上海理工大学《传热学》课件考研复习.ppt

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1、第十章几个专题1第十章几个专题10-1太阳能利用中的传热问题(371页)10-2热管及其应用(376页)10-3射流冲击换热(379页)10-4传质过程简介(382页)10-5传热学在科学技术领域中的应用(392页)210-1太阳能利用中的传热问题太阳是个炽热的气团，它的内部不断地进行着核聚变反应，由此产生的巨大能量以辐射方式向宇宙空间发射出去。到达地球大气层外缘的能量，具有如图10-1中位置较高的实线所示的光谱特性，近似于温度为5762K的黑体辐射。3日地间的距离在一年中是有变化的。在日地平均距离处，大气层外缘与太

2、阳射线相垂直的单位表面积所接受到的太阳辐射能为。此值称为太阳常数，记为Sc,它与地理位置或一天中的时间无关。实际上，大气层外缘水平面上每单位面积接受到的太阳辐射能为：式中：f——地日距离修正系数，f=0.97~1.03；——太阳射线与地面法线间的夹角，称天顶角。4在太阳能利用中会碰到许多传热问题，现以太阳能集热器为例来分析。太阳能集热器是将太阳能转换成工质(水)的热能的设备，典型的集热器如图10-3所示：太阳能在穿过透明的盖板后投射到吸热面上。为了提高效率，在吸热面上常涂有对太阳辐射具有很高光谱吸收比的涂层。所谓太阳能集热器的

3、效率,可定义为集热器的有效收益热流密度qg与投入集热器的太阳辐射Gs的比值，即：5提高太阳能集热器效率的途径是，在保持最大限度采集太阳辐射的同时,尽可能减小其对流和辐射热损失。措施之一是：利用对太阳光透明的玻璃或塑料薄膜使吸热面不直接暴露于外界环境。如图10-4所示，普通玻璃对m的热辐射有很高的穿透比，而对>m的热辐射的穿透比很小。于是大部分太阳辐射能穿过玻璃进入有吸热面的腔内，而吸热面发出的常温下的长波辐射却被玻璃阻隔在腔内，从而产生了所谓温室效应。6吸热面的辐射特性对集热器效率也是重要的。以图10-3所示

4、的平板型集热器为例，在热稳态情况下，集热器单位面积的热平衡方程为：可采用灰体平行平板间的辐射换热公式计算：代入式(10-3)化简，得：7太阳能利用中吸热面材料理想的辐射特性应是：在0.3~3m的波长范围内的光谱吸收比接近于1，而在大于3m的波长范围内的光谱吸收比接近于零。即要求s尽可能大，而尽可能小。用人工的方法改造表面，如对材料表面覆盖涂层是提高s/值的有效手段，这种涂层称为光谱选择性涂层，如在铜材上电镀黑镍镀层，其吸收比特性如图10-5中曲线2所示。黑镍镀层的厚度对表面特性的影响示于表10-1。8表10-1黑镍镀

5、层厚度对辐射特性的影响（镀层表面温度为50C）由表中可以看出，黑镍镀层使s/值可提高到10左右。9不仅人工研制的涂层表面对太阳能的吸收比不等于其自身的发射率，一般材料也常是如此。表10-2部分材料对太阳辐射的吸收比及自身发射率1010-2热管及其应用热管是20世纪60年代发展起来的具有特别高的导热性能的传热元件。图10-6为其工作原理示意图。工作液在热管内循环流动，把热量从加热段传递到散热段。11带有吸液芯的热管有突出的优点——对蒸发段与冷凝段的位置没有任何限制，但其制造成本较高，多用于航天事业中。地面上常采用依靠重力回流

6、冷凝液的重力热管。这时冷凝段必须位于蒸发段之上。如图10-7所示。重力热管中应用最广的是钢-水热管。钢-水热管在运行过程中会产生不凝结气体——氢气，并最终聚集到冷凝段使凝结换热恶化，以致使热管性能变坏或失效。这种现象称为钢-水的不相容性。12下面我们以一根钢-水重力热管为例来分析其热传递过程中各个环节的热阻大小。设热管的外径do=25mm，内径di=21mm，蒸发段长度le及冷凝段长度lc均为1m，碳钢导热系数=43.2W/(m·K)。热量从热流体传到冷流体的过程中各个环节的热阻如下：设蒸发段外表面总表面传热系数为ho，e，则

7、：(1).从热流体到蒸发段外壁的换热热阻R1(2).从蒸发段外壁到内壁的导热热阻R213(3).蒸发段换热热阻R3设蒸发换热的表面传热系数hi,e=5000W/(m2·K),则：(4).从蒸发段到冷凝段蒸汽流动的压降所引起的热阻R4蒸汽的压降导致饱和温度下降,这等价于存在一个热阻。但实际上由于压降很小，因而所引起的相应的温差也很小，所以R40。(5).冷凝段固体壁面导热热阻R5R5与R2相同，为6.410-4K/W。14(6).冷凝段换热热阻R6取凝结换热的表面传热系数为hi，c=6000W/(m2·K)，则(7).冷凝段外

8、管壁与冷流体间的换热热阻设冷流体的总表面传热系数为ho，c，则在R1~R7中，属于热管内部的热阻为R2~R6，其和为6.7810-3K/W。一根长2m、直径为25mm的铜棒的热阻是上述钢-水热管的1500倍。热管的这种特别优良的导热性能又被称为“超导热性”。1