《燃料元件传热分析》PPT课件

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1、第三章　燃料元件传热分析为什么要分析燃料元件的温度场？要保证任何情况下不会发生燃料元件熔化；由于温度梯度会产生热应力，在燃料芯块和结构材料设计时必须考虑到；包壳表面与冷却剂的化学与温度有关；反应性与温度有关。1影响燃料元件内温度分布的因素：燃料的释热率元件组成和包壳材料冷却剂的流动状态及温度状态2物体内部或物体之间存在温差，就会产生热量的传递传热基本方式导热（热传导）对流热辐射第一节　传热学基本知识3表征传热大小的物理量热流量Q单位时间通过传热面的热量,W热流密度q单位时间通过单位传热面的热量,W/m2QS1m2q4导热定义热量从物体中温度较高部分传递到较低部分，或从温度较高物体传递到与之接

2、触的温度较低的另一物体的过程机理气体——分子相互碰撞金属——自由电子运动固体——晶格结构的振动5傅立叶定律dTq=–k——dxk为导热系数，W/m·℃。它反映了该种物质导热能力的强弱。k金属k液k气qx6通过平板稳态导热计算如果k为常数，则：kTq=––(T1–T2)=–––––／k／k称为热阻T1T2dTq=–k——dxk7多层平板稳态导热T1T212k1k2T38圆筒壁的稳态导热9多层圆筒壁稳态导热10导热微分方程11无内热源的导热微分方程12例题讲解例题1一块厚度δ＝50mm的平板，两侧表面分别维持在tw1=300℃，tw2=100℃，试求下列条件下通过单位

3、截面积的导热量：（1）材料为铜，导热系数k＝374W／(m.K)；(2)材料为钢，导热系数k＝36.3W／(m·K)。13例题讲解根据傅立叶定律（1）材料为铜，k＝374W／(m.K)代入得：（2）材料为钢，k＝36.3W／(m.K)代入得：14二、对流换热对流流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程。它仅发生在流体中，且伴随有导热现象。对流换热流体流过另一物体表面时发生的热交换过程。对流换热=对流＋导热15牛顿冷却公式q=(tw－tf)研究对流换热的基本目的就在于用理论分析或实验的方法来得到各种场合下计算的关系式。为对流换热系数，W/m2·℃16影响的因素流体的性质（、

4、、、cp等）流速和流动原因（强迫对流/自然对流）层流或紊流单相换热或沸腾换热传热壁面的形状、尺寸（如纵掠平板、外掠圆管、管内流动）17对流换热类型18例题2：在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热试验中，得到下列数据：管壁平均温度tw＝69℃，空气温度tf＝20℃，管子外径d=14mm，加热段长80mm，输入加热段的功率为8.5W。如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数为多大?例题讲解19例题讲解根据牛顿冷却公式：20对流换热的准则方程式（一）对于受迫流动，可以得到如下准则方程式：例如管内受迫流动式中α、ｋ——对流换热系数、导热系数Ｌ——定性尺寸（也称特性尺度

5、），例如对于圆管内流动，是管子的内径ｄ。C、m、n——待定的系数和指数。称为努谢尔特(Nusselt)数，Pr称为普朗特数。，称为雷诺数，ρ、μ、ν、V分别为流体的密度、动力粘度、运动粘度和流速。21对流换热的准则方程式（二）例如大空间自然对流，式中，称为格拉晓夫(grashof)数。——流体的运动粘度Ｌ——定性尺寸C、n——待定的系数和指数。对于自然对流，可以得到如下的准则方程式：β——流体的体积膨胀系数22使用准则方程注意事项（１）定性温度（２）定性尺寸（３）适用范围23三、热辐射定义物体通过电磁波来传递能量的过程称辐射，其中因热的原因而发出辐射能称为热辐射特点当两个物体被真空隔开时，只

6、有热辐射一种方式伴有能量形式的转化24辐射力计算辐射力：单位时间、单位表面积向半球空间所有方向发射的全部波长的辐射能的总量，1m2E=0T4—黑度（辐射率）0––辐射常数，5.67×10-8W/m2·K425传热过程定义热量由壁面一侧的流体穿过壁面传到另一侧的流体中传热方式对流换热-导热-对流换热计算公式q=hth––传热系数t=tf1–tf2tf1tw1tf2tw21226传热系数计算（一）qqqtf1－tw1=–––tw1－tw2=––––tw2－tf2=–––1k/2三式相加：11tf1－tf2=q(–––＋–––＋–––)1k2q=ht1h=————

7、————–1/1＋/k＋1/2tf1tw1tf2tw21227传热系数计算（二）总热阻:111––=–––＋–––＋–––h1k21h=————————–1/1＋k＋1/21/1k1/2利用热阻的概念tf1tw1tf2tw21228例题3对一台氟里昂冷凝器的传热过程作初步测算得到以下数据：管内水的对流换热表面传热系数α1=8700W／(m2·K)，管外氟里昂蒸气凝结换