建筑设备第六章

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1、第六章传热及气体射流基本知识从物理学中得知，热学是采用宏观方法研究热现象的理论。其中采用观察与实验方法得到的热能性质及其与其他能量转换的规律称为热力学。对于采用相同方法总结得到的热量传递过程规律则称为传热学。本章仅介绍建筑设备工程必需的热量传递的某些知识。由物理学知道热量的传递有三种基本方式：即热传导、热对流和热辐射。但在实际工程遇到的热传递现象，往往是由两种或三种基本方式同时出现综合组成的传热过程，下面简要介绍这些基本方式和传热过程。第一节传热学基本知识一、导热（热传导）导热是指温度不同的物体直接接触时，或同一物体内温度不同的相邻部分之间所发生的热传递

2、现象。热之所以能通过导热方式传递，是由于组成物体的微观粒子运动的结果。在气体中，热传导主要依靠原子、分子的热运动；在液体中，热传导主要依靠弹性波的作用；而在固体中热传导主要依靠晶格振动和自由电子的运动。固体平壁中进行的导热过程最为简单。可以想像，当平壁内各部分温度不随时间变化，而处于稳定导热时，如图6－1所示，平壁内外两侧面的温度差(当时)越大，平壁厚度越薄，壁的面积F越大，则在单位时间内通过此平壁的导热量就越多，可以列出平壁导热公式为或(6-1)式中Q——单位时间由导热体传递的热量，称为热流量，J／s或W；λ——比例系数，称为导热系数，其意义是当沿着导

3、热方向每米长度上温度降低1K时，单位时间通过每平方米面积所传导的热量，W／（m·K）。由式（6－1）可知导热系数λ是表征该材料导热能力的物理量。材料的导热系数越大，则表示其导热性越好。不同材料的导热系数是不同的；即使对于同一种材料，导热系数的数值也随所处状态的不同而有差异。各种材料的λ值在有关热工手册中可查到。如果对式（6－1）写成一般的微分形式，就获得一维稳定导热的傅立叶定律表达式：或(6-2)式中——沿x方向面积为F处的温度梯度。其他符号意义与式（6－1）相同。式中负号表示导热量和温度梯度方向相反。将式（6－2）分离变量后可得：（6－3）将上式积分，

4、并代人边界条件：当x＝0时，；当x＝x时，，则得：所以即或（6－3a）由此可见，求解方程（6－3a）后，就可求得平壁内部任意位置上的温度值。通常、和均为常数，所以平壁中的温度分布为直线（见图6－1中到直线）。应说明式（6－1）及（6－3a）仅适用于计算物体为单层无限大平面壁的热流量。在实际工程中还会遇到以下几种情况：（一）多层平壁如房屋以红砖为主体砌成，墙壁内为白灰层，外抹水泥砂浆、瓷砖贴面等均为多层平壁。如三层平壁导热，两侧表面均能维持稳定温度和，且各层之间结合严密，接触面温度分别为和（见图6－2），在稳定情况，通过各层的热流量是相等的，以图6－2中三

5、层平壁的每层可分别写出：(6-4a)式中、、—各层平壁导热系数；、、—各层平壁厚度；、、—各层平壁导热热阻。化简(6-4a)可得：(6-4b)把式(6-4b)各等式前后相加并整理可得：(6-4c)式中—为三层平壁总热阻。对于n层平壁导热，则可直接写出：(6-4)(二)单层非平行壁面导热如求圆管的稳定导热热流量时，则式(6-2)应为：，通过分离变量积分等运算后，可得圆管稳定导热计算式为：(6-5a)或通过单位长度管状的热流量为：(6-5b)式中l—管长，m；、—管内径和外径，mm。【例6-1】某一供热锅炉炉墙由三层砌成，内层为耐火砖层厚=230mm，其导热

6、系数，最外层为红砖层厚，其导热系数，内外层之间填石棉隔热层，厚，其导热系数，已知炉墙最内和最外两表面温度和，求通过炉墙的导热热流量值。【解】依题意，先计算各层面导热热阻值，可得：代入式(6-4)可得单位面积热流量为：二、热对流和对流换热温度不同的流体各部分之间发生相对位移，把热量从高温处带到低温处的热传递现象，称为热对流。所以热对流只能发生在流体中，与流体的流动有关。由于流体质点位移在改变空间位置时不可避免的要和周围流体相接触，因而热对流的同时一定伴有导热存在。工程上最关心的是流动着的流体与温度不同的壁面接触时，它们之间所发生的热传递现象，例如管内流动的

7、热水与管内壁面间的换热，称之为对流换热。对流换热过程是热对流和导热的综合过程。对流换热又分为受迫对流和自然对流（或自由对流）换热。受迫对流是指流体在外力如风扇、泵等的作用下，流过固体表面的运动。自然对流则是与固体邻接的较热（或较冷）的流体内各处温度不同引起密度的不同而产生的循环运动。对流换热的计算，是牛顿在1701年首先提出来的，称为牛顿冷却定律，其方程式为（6－6）式中Q—对流换热量，W；A—与流体接触的壁面换热面积，m2；△T—流体和壁面之间的温差，K或°C；α—对流换热系数或放热系数，W／（m2·K）。α表示在单位时间内，当流体与壁面温差为1K时，

8、流体通过壁面单位面积所交换的热量。其大小表征对流换热的强弱。对于对流换热系数或放