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1、传热学第一章：绪论一、什么是传热学 研究热量传递规律的科学。 热量传递的机理、规律、计算和测试方法 热量传递过程的推动力：温差 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础 热力学第一定律：在热量传递过程中若无能量形式的转换，则热量始终保持守恒 热力学第二定律：热量 Q 传递始终是从高温物体向低温物体传递。二热量传递的基本方式 ：热传导、热对流、热辐射第二章：热传导(导热)定义：指温度丕同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子 热运动而进行的热量传递现象。物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生导热的特点必须有温差物体直接接触依靠分子、原子及自由电子等微观粒子
2、热运动而传递热量 不发生宏观的相对位移导热机理气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。导电固体：自由电子运动。非导电固体：晶格结构的振动。T1液体：很复杂。.傅里叶公式:1822年，法国数学家Fourier：平壁导热：热流量，单位时间传递的热量Wq：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量A：垂直于导热方向的截面积m2 T= (TlT2)平壁两侧壁温之差1-2兀九 Lm圆筒壁就是圆管的壁面。当管子的壁面相对于管长而言非常小，是一维导热问题。这里仅讨论稳态的情况。例题1-1有三块分别由纯铜(热导率 1=398W/(mK)、黄铜(热导率 2=109W/(mK)和碳钢(热导率 3=40W/(mK
3、)制成的大平板，厚度都为10mm,两侧表面的温差都维持为tw1 - tw2 = 50C不变，试求通过每块平板的导热热流密度。第三章：热对流(convection)与对流换热定义与特征定义：流体中(气体或液体)温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象对流换热：流体与温度不同的固体壁间接触时的热量交换过程对流换热的特点对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式 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；也必须有温差对流换热按照不同的原因可分为多种类型 ：是否相变，分为：有相变的对流换热和无相变的对流换热流动原因
4、，分为：强迫对流换热和自然对流换热。流动状态，分为：层流和紊流q =! A=h(t t )wf牛顿冷却公式( 1701)=hA(t -1 ) lww g一热流量W,单位时间传递的热量q热流密度W m2 C)A-一 与流体接触的壁面面积tn2h 表面传热系数2 -Tw固体壁表面温TOO-流体温度 h是表征对流换热过程强弱的物理量 影响h因素：流动原因、流动状态、流体物性、有无相变、壁面形状大小等例题1-2 一室内暖气片的散热面积为3m2,表面温度为tw = 50C，和温度为20C的室内空气之间自然对流换热的表面传热系数为h = 4 W/(m2K)。试问该暖气片相当于多大功率的电暖气?第四章：热辐
5、射1. 定义 物体通过电磁波来传递热量的方式物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的种 类不同、表面状况不同，其辐射能力不同辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递2. 辐射换热的特点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;总的结果是热由高温传到低温3. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体。 或称绝对黑体。黑体的辐射能力与吸收能力最强黑体向外发射的辐射
6、能：E 二 b T 4bbEb为黑体的辐射力（W/m2）； T为黑体的绝对温度（K）；0为斯忒芬一波尔兹曼常数,其值为5.67X 10-8W/（m2K4）。这是我们在以后的辐射换热计算中使用最多的关系式实际物体辐射能力：低于同温度黑体W/m2 实际物体表面的发射率（黑度），01;与物体的种类、表面状况和温度有关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：Q二Ab （T4 -T4）12单色辐射力定义：单色辐射力被定义为单位时间单位辐射面积向半球空间辐射出去的某一波长范围的辐射能量 用来描述辐射能量随波长的分布特征。c1九5e（.九
7、t ） -1Eb九普朗克定律：式中，两个常数，其中，h为普朗克常c 二 2兀hc2 二 3/742x 10sWpm4 /m2;c 二 he/K 二 1.4387x 104 pmK12数，c为光速，K为波尔兹曼常数；入为热射线的波长（p m）； Eb入为黑体单色辐射力。例6 1今测得太阳单色辐射力最大时的波长九m二5呵。若太阳可近似看作为黑体，试估计太阳表面温度,并求出该温度下的单色辐射力。解：利用公式525可得2897.6九m=5796K_ 0.814 x 108W /(|imm2)E _ 3.743 x 108 x (0.5)-5 嬴_ % 1.4387 x 104 _ 1 再利用式5 23
8、且代入有关数据得eXP 0.5x5796 -传热过程与热阻1.传热过程：热量由热流体通过间壁传给冷流体的过程。传热过程通常由导热、热对流、热辐射组合形成二kAAtk为传热系数,W/( m2oC)。在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差=1oC、传热面积A = 1 m2时的热流量值，是一个 表征传热过程强烈程度的物理量。传热过程越强，传热系数越大，反之则越弱。k越大，传热越好。若要增大k,可增大h,入，减小0116 61热阻 r _ _ +-1 + 2 +热阻是传热系数的倒数！kkh九九h1122t- tA tQ _ A f1f2 _ A_ KAAT1 6 611+ 十 + 2 + h九九hk1
9、122例题1-3 一房屋的混凝土外墙的厚度为6=200mm，混凝土的热导率为九=1.5W/(mK)，冬季室外空气温度 为tf2=-10C,有风天和墙壁之间的表面传热系数为h2=20W/(m2K)，室内空气温度为tf1= 25C,和墙壁之间 的表面传热系数为h1=5 W/(m2K)。假设墙壁及两侧的空气温度及表面传热系数都不随时间而变化， 求单位面积墙壁的散热损失及内外墙壁面的温度。第六章 凝结与沸腾换热6-1 凝结换热1 凝结过程膜状凝结沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热 量传递。珠状凝结 当凝结液体不能很好的浸润壁面时，
10、则在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率 远大于膜状凝结(可能大几倍，甚至一个数量级)虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结，但可惜的是，珠状凝结很难保持，因此，大多数工程中遇到的凝结换热大多属于膜状 凝结，因此，教材中只简单介绍了膜状凝结2 纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热的分析(4) 水平圆管h = 0.729gr p 2 九 3i i1/4h = 0.826gr p 2 九 3i iHn d（ t -1 ）iswSn d（ t -1 ）isw努塞尔的理论分析可推广到水平圆管及球表面上的层流膜状凝结1/ 4式中：下标“ H ”表示水平管，“ S ”表示球; d 为水平
11、管或球的直径。3 边界层内的流态 凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判断依据仍然时Re式中：厂d puRe = e inul 为 x = l 处液膜层的平均流速；de 为该截面处液膜层的当量直径。6-3 影响膜状凝结的因素1. 不凝结气体不凝结气体增加了传递过程的阻力，同时使饱和温度下降，减小了凝结的驱动力2. 蒸气流速流速较高时，蒸气流对液膜表面产生模型的粘滞应力。如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液膜拉薄，增大；反之使 减小。3. 过热蒸气 要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。4. 液膜过冷度及温度分布的非线性 如果考虑过冷度及温度分布的实际情况，要用下式代替 计算公式中的 ，5. 管子排数
12、管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管6. 管内冷凝 此时换热与蒸气的流速关系很大。 蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气则位于 管子上半部。流速较高时，形成环状流动，凝结液均匀分布在管子 四周，中心为蒸气核。7. 凝结表面的几何形状:强化凝结换热的原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度。 :可用各种带有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。骸态沸腾J过渡沸髓JITDNB汽腱孤立2大容器沸腾的临界热流密度书中推荐适用如下经验公式对流max=rp241 2 gQ (v“起始梆腾点6-4 沸腾换热现象2
13、 定义:a 沸腾：工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态的一种剧烈的汽化过程b 沸腾换热:指工质通过气泡运动带走热量，并使其冷却的一种传热方式3分类 a 大容器沸腾（ 池内沸腾）:加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾；b 强制对流沸腾:强制对流沸腾c 过冷沸腾:指液体主流尚未达到饱和温度，即处于过冷状态，而壁面上开始产生气泡，称之为过冷沸腾d 饱和沸腾:液体主体温度达到饱和温度，而壁面温度高于饱和温度所发生的沸腾，称之为饱和沸腾大容器饱和沸腾曲线:表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4 个换热规律不同的阶段:自然对流、核态沸腾、过渡 沸腾和稳定膜态沸腾，如图所示:1000 2000
