 或dh≤6mm 层流换热器—β＞3000m2/m3, 或100μm ≤dh≤1mm 微型换热器–β＞15000m2/m3, 或100μm≤dh≤1mm
重庆大学传热学第十章课件
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是一个理想的比较标准，它的定义便 于对实际物体的辐射问题进行分析。
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传热学第五版第十章
多孔金属板
6.改变能量传递方式：对流－辐射板
7.靠外力产生振荡，强化传热：
对流－辐射板
二、削弱传热的原则
1.覆盖热绝缘材料： （1）泡沫热绝缘材料： （2）超细粉末热绝缘材料： （3）真空热绝缘层：
保温瓶中的 真空热绝缘层
2.改变表面状况和材料结构： （1）采用选择性涂层增强对投入辐射的吸收， 同时削弱本身对环境的辐射换热损失： （2）附加抑制对流的元件： （3）在保温材料表面或内部添加憎水剂： （4）利用空气夹层隔热：
第二种情况：
h hc hr
物体处在对流与辐射热平衡状态：
tam t w t f
天空tam 0C
qc qr
结霜时地面温度 w 0C t
qr
qc
空气t f 0C
冬季地面结霜过程的热平衡
第三节 传热的增强和削弱
传热量计算式： ＝KAt
增加（降低）传热系数 增加（降低）传热面积 增加（降低）传热温差
换热器性能评价指标： 热力学性能、传热性能、阻力性能、机械性能、可靠性、经济性等
换热器性能评价方法： a.单一性能评价
传热量 消耗功率 性能指标 c.传热面积与其他性能比的评价—— 传热面积
b.传热量与功率消耗比的评价——
d.能量转换和利用性能比的评价
第十章重点： 1.肋壁传热和复合传热的计算
2.强化传热和削弱传热的手段 3.换热器及其计算
h2 A2 t w2 t f 2 h2 A2t w2,m t f 2
肋间面积 肋片面积 肋片平均温度
h2 A2t w 2,m t f 2 t w 2,m t f 2 肋片效率： f t w 2 t f 2 h2 A2 t w2 t f 2
传热学精讲 第十章
第十章 传 热 和 换 热 器 第一节通过肋壁的传热图10-1 通过肋壁传热Φ = 1h 1A (1f t -1w t ) (1) Φ =δλ1A (1w t -2w t ) (2) Φ = 2h 2A '(2w t -2f t )+2h 2A ''(m w t ,2-2f t ) (3) 肋片效率222,222222,222)()(f w f m w f w f m w f t t t t t t A h t t A h --=-''-''=η (4)Φ= 2h (2A ' +2A ''f η) (2w t -2f t ) = 2h 2A η (2w t -2f t ) (5) 肋壁总效率η=222A A A f η''+' 。
肋壁传热公式： Φ =ηλδ221112111A h A A h t t f f ++- =ηλδ2211211A h A h t t f f ++- 1A W （10-1）Φ = 1k 1A (21f f t t -) W （10-2）1k --光壁面面积1A 为基准的传热系数1k =ηβλδ21111h h ++ W/(2m ·K) （10-3）12A A =β 2k --2A 为基准的传热系数，用2k 表示，即Φ = 2212112211A h A A A h A t t f f ηλδ++- =ηβλδβ212111h h t t f f ++-2A = 2k 2A (21f f t t -) （10-4） 式中： 2k =ηβλδβ21111h h ++ W/(2m ·K) （10-5）对1k 热阻 )(f R +λδ对2k 热阻 βλδ)(f R +第二节复合换热时的传热计算图10-2 复合换热对流与辐射并存的换热称为“复合换热”对流换热： c q = c h (w t -f t ) W/2m (1)辐射换热： r q =εb C ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛44100100m a w T T W/2m (2) r q = b C ⋅εfw m a w t t T T -⎥⎦⎤⎢⎣⎡-44)100()100( (w t -f t )=r h (w t -f t ) W/2m (3)r h =εbC 84410-⨯--fw m a w T T T T (10-6)复合换热热：q = c q +r q = (c h +r h )(w t -f t )= h (w t -f t ) （10-7）[例10-3] 计算某寒冷地区中空玻璃窗传热系数，已知数据列表如下：[解]窗的散热过程可分为3段，即（1）热由室内传给双层窗内侧玻璃；（2）通过空气层；（3）由外侧璃窗传给室外。
传热学(第10章--辐射换热)
1 2
1、强化辐射换热的主要途径有两种： (1) 增加表面黑度； (2) 增加角系数。
2、削弱辐射换热的主要途径有三种： (1) 降低表面黑度； (2) 降低角系数； (3) 加入遮热板。
遮热板：在两辐射换热面之间放置的一黑度很小 的，用于削弱辐射换热的薄板。
22
遮热原理：通过在热路中增加热阻来减少辐射换热量。
)4
式中，Cb=5.67 W/(m2K4) ，为黑体的辐射系数。
实际物体的辐射力------引入修正系数(黑度)
8
黑度ε：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐
射力之比。
E
Eb
式中，Eb为黑体的辐射力，E为实际物体的辐射力。
f (物体本身的性质 )
实际物体的辐射力为：E
Eb
Cb
(T 100
)4
1
热辐射穿过气体层时的衰减
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2.火焰辐射的特点
火焰中含有固体微粒 火焰辐射类似于固体辐射 可视为灰体处理
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思考题
教材P154.思考题10-2、10-4、10-5
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本章小结
热辐射的本质及特点； 黑度、黑体及灰体等概念； 四次方定律； 有效辐射的概念；角系数的性质； 两灰体表面间的辐射换热计算(两种特例)； 辐射换热的增强与削弱
1 A1 X 1,2
A1 X1,2
A2 X 2,1
黑体间的辐射换热网络图
式中，1/A1X1,2为空间辐射热阻，其大小完全取决于物体表面间的几何 关系，而与物体表面的性质无关，故是所有物体均具有的辐射热阻。
16
三、灰体表面的有效辐射
17
有效辐射 本身辐射反射辐射
表面1的有效辐射：
J1 E1 1G1 1Eb1 (11)G1 表面1与外界的辐射换热：
第十章 传热学综合传热12
(2)
d dx T x L k q k L h iT ,i T s,i
qLh iT ,i T s,i
(3)
q L h o T s ,o T ,o h iT s ,i T ,iT s 4 ,o T s 4ky
Rco,nhvchW 1t2694 K4 W
The resistance to heat transfer by radiation may be obtained by first noting that the cell forms a three-surface enclosure for which the sidewalls are reradiating.
The cell forms an enclosure that may be classified as a horizontal cavity heated from below, and the appropriate form of the Rayleigh number is
R e 1 qR c 1 o R n c 1 d o R n r 1 v a hd c
Example 12.1
The rear window of an automobile is of thickness L=8mm and height H=0.5m and contains fine-meshed heating wires that can induce nearly volumetric heating. Consider steady-state conditions for which the interior surface of the window is exposed to air at 10 ℃, while the exterior surface is exposed to air at -10 ℃ and a very cold sky with an effective temperature of -33 ℃. The air moves in parallel flow over the surface with a velocity of 20m/s. Determine the volumetric heating rate needed maintain the interior window surface at Ts,i=15℃.
传热学,第十章
（2）浓度扩散的两种基本方式 分子扩散： 分子扩散：在浓度梯度作用下由分子运动而引 起的质量传递过程。 起的质量传递过程。 对流扩散： 对流扩散：在浓度梯度存在的情况下由宏观对流 而引起的质量传递过程。 而引起的质量传递过程。 （3）混合物的浓度
mA mB , ρB = kg/m3 质量浓度ρ ： ρ A = V V nA nB 3 , cB = kmol/m 物质的量浓度c ：cA = V V 对于理想气体， 对于理想气体， piV = ni RT pi ci = R = 8.314 J/(mol ⋅ K) RT
（4）通量密度 定义： 定义 ： 单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上 通过的某组分的物质的数量称为该组分的通量密度 通过的某组分的物质的数量称为该组分的通量密度。 通量密度。 质量通量密度： 质量通量密度： 单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通过的 某组分的质量， 表示，单位为kg/(m 某组分的质量，用Mi 表示，单位为kg/(m2·s) 。 物质的量通量密度（摩尔通量密度 物质的量通量密度（摩尔通量密度）： 通量密度） 单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通过的 某组分的物质的量（摩尔数量） 表示， 某组分的物质的量（摩尔数量），用Ni 表示，单位为 kmol/(m2·s) 。
D dp w D dpw D dpw cwx Nw = − + cwx ⋅ = − − RT dx RT dx RT dx cAx
cwx pw pw pA = cwx = , cAx = cAx pA RT RT D pw + pA dpw D p0 dpw Nw = − =− RT pA dx RT p0 − pw dx
dpA dp w =− dx dx
由于空气几乎不溶于水， 由于空气几乎不溶于水，不 能向水中扩散，在水面处， 能向水中扩散，在水面处，空气 的分压力梯度接近于零。 的分压力梯度接近于零。但由于 筒口处的空气分压力大于水面处， 筒口处的空气分压力大于水面处， 必然有空气不断从筒口向下扩散， 必然有空气不断从筒口向下扩散， 会使水面处的空气越来越多。 会使水面处的空气越来越多。为 了维持稳定的扩散过程， 了维持稳定的扩散过程，一定存 在一股自下而上的混合气流， 在一股自下而上的混合气流，其 中携带的空气量正好等于向下扩 散的空气量，即在任一截面处， 散的空气量，即在任一截面处， 都有 D dpA
重庆大学_837传热学一_《传热学》（第一版）王厚华复习题_考研专业课.doc
重庆大学_837传热学一_《传热学》（第一版）王厚华复习题_考研专业课.doc第一章概论一、填空题1.热量传递的三种基本方式为_______ 、________ 、 _____________ 。
(热传导、热对流、热辐射)2.热流量是指____________ ,单位是__________________ o热流密度是指 _____________ ,单位是___________ 。
(单位时间内所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2)3.总传热过程是指_____________ ，它的强烈程度用_____________ 來衡量。
(热S从温度较岛的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数)4.总传热系数是指_____________ ,单位是____________ 。
(传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量，W/(m2? K))5.导热系数的单位是_____________ :对流传热系数的单位是_____________ :传热系数的单位是_______________ o(W/(m ? K), W/(m2? K), W / (m2? K))6.复合传热是指_______________ ,复合传热系数等于______________________ 之和，单位是____________ 0(对流传热与辐射传热之和，对流传热系数与辐射传热系数之和，W/(m2 - K))7.单位面积热阻n的单位是_____________ :总面积热阻R t的单位是_____________ o(m2.K/W, K7W)8.单位面积导热热阻的表达式为_________ 。
(6/入)9.单位面积对流传热热阻的表达式为__________ 。
(1/h)10.总传热系数K与单位而积传热热阻G的关系为____________ 。
(r t= 1 /K)11.总传热系数K与总面积A的传热热阻R t的关系为 ____________ 。