第一章工程传热学07700.pptVIP

* *研究对流换热的基本任务就是用理论分析或实验方法得出不同情况下表面传热系数的计算关系式。 Typical values of h Process H(W/m2 - °C) Free ConvectionGasesLiquids Forced ConvectionGasesLiquidsLiquid metals Phase changeBoiling liquidsCondensation 5 - 30 20 - 1000 20 - 300 50 - 20,000 5,000 - 50,000 2,000 - 100,000 5,000 - 100,000 * * * *一切温度高于0K的物体都会以电磁波的方式发射具有一定能量的微观粒子，即光子，这样的过程称为辐射，光子所具有的能量称为辐射能。辐射是物体通过电磁波来传递能量的方式。物体会因不同的原因发出辐射能。由于热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射，这时辐射能是由物体的内能转化而来，物体的温度越高，辐射能力越强。 3 热辐射 ① 热辐射 Thermal radiation * * ② 辐射换热 a)不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量 b) 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 ? 电磁波能 ? 物体热力学能 c) 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量；总的效果是热由高温物体传到低温物体 自然界各个物体都不停地向空间发出热辐射，也不断地吸收其他物体发出的热辐射，其综合过程即为辐射换热。 辐射换热的特点： Radiation heat transfer * * ③ 斯蒂芬-玻尔兹曼定律物体的辐射能力与温度有关，同一温度下不同物体的辐射与吸收本领也大不一样。为此，定义一种理想物体—绝对黑体。绝对黑体（简称黑体）是理想化的能吸收投入到其表面上所有热辐射能的物体。这种物体的吸收本领和辐射本领在同温度的物体中最大。黑体单位面积在单位时间内发出的热辐射能由斯蒂藩-玻耳兹曼定律计算： — 黑体表面的绝对温度（热力学温度） — 斯蒂芬-玻尔兹曼常数 T 黑体是否可以说成是黑（颜）色的物体？ * * 一切实际物体辐射能力都小于同温度下的黑体 — 实际物体表面的发射率（黑度），0~1；与物体的种类、表面状况和温度有关两个表面间的辐射传热量的计算较为复杂，需要考虑各表面辐射的热量和吸收的热量的总和。但有两种情况计算却很简单： ① 当一个面积为A1，发射率为? 1，温度为T1的表面被另一个温度为T2的大得多的表面包围时，两表面间的辐射热流量： Emissivity 1 2 * * T1 T2 Φ A ② 两无限大平行黑体平板间辐射 对于两个相距很近的黑体表面，由于一个表面发射出来的能量几乎完全落到另一个表面上，那么它们之间的辐射换热量为 当T1=T2时，也就是物体和周围环境处于热平衡时，辐射换热量等于零。但此时是动态平衡，辐射和吸收仍在不断进行。此时物体的温度保持不变。 * * §1-3 传热过程与传热系数 ① 传热过程：热量由热流体通过间壁传给冷 流体的过程。 ② 传热过程通常由导热、热对流、热辐射组合形成。 1 传热过程 ③ 传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成:a) 热量以对流换热的方式从高温流体传给固体壁面；b) 热量以导热的方式从高温流体侧壁面传递到低温流体侧壁面；c) 热量以对流换热的方式从低温流体侧壁面传给低温流体。 注意：在第一和第三个环节中有时还须考虑壁面与流体及周围环境之间的辐射换热。 * * 2 传热系数的计算 ① 从热流体tf1到壁面高温侧tw1的换热： ② 从壁面高温侧tw1到低温侧tw2的换热： ③ 从壁面低温侧tw2到冷流体tf2的换热： 上面三式中的热流量? 相等，联立可解得式： * * k称为传热系数或总传热系数，单位为W/(m2?K)；当壁面为平壁时，其计算式如下： —传热过程的总热阻，由各环节的热阻串联而成，它们分别为各环节热阻。 —单位面积热阻，m2?K/ W。 和 上式同样适用于各环节的热量传递面积不相等的情形，如通过圆筒壁的传热，这时通过壁面的导热热阻的计算须相应改变。 The overall heat transfer coefficient * * 例题1-1 有三块分别由纯铜、碳钢和硅藻土砖制成的大平板，它们的厚度都为?=50mm，两侧表面的温差都维持为tw1–tw2=100℃不变，试求通过每块平板的导热热流密度。纯铜、碳钢和硅藻土砖的导热系数分别为?1=398W/(m·K)，?2=40W/(m·K)，?3=0.242 W/(m·K)。 [解] 这是通过大平壁的一维