热工基础传热学课件.ppt

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1、第四章热量传递的基本原理第一节热量传递的三种基本方式传热的三种不同形式:热传导、热对流、热辐射。一、热传导1、特征：（1）物体相互接触；（2）各部分之间不发生相对位移；（3）依靠微观离子热运动。（4）固体—固体、固体—流体、流体—流体2、热流量与热流密度Φ=λAΔt/δλ——导热系数（热导率)，w/(m·k)，与物体性质、温度有关，各向同性与各向异性之别。热流量：热流密度：λq=Φ/A=Δt/δ二、热对流1、特征：（1）物体相互接触；（2）各部分之间发生相对位移；（3）依靠微观离子热运动。（4）固体—流体、流体—流体2、热流量与热流密度h——表面传热系数，w/(m2·k)，影响因素很多

2、。热流量：牛顿冷却公式热流密度：hq=Φ/A=ΔtΦ=AΔth三、热辐射1、特征：（1)不需物体相互接触；（2）依靠电磁波进行热量传递；2、黑体单位时间内的热辐射热量σ——黑体辐射常量，5.67×10-8w/(m2·k4)。四次方定律：一般物体单位时间内的热辐射热量：Φ=AT4σAΦ=T4σεε——发射率。四、传热δtf1tf2tw1tw1φR1R2R3第二节导热基本定律和稳态导热一、导热基本定律1、温度场物体内部的温度的分布可表示为:t=f(x,y,z,τ)τ=constt=f(x,y,z)三维稳态温度场t=f(x)一维稳态温度场等温线和等温面τ≠constt=f(x,y,z,τ)非

3、稳态温度场2、温度梯度nqt+Δtt-Δtt3、傅立叶定律——导热基本定律二、导热微分方程导入微元体总热流量+微元体内热源的生成热-导出微元体总热流量=微元体热力学增量1、导热微分方程推导导入微元体总热流量：导出微元体总热流量：单位时间内微元体内热源的生成热：单位时间微元体热力学增量：总之：λ为常数a=λ/（ρc）热扩散系数特殊情况：（1）无内热源（2）无内热源稳态导热（3）无内热源一维稳态导热圆柱坐标系里导热微分方程：xzyt(r,φ,z)φ球坐标系里导热微分方程：xzyt(r,φ,θ)φθ2、求解导热微分方程的定解条件（1）第一类边界条件：已知边界上的温度（2）第二类边界条件：已知

4、边界上的热流密度例如：tw=const(稳态)tw=f1(τ)τ>0(非稳态)例如：qw=const(稳态)τ>0(非稳态)（3）第三类边界条件：已知边界上物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度tf例如：以物体冷却为例3、讨论（1）热扩散系数a的物理意义（2）导热微分方程的适用范围热流密度不很高，作用时间足够长导热微分方程不适用范围1）在极短的时间内发生在固体中的热量传递，如激光加工过程2）极低温度下（接近0k）三、一维稳态导热的计算1、通过无限大平壁的导热2、通过无限长圆筒壁的导热采用柱坐标系,导热微分方程:求得通解:t=c1lnr+c2代入边界条件得:求得温度分布:圆筒壁

5、中温度呈对数分布。则得:根据傅立叶定律:3、通过球壳的导热对于内外表面温度均匀恒定的空心球壁的导热，温度分布：热流量:热阻:R=ln(d2/d1)/(2πλl)多层壁:φ=?4、通过等截面直肋的导热(1)作用强化换热(2)特点肋片中沿导热热流传递的方向上热流量不断变化,但为稳态导热。在肋片伸展的方向上存在对流换热和辐射换热。(3）导热计算令：1）l=1(单位长度)2）λ、h、Ac（=l·δ）为常数。3）1/h>>δ/λ，可得qh<

6、t-tf)把Φx、Φx+dx、Φ代入（1）式，可得：令：θ=t-tfhP/λA=m2方程可变为：其通解为：边界条件为：可得积分常数：温度分布方程：单片肋片的热流量：肋片末端修正：把肋片末端展开，则肋片的高度为：H’=H+δ/2例题第三节非稳态导热一、概述以平壁为例：二、非稳态导热的求解——诺谟图法1、无限大平壁的分析解及诺谟图平板壁厚为2δ，初始温度为t0，流体温度为tf，t0〈tf平壁两侧对称受热导热微分方程：（1）温度分布方程及诺谟图边界条件：初始条件：t(x,0)=t0(0≤x≤δ)令：θ=t(x,τ)-tfθ0=t(x,0)-tf=t0-tf（初始温度）求解方程可得：FO=aτ

7、/δ2——傅立叶数（无量纲特征数）Bi=hδ/λ——毕渥数（无量纲特征数）将温度分布方程用FO和Bi表示：平板中心线处的温度分布：由于计算较烦琐，工程上利用图线进行求解，这些图线为诺谟图（2）热流量计算及诺谟图0～τ时间范围内非稳态导热的热流量：利用特征数表示：2、无限长圆筒壁的分析解及诺谟图（1）温度分布方程及诺谟图（2）热流量计算及诺谟图注意（1）满足FO≥0.2下应用以上诺谟图（2）以上诺谟图适用中间被冷却（即tf