传热学与流体力学基础ppt课件.ppt

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1、传热学与流体力学基础（第四课）传热的三种基本形式热量传递的三种基本方式是：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。传热学是热泵最重要的基础之一：热泵热水器相当大一部分的设计和制造问题，是传热问题，在热泵系统的四个主要部件里，专门用于传热的就有两个，蒸发器与冷凝器，即俗称的“两器”；热量传递过程的推动力是“温差”由热力学第二定律得知：热量可以自发地由高温热源传给低温热源；热量传递的必要条件是温差，有温差就会有传热，温差是热量传递的推动力,没有温差热量就不会发生传递。热量传递的方向：热量总是由高温的物体传递给低温

2、的物体，不可能出现相反的热传递现象。在实际中发生的传热过程，往往是三种传热方式的共同作用的总和。导热的定义指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体之间直接接触时，依靠物体分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而进行的热量传递现象；导热的特征是：发生导热时，物体分子的各部分之间并不发生相对位移，物体间也无“质”的传递与混合，而是将其无规则的分子运动能量传递给相邻的物体；傅里叶定律导热量，与导热系数成正比，与导热面积成正比，与温差成正比式中：Ф为传热量，“A”为垂直于导热方向的传热面积；“λ”为物质的导热系数，为

3、温差平板的导热如图，对于一大块平板的导热，假如其厚度为δ，面积为A，两端的温差为Δt,导热系数为λ。导热公式告诉我们这个公式可以看出，在传导过程中的传热量Ф是与导热系数λ，导热面积A和两物体的温度差Δt成正比的；在上述的三个因素中，任何一个因素的增加都会导致传热量的增加，任何一个因素的减少，又都会导致传热量的减少；而传热量Ф，与平板的厚度δ成反比，即增加板的厚度δ，将降低传热量。导热系数（热导率）λ导热系数是物质固有的物性参数；导热系数是指：在稳定的传热条件下，1米厚的材料，两侧表面的温差为1度（K）,在单位

4、时间内，通过1平方米面积所传递的热量，单位为瓦/米·度（W/m·K，此处的K也可用°C代替）；λ反映该材料本身的热传导能力。不同物质热导率的差异：是由物质状态、构造、晶体、分子状态等因素造成的。导热系数的大致规律对于绝大部分物质来讲，金属的导热系数最高，液体次之，而气体最低；每种物质都有自己特定的导热系数。大体上是固体≥液体≥气体；一般的，导电性好的材料，导热性也好；导热系数与状态有关，例如冰的导热系数为2.22W/(m·k)，水的导热系数为0.599W/(m·k)，而水蒸气的导热系数仅为0.0194W/(m

5、·k)。通常把导热系数较高的金属材料称为导热材料，如铜、铝和钢。而把导热系数在0.05W/米·℃以下的材料称为保温材料，如泡沫塑料。银λ=429W/(m·k)纯铜λ=399W/(m·k)电解铝λ=237W/(m·k)纯铁λ=81.1W/(m·k)钛λ=22W/(m·k)铜铝合金λ=56W/(m·k)碳钢λ=35-49W/(m·k)玻璃λ=0.65-0.71W/(m·k)棉花λ=0.049W/(m·k)聚苯乙烯λ=0.042W/(m·k)水垢λ=1.31-3.14W/(m·k)对流换热热对流是流体（液体和气体）

6、各部分发生宏观运动而引起的热量传递现象，而对流换热是运动着的流体同与之相互接触的物体表面之间由于温差的存在而发生的热量传递；对流换热是导热与热对流同时存在的复杂热传递过程。必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动，也必须有温差。接触壁面处，流体会形成速度梯度很大的边界层（附面层）对流换热的多种形式按流体是否发生相变划分，有相变的分为蒸发换热或者冷凝换热，无相变的则成为普通换热；在空气源热泵热水器的冷凝器和蒸发器内进行的换热过程，都是有工质发生相变的对流换热过程，蒸发器中沸腾气化，冷凝器中凝结液化。有相变的换热过

7、程更加复杂，影响换热的因素更多。按引起流体流动的原因，如由水泵和风机引起的流体强迫流动，称为强制（受迫）对流换热；如果对流运动是由于自身的温度不均以致密度不均造成的，则称为自然对流换热；在实际的热泵系统中，无论冷凝器还是蒸发器，多数都是强制对流换热，因为强制对流换热的换热系数要高的多，同时也不易积垢。按流体的流动状态还可以分为层流换热和紊流换热，层流是在进行换热器设计和校核时要尽量避免的情况。对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式Ф=hA（t1－t2）＝hAΔt式中：Ф为换热量；h为表面传热系数，单位是W/m

8、·K；A为换热面积，单位是平方米，t1和t2为高、低端温度，Δt为传热温差。要特别注意材料的导热系数λ和表面换热系数h是两个意义不同的概念；导热系数是描述某种物质材料本身的导热性能，单位是W/(m·k)微型板式换热器表面换热系数的定义对于表面换热系数可以这样理解：在1℃的温差下，该表面每一平方米面积的换热能力，即是该表面的“表面换热系数”。单位是。，对于一个换热装置来讲，影响其对流换热能力的三个最主