建筑設備工程第3章--傳熱學基礎知識課件

1、第1篇 流體力學與傳熱 學基礎知識第1章 流體的主要物理性質及流體靜力學 第2章 流體動力學基礎知識第3章 傳熱學基礎知識 第3章 傳熱學基礎知識3.1 傳熱學的基本概念 3.2 傳熱方式與傳熱過程3.1 傳熱學的基本概念凡是有溫差的地方,都會發(fā)生熱量的轉移,因此傳熱是一種普遍的現(xiàn)象,傳熱學正是研究熱量傳播規(guī)律的一門科學。按照物體中各點溫度是否隨時間變化,傳熱分為穩(wěn)定傳熱和非穩(wěn)定傳熱。1.熱熱是由物體外界溫度不同,通過邊界而傳遞的能量,是物體間通過分子運動相傳遞的能量。給物體加熱,實際就是增加使物體分子運動的能量,物體的溫度將會升高;反之,使物體散熱,減小分子運動的能量,物體的溫度便會降低。熱

2、的單位是J(焦耳),1J=1Nm(或0.24cal)。3.1 傳熱學的基本概念1.熱熱分為顯熱和潛熱,以溫度為特征的熱稱為顯熱。例如:每1L水,溫度升高1K(1)吸收的熱量為4200J;降低1K(1)放出的熱量為4200J。以狀態(tài)變化為特征的熱稱為潛熱,也叫汽化熱。例如:1L100的水蒸發(fā)為100蒸汽需要吸收2260kJ的熱量。日常生活中水的蒸發(fā)過程,也是吸收的潛熱。2.熱力學溫度溫度表示物體冷熱的程度。熱力學溫度的單位為K(開爾文),是水三相點熱力學溫度的1/273.15。在表示溫度差和3.1 傳熱學的基本概念2.熱力學溫度溫度間隔時,1K=1。熱力學溫度T與攝氏溫度t之間的關系為T=t+2

3、73.15。3.熱膨脹物體受熱,長度增長,體積增大,這是物質熱力學能增加使分子間隔增大的結果。這種隨溫度增加而脹大的現(xiàn)象稱為熱膨脹。(1)線膨脹物體的線膨脹是指溫度增加后物體在長度方向的增長。每升高1時單位長增加的長度稱為線膨脹系數(shù)l。3.1 傳熱學的基本概念3.熱膨脹3.1 傳熱學的基本概念4.比熱容物體1kg質量、溫度升高1K所吸收的熱量稱為比熱容。物體吸收的熱量與其溫度的升高成正比。Q=cm(t2-t1)(3-4)式中Q物體的吸熱量(J);m物體的質量(kg);t1、t2物體的初溫和終溫(或K);c物體的比熱容J/(kgK)。3.2傳熱方式與傳熱過程物體的傳熱方式可分為三種,即熱傳導、熱

4、對流和熱輻射。1.熱傳導由于物體內分子運動而將熱量由高溫部位傳遞到低溫部位,這種熱傳遞過程稱為熱傳導,簡稱導熱。設圖3-1為均質平板,面積為A,厚度為,板兩面溫度為由t1降到t2,若熱導率為,則單位時間通過平板的導熱量Q與A及溫差成正比,與板厚成反比,即3.2.1傳熱方式3.2傳熱方式與傳熱過程1.熱傳導式中Q導熱量(W);A導熱面積(m2);板厚(m);熱導率W/(mK),視 材料而不同。 t1、t2均質平板兩面溫 度(K);3.2.1傳熱方式3.2傳熱方式與傳熱過程2.熱對流熱對流是流體各部分之間發(fā)生相對運動而引起的熱量傳遞方式。對流發(fā)生在流體內部,流動著的流體和與其溫度不同的固體壁面接觸

5、時的熱交換運動,這種換熱稱為對流換熱;如果流體是在外力作用下而產(chǎn)生的換熱運動,這種對流換熱稱為強制對流換熱;如果無外力作用,僅由部分流體受熱膨脹密度減小產(chǎn)生浮力的流動換熱稱為自然對流換熱。Q=A(tw-tf)(3-6)q=(tw-tf)(3-7)3.2.1傳熱方式3.2傳熱方式與傳熱過程2.熱對流式中Q對流換熱量(W);q單位面積的對流換熱量(W/m2);tw、tf物體表面和流體的溫度(K);表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/(m2K)。)3.2.1傳熱方式3.2傳熱方式與傳熱過程3.熱輻射物體通過電磁波來傳遞熱量的方式稱熱輻射,它與導熱和對流換熱不同,熱輻射不需中間媒介,故可在真空中進行。黑體的輻射能在同溫度

6、物體中為最大,黑體單位時間內發(fā)出的輻射熱量與其熱力學溫度的4次方成正比。Q=RAT4(3-8)式中Q黑體輻射熱量(W); A輻射面積(m2);T黑體的熱力學溫度(K);R斯忒藩-玻耳茲曼常量,R=5.6710-8W/(m2K4)。3.2.1傳熱方式3.2傳熱方式與傳熱過程冬季,室外冷室內暖,室內熱量將通過墻壁傳遞至室外的冷空氣中,分析其過程為:1)室內熱空氣流體(t1)傳遞熱量Q于墻壁,此過程為對流作用。2)熱量Q通過壁厚由熱面(1)導熱于冷面(2),此過程為導熱作用。3)熱量Q從外墻壁散熱于冷空氣中(t2),此過程也是對流作用。3.2.2傳熱過程3.2傳熱方式與傳熱過程這種熱傳遞稱為傳熱過程

7、,如圖3-2所示。如墻壁面積為A,墻的熱導率為,墻內外的散熱和吸熱系數(shù)為1及2,則三個環(huán)節(jié)的熱傳遞量應相等,即3.2.2傳熱過程3.2傳熱方式與傳熱過程3.2.2傳熱過程式(3-13)中R為熱阻,其單位是m2K/W,類似于電工學中的電阻。從式(3-13)可以看出,各串聯(lián)的總熱阻等于各環(huán)節(jié)熱阻之和,用其可便于進行多層傳熱過程的計算。3.2傳熱方式與傳熱過程3.2.2傳熱過程3.2傳熱方式與傳熱過程1.水水在傳熱學中的有關性質如下:1)水的壓縮性很小,一般情況可視為不可壓縮體,但其膨脹卻不可忽視。2)水的比熱容為4.187kJ/(kgK),凝結熱為335kJ/kg,汽化熱為2260kJ/kg,熱容

8、量很大,因而常被用于供暖或冷卻的熱媒。3)水的沸點在標準大氣壓下為100,但其隨壓力的增加而提高,也隨含有溶解物質的增多而提高。水的冰點卻隨壓力3.2.3熱媒的性質3.2傳熱方式與傳熱過程1.水的增加而降低。4)水的密度和汽化熱隨溫度的升高而降低。5)水的黏滯性隨溫度的升高而降低,因而摩擦力相應也減小。6)水是優(yōu)質的溶劑。3.2.3熱媒的性質3.2傳熱方式與傳熱過程2.蒸汽蒸汽分為飽和蒸汽和過熱蒸汽。100的水稱為飽和水,100的蒸汽稱為飽和蒸汽,它含有一些霧狀的小水滴,這種蒸汽也稱為濕飽和蒸汽。若濕飽和蒸汽中再加熱便會成為干飽和蒸汽。將飽和蒸汽再加熱,并保持一定的壓力,便會形成過熱蒸汽。飽和

9、水再加熱轉化為飽和蒸汽,需要吸取汽化熱2260kJ/kg,凝結為飽和水時放出同樣的熱量。q=h1-h2(3-14)3.2.3熱媒的性質3.2傳熱方式與傳熱過程式中q1kg蒸汽凝結時的放熱量;h1進入散熱設備蒸汽的比焓;h2流出凝結水的比焓。當進入散熱設備的是飽和蒸汽,而流出散熱設備的是飽和水時,則上式為q=r(3-15)式中r汽化熱。蒸汽的比熱容比熱水大得多。蒸汽的狀態(tài)參數(shù)是表現(xiàn)其在熱力學特性方面的物理量,有溫度t、比熱容c或密度、壓力p、汽化熱r等。蒸汽的熱惰性較小。3.2.3熱媒的性質3.2傳熱方式與傳熱過程3.空氣空氣含有氮氣、氧氣及少量的二氧化碳和其他氣體,還含有少量的水蒸氣,其中氮氣和氧氣占總量的98%以上。不含水蒸氣