第四章 热量传递基础1.ppt

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1、§4.1概述§4.2热传导§4.2.1傅立叶定律§4.2.2导热微分方程§4.2.3一维稳态导热§4.2.4非稳态导热幻灯片1目录第四章热量传递基础第四章热量传递基础§4.1概述§4.2热传导§4.2.1傅立叶定律一、基本概念负号表示q与温度梯度方向相反称为导热系数,单位为W/(mK)§4.2.1傅立叶定律物性之一：与物质种类、热力学状态（T、P）有关物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小，故物质的越大，导热性能越好。一般地，导电固体>非导电固体，液体>气体T，气体，水，其它液体的。二、傅立叶定律§4.2.2导热微分方程即§4.2.2导热微分方程若为常数，

2、则：定解条件：§4.2.2导热微分方程由以上方程和边界条件、初始条件可数值求解温度场。但是，下面我们将重新从热量衡算出发求解一维稳态导热问题。*§4.2.3一维稳态导热一维稳态时一、无限大单层平壁一维稳态导热（无内热源）-------可见温度分布为直线若为常数，则：*§4.2.3一维稳态导热-----薄壳衡算法二、无限大多层平壁一维稳态导热（无内热源）*§4.2.3一维稳态导热-----薄壳衡算法思考1：若上述平壁的右侧与环境进行对流传热，设环境温度为t0、对流传热系数为，则传热量表达式如何？*§4.2.3一维稳态导热-----薄壳衡算法三、无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热

3、源）若为常数，则：--------可见温度分布为对数关系*§4.2.3一维稳态导热-----薄壳衡算法*§4.2.3一维稳态导热-----薄壳衡算法Q=常数，但q常数四、无限长多层圆筒壁一维稳态导热（无内热源）*§4.2.3一维稳态导热-----薄壳衡算法*§4.2.3一维稳态导热-----薄壳衡算法思考：保温层越厚，保温效果越好吗？*§4.2.3一维稳态导热-----薄壳衡算法五、保温层的临界厚度影响因素：接触材料的种类及硬度，接触面的粗糙程度，接触面的压紧力，空隙内的流体性质。接触热阻一般通过实验测定或凭经验估计*§4.2.3一维稳态导热-----薄壳衡算法六、接触热阻§4.

4、3对流传热§4.3.1理论分析法求§4.3.2实验方法求§4.3.3类比法求对流传热系数小结的数量级幻灯片2目录第四章热量传递基础§4.3对流传热什么是对流传热？流动的流体与外界的传热静止流体与外界的传热强制对流自然对流对流传热系数，W/m2K边界层是对流传热的主要热阻所在。ttwQ的获得主要有四种方法：§4.3对流传热1．理论分析法：2．实验方法*：3．类比方法：用因次分析法、再结合实验，建立经验关系式。把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比到热量传递过程。4.数值法建立理论方程式，用数学分析的方法求出的精确解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简单的几个传热过

5、程，如管内层流、平板上层流等。连续性方程和N-S方程，得到速度场壁面处的速度梯度壁面力§4.3.1理论分析法求回忆：第一章范宁因子f的理论求解过程：引入：阻力系数（又称范宁因子）引入：摩擦因数1．圆管内的稳定层流的理论求解过程为：边界层是对流传热的主要热阻所在。§4.3.1理论分析法求影响的因素主要有：1.引起流动的原因：自然对流和强制对流2.流动型态：层流或湍流3.流体的性质：、、cp、等4.传热面的形状、大小、位置：如圆管与平板、垂直与水平、管内与管外等5.有相变与无相变：cp或汽化潜热r§4.3.2实验方法求因次分析法：------格垃霍夫准数Gr是雷诺

6、数的一种变形，表征自然对流时的“雷诺数”无因次数群：-----努塞特准数，表示导热热阻与对流热阻之比§4.3.2实验方法求-----普兰特准数，反映物性的影响。一般，气体的Pr<1，液体的Pr>1----导温系数(SeealsoP192)故§4.3.2实验方法求对流传热系数经验式:（一）无相变时当Gr>25000，需考虑自然对流对传热的影响，需乘上一个大于1的校正系数：§4.3.2实验方法求1、管内层流时Nu=1.86Re1/3Pr1/3(d/l)1/3（μ/μw）0.14见教材P198页式（4-78）使用范围为：管子的进口段，恒壁温、Re<2300、0.48

7、0，Gr<25000（自然对流影响可以忽略），温差（壁温与流体主体温度之差）不大。（书P195式4-73）（一）无相变时Why？因为：管内未充分发展，层流底层较薄，热阻较小。若使用条件不满足上述条件时，需修正：（1）对于短管，L/d<60乘上一个大于1的校正系数：用式（4-75）（2）当壁面与流体主体温差较大时:Nu=0.027Re0.8Pr1/3（μ/μw）0.14教材式4-74（3）非圆形管的强制湍流：上式仍可使用，但需将d换成de（4）弯管内：乘上一