传热PPT课件

导热系数在数值上等于单位温度梯度作用下单位时间内单 位面积的热量
导热系数是物性参数，它与物质结构和状态密切相关，例如 物质的种类、材料成分、温度、湿度、压力、密度等，与物 质几何形状无关。它反映了物质微观粒子传递热量的特 性。
大小取决于物质的种类和温度
一般而言，固体的导热系数最大，气体的最小，液体的介于 两者之间。
电厂热力设备
第三章 热传递的基本原理
三种基本的热传递方式及其基本定律 热阻和一维稳态导热 复杂换热和换热器 传热的增强和减弱
为什么要学习传热学
❖ 传热问题广泛存在
自然界 人类生活 工业设备
❖ 传热定义
传热：是物质在温差作用下所发生的热量传递。
传热学：研究热量传递规律的一门学科。
❖ 重要性 高温\高压设备的安全,节能降耗,环境保护 无处不存在传热问题
例3-1
第二节 对流换热
对流换热的概念及其类型
❖ 定义
热对流：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。
对流换热：流体与温度不同的固体壁间接 触时的热量交换过程。
对流换热，既有热对流，也有导热；不是 基本传热方式。
❖分类
对流换热按照不同的原因可分为多种类型 有相变的对流换热和无相变的对流换热。 强迫对流换热和自然对流换热。
❖长圆筒壁导热
圆筒壁就是圆管的壁面。当管子的壁面相对于管长 而言非常小，且管子的内外壁面又保持均匀的温度时，通 过管壁的导热就是圆柱坐标系上的一维导热问题。
单层圆筒壁：
Q2lrdtW
dr
公式3-8，3-9 温度分布是一条对数曲线
多层圆筒壁的导热 采用热阻的概念进行分析。在
稳态、无内热源的情况下，通过 各层的热流量相等。
影响对流换热的因素
❖ 流动的起因 分为强制对流和自然对流两种,流动的动力不同,
流速不同,扰动不同,传热效果不同. ❖ 流体的流态 有层流和紊流两种形态.用雷诺数大小判断 ❖ 流体的物理性质 导热系数\黏毒\比热容\密度\膨胀系数等. 综合成无因次量:普朗特数和格拉晓夫数 ❖ 几何因素 壁面形状\大小\流体与固体热接触的相对位置等 ❖ 有无相变
对流换热量的计算
牛顿冷却公式： Q Stw tfW
S — 与流体接触的壁面面积, m2 tw，tf— 分别为壁面温度和流体温度，℃ α —对流换热系数，是表征对流换热过程强弱的 物理量，W/(m2 ·℃)。
对流换热系数的确定
采用量纲分析方法 将多因子问题转换成少数综合因子问题,便
于减少实验数量 实验确定经验公式 大量的实验,得到各种不同的计算公式,各有
和透射辐射。
物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的 种类不同、表面状况不同，其辐射能力不同。
A=1的物体称为黑体，黑体是一种理想物体， 它的辐射能力只与温度有关。
白体和透热体
热辐射的基本定律
❖斯蒂芬-玻尔兹曼定律
不同于热对流,单纯的热对流在工业设备上不用,工业 设备用的最多的是对流换热.
❖传热学
热量传递过程的规律，时间是重要参数。 稳态传热过程：传热过程中各处温度不随时间变化。 非稳态传热过程：传热过程中各处温度随时间变化。
传热学以热力学第一定律和第二定 律为基础,即热量传递始终是从高温 物体向低温物体传递；在热量传递 过程中若无能量形式的转换，则热 量始终保持守恒。
❖特点
• 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的 存在，在真空中就可以传递能量。
• 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换。
❖物体的辐射能力与黑体
物体单位表面积向外辐射的总能量可用 Ee 表 示，其单位是： W/ m2
Ee= Ea+ Er+Ed A+R+D=1
Ea、 Er、Ed分别为
吸收辐射、反射辐射
其适用范围 注意定性温度\定形尺寸的确定
流体有相变时的对流换热
❖沸腾换热
过冷沸腾 饱和沸腾：膜态沸腾、核态沸腾
❖凝结换热
膜状凝结 珠状凝结
第三节 辐射换热
热辐射的基本概念
❖定义
辐射：物体通过电磁波来传递热量的方式。 热辐射：物体由于热的原因向外发出的辐射。 辐射换热：物体之间以辐射的形式交换热量。
第一节 导热
热传导（导热）的基本概念
❖ 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。 导热是物质的属性，只要存在温差，在固体、液体、气 体中均会发生发生导热现象。
❖导热的机理
气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的 结果。 导电固体：自由电子的运动和晶格结构的振动。 非导电固体：晶格结构的振动。 液体：很复杂。介于固体和气体两者之间。
保温材料：
导热系数小于0.23W/（m·℃ ）的材料为保温材料。 常用的保温材料：
复合硅酸盐制品、硅酸铝制品、硅酸镁（绝热涂料）、岩 棉、玻璃棉、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫等。
一维稳态导热计算
通过平壁的导热，直角坐标系中的一维问题。 通过圆筒壁的导热，圆柱坐标系中的一维问题。 通过球壳的导热，球坐标系中的一维问题。
热量传递的基本方式
❖导热
依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热 运动而传递热量。
❖对流
流体各部分之间发生相对位移时，冷热流 体相互掺混所引起的热量交换。
❖热辐射
物体由于热的原因向外发出的辐射称为热辐 射。
物体之间以辐射的形式交换热量—辐射换热。
传热学研究的三种传热方式
❖导热\辐射传热相同 ❖对流换热
❖相关的概念
温度场、等温面和温度梯度
傅立叶定律及导热系数
❖傅立叶定律
q dt
dx
W/m2
单位时间内，通过导热体单位面积上的热量，在数值上
与该面积上的温度梯度成正比，而方向相反。
意义 ：已知物体内部的温度分布ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，则由该定律求得各 点的热流密度或热流量。
❖导热系数
表示材料导热能力的大小，属于物性参数
❖大平壁导热
单层平壁： 平壁的长度和宽度都远大于 其厚度，且平板两侧保持均匀边 界条件，则该问题就可以归纳为
直角坐标系中的一维导热问题。
W
Q S dt
dx
公式3-4，3-5，温度分布为直线 多层平壁：由几层导热系数不同 材料组成的复合 平壁。
对于类似这样的问题，可采用热阻 的概念进行分析。在稳态，通过各层 的热流量相等。热流量也等于总温差 比上总热阻。