环境工程原理第一篇（第四章） 热量传递课件.ppt

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1、第四章热量传递§4.1热量传递的方式通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞而发生的热量传递过程气体：分子不规则运动时互相碰撞固体：晶格振动（不良导电体），自由电子迁移（良导体）液体：分子振动，分子间相互碰撞（目前尚不清楚）流体中质点发生相对位移引起的传热，通常也指流体与固体壁面之间的热传递自然对流无相变强制对流有相变手摸金属与木头感觉不同，why？太阳、人体、热视镜靠电磁波传递能量（不需任何介质作媒介）§4.2热传导一、傅立叶定律（一）、基本概念温度场：某一瞬时，空间（或物体内）所有各点的温度分布称为温度场。等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点相连接而构成

2、的面称为等温面。等温线：不同的等温面与同一平面相交的线称为等温线。温度梯度：自等温面上某一点出发，沿不同方向的温度变化率不相同，而以该点等温面法线方向的温度变化率最大，称为温度梯度。为矢量，方向与给定点等温面法线方向一致，以温度增加的方向为正。T1T2等温线TT+ΔTΔnΔlQ单位传热面积的传热速率，J/（m2s），矢量，方向为传热面的法线方向。单位时间传递的热量，J/s传热速率或热量流量Q:热量通量或热流密度负号表示q与温度梯度方向相反称为导热系数,单位为W/(mK)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

3、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T+DTTDnDl等温面及温度梯度（一）、单层平壁一维稳态导热-------可见温度分布为直线若为常数，则：二、通过平壁的一维稳态导热(薄壳）（二）、多层平壁一维稳态导热三、单层圆筒壁一维稳态导热若为常数，则：--------可见温度分布为对数关系在圆筒的内外表面之间积分：Q=常数，但q常数四、多层圆筒壁一维稳态导热思考：气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？bb12Qbb21Q影响因素：接触材料的种类及硬度，接

4、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五、接触热阻P121考虑接触热阻，通过两层平壁的热通量为：练习1.空心球壁内径为r1，外径为r2，内壁温度为T1,外壁温度为T2，导热系数为λ，试推导空心球壁的稳态热传导公式。2.在一根φ60mm×3.5mm的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均热导率λ＝0.07W/（m℃），外层为20mm的石棉层，其平均导热率λ＝0.15W/（m℃），现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁的热导率λ＝45W/（m℃），试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度

5、。1.解：r1r2drTrT1T2T3T4r1r2r3r4λ1λ2λ3解：(a)(b)§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在冷热流体的热交换中最为常见三、对流传热速率（一）、牛顿冷却定律——与传热方向垂直的微元传热面积，m2——通过传热面dA的局部对流传热速率，w——流体与固体壁面dA之间的温差，K在流体被冷却时，加热——局部对流传热系数，或称为膜系数，W/(m3K）采用平均值对流传热热阻（二）、对流传热系数不是物性参数，与很多因素有关，其大小取决于流体物性、壁面情况、流动原因、流动状况、流体是否有相变等导热系数

6、是物质的物理性质，与物质的种类、温度、压强有关四、对流传热系数的经验式（一）、对流传热微分方程式紧贴壁面速度为0的流体层遵循傅立叶定律遵循牛顿冷却定律理论关系式，只适合于管内层流、平板上层流（温度梯度或温度分布可求）（二）无量纲准数方程式影响的因素主要有：流速u、换热器尺寸L、流体的黏度μ、导热系数λ、密度ρ、比热容cp以及浮升力ρgβΔTπ定理：无量纲数群数＝变量数（8）－基本量纲（4）数＝4------格拉霍夫准数Gr表征自然对流影响的特征数。无量纲准数：-----努塞尔特准数，表示导热热阻与对流热阻之比-----普兰特准数，反映物性的影响。一般，气体的Pr<1，液

7、体的Pr>1故特征尺寸特征速度如管内流动通常取um如管道内通常取管道的内径（三）管内强制对流传热1.流体在圆形管内呈强烈的湍流状态流动低黏度（小于2倍常温水的黏度）f＝0.4被加热f＝0.3被冷却高黏度应用条件及相关修正见书上P130例：水流过φ60×3.5mm的钢管，由20℃被加热至60℃。已知，水流速为1.8m/s，试求水对管内壁的给热系数。2.流体在圆形直管内呈层流状态流动3.流体在圆形直管内呈过渡流状态流动4.流体在圆形弯管内流动（同学自学）（四）大空间自然对流传热例：空气流过φ36×2mm的蛇管，流速为1