9-2穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱解析課件

1、2022/10/101、通過大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱9-2 通過平壁和圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一、導(dǎo)熱系數(shù)為常量(1)單層平壁一維(無限大平板或側(cè)邊絕熱)：穩(wěn)態(tài)：無內(nèi)熱源常物性：2022/10/91、通過大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱9-2 通過平2022/10/10積分：2022/10/9積分：2022/10/10平板內(nèi)的溫度分布：線性溫度分布：2022/10/9平板內(nèi)的溫度分布：線性溫度分布：2022/10/10穩(wěn)態(tài)：(2)通過多層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱2022/10/9穩(wěn)態(tài)：(2)通過多層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱2022/10/10總熱阻=串聯(lián)熱阻之和：對于n層平壁：2022/10/9總熱阻=串聯(lián)熱阻之和：對于n層平壁：2

2、022/10/10二、導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化平均導(dǎo)熱系數(shù)說明：對于變導(dǎo)熱系數(shù)的問題，可以用平均導(dǎo)熱系數(shù)代替，當(dāng)作定導(dǎo)熱系數(shù)的問題處理。2022/10/9二、導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化平均導(dǎo)熱系數(shù)說明：對2022/10/102.通過長圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱(1)單層圓筒壁常物性：穩(wěn)態(tài)：一維：采用圓柱坐標(biāo)，無限長圓筒壁，或兩端絕熱。熱流密度隨半徑的變化而變化。2022/10/92.通過長圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱(1)單層圓2022/10/10對于長度為L的一段圓筒壁，有：穩(wěn)態(tài)時(shí)，通過不同半徑的圓柱面的熱流量相同。2022/10/9對于長度為L的一段圓筒壁，有：穩(wěn)態(tài)時(shí)，通過2022/10/10圓筒壁內(nèi)的溫度分布：圓筒

3、壁的溫壓：圓筒壁的熱阻：2022/10/9圓筒壁內(nèi)的溫度分布：圓筒壁的溫壓：圓筒壁的2022/10/10(2)多層圓筒壁2022/10/9(2)多層圓筒壁2022/10/10例題1-平壁平壁厚150 mm，表面積4 m2，導(dǎo)熱系數(shù)40 W/(m. )，平壁表面溫度分別為600 和300 ，求穩(wěn)態(tài)情況下通過該平壁的導(dǎo)熱量。解：2022/10/9例題1-平壁平壁厚150 mm，表面積4 2022/10/10例題2-多層平壁兩層平壁，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，壁面溫度分別為600 、300 和100 ，高溫側(cè)平壁的厚度為150mm，導(dǎo)熱系數(shù)40 W/(m. )，低溫側(cè)平壁的厚度為200mm，求低溫側(cè)平壁的導(dǎo)熱系數(shù)。

4、解：2022/10/9例題2-多層平壁兩層平壁，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，壁面溫2022/10/10例題3-圓筒壁蒸汽管道，內(nèi)外直徑分別為200mm和275mm，內(nèi)壁面溫度500 ，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)50 W/(m. )，管外包裹兩層保溫材料，自內(nèi)向外，第一層厚度100mm，導(dǎo)熱系數(shù)0.05 W/(m. )，第二層厚度15mm，導(dǎo)熱系數(shù)0.14 W/(m. )，保溫層外表面溫度50 。忽略各層之間的導(dǎo)熱熱阻，求單位管長的熱損失以及各層之間的溫度。解：2022/10/9例題3-圓筒壁蒸汽管道，內(nèi)外直徑分別為202022/10/10例題3-圓筒壁熱流量：蒸汽管道外壁的溫度：第一層保溫層外表面的溫度：2022/10/9

5、例題3-圓筒壁熱流量：蒸汽管道外壁的溫度：2022/10/109-3.準(zhǔn)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱(等截面直肋)加裝肋片的目的： 增加換熱面積A，強(qiáng)化對流換熱。 幾種常見的肋片 2022/10/99-3.準(zhǔn)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱(等截面直肋)加裝肋2022/10/10金屬棒，從金屬壁面上伸出，周圍與流體接觸并換熱，平均對流換熱系數(shù)為h ，單位表面積的散熱量為：穩(wěn)態(tài)，一維，(當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)很大時(shí)，可以視為一維問題)：根部t=t0，外界t=tf。長度L，橫截面面積A，橫截面周長P。？：計(jì)算等截面直肋的散熱量和溫度分布。等截面直肋的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析2022/10/9金屬棒，從金屬壁面上伸出，周圍與流體接觸并2022/10/10

6、取微元段，穩(wěn)態(tài)時(shí)：進(jìn)入微元段能量=離開微元段的能量導(dǎo)入微元段能量：導(dǎo)出微元段的能量：散熱量：則：2022/10/9取微元段，穩(wěn)態(tài)時(shí)：導(dǎo)入微元段能量：導(dǎo)出微元2022/10/10代入得：方程通解：邊界條件：2022/10/9代入得：方程通解：邊界條件：2022/10/102022/10/92022/10/10肋片效率肋片效率：肋片的實(shí)際散熱量Q與假設(shè)整個(gè)肋片都具有肋基溫度時(shí)的理想散熱量Q0之比肋片的平均過余溫度肋片根部的過余溫度對于等截面直肋：2022/10/9肋片效率肋片效率：肋片的實(shí)際散熱量Q與假設(shè)2022/10/10影響肋片效率的主要因素：對于矩形肋片：mH越大，f 越小（1）肋片材料的熱

7、導(dǎo)率， ， f （2）肋片高度H， H ， f （3）肋片厚度， ， f （4）肋片與周圍流體間對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h ， h ， 2022/10/9影響肋片效率的主要因素：對于矩形肋片：mH2022/10/10考察有導(dǎo)熱、對流換熱兩個(gè)環(huán)節(jié)的平板穩(wěn)態(tài)傳熱。導(dǎo)體內(nèi)的溫度差為tc-t，對流換熱的溫壓為t-tf，則：稱為畢渥準(zhǔn)則，表示導(dǎo)熱溫壓和對流換熱溫壓之比，或?qū)釤嶙枧c對流換熱熱阻之比。圓柱棒：平板，雙面換熱：當(dāng) 時(shí)，可以忽略導(dǎo)體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻。忽略徑向溫度變化的條件2022/10/9考察有導(dǎo)熱、對流換熱兩個(gè)環(huán)節(jié)的平板穩(wěn)態(tài)傳熱2022/10/10接觸熱阻 由于固體表面之間不能完全接觸而對兩個(gè)固

8、體間的導(dǎo)熱過程產(chǎn)生的熱阻稱為接觸熱阻， 用Rc表示。 由于存在接觸熱阻，使兩個(gè)接觸表面之間出現(xiàn)溫差 影響接觸熱阻的主要因素： 減小接觸熱阻的措施：拋光、加壓、添加薄膜等。相互接觸的物體表面的粗糙度；相互接觸的物體表面的硬度； 相互接觸的物體表面之間的壓力等。2022/10/9接觸熱阻 由于固體表面之間不能完全接2022/10/109-4.具有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱問題：大平壁厚2，兩側(cè)流體的溫度tf，并保持不變。流體與壁面之間的對流換熱系數(shù)為h，平板具有均勻的內(nèi)熱源qv。 常物性、一維、穩(wěn)態(tài)、有內(nèi)熱源問題。數(shù)學(xué)模型：積分：2022/10/99-4.具有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱問題：大平壁厚22022/10/10代入邊界條件：平壁內(nèi)的溫度分布：x處的熱流密度：如果是第一類邊界條件，并且壁溫恒定為tw，相當(dāng)于h，twtf 的情形：2022/10/9代入邊界條件：平壁內(nèi)的溫度分布：x處的熱流2022/10/10例題核反應(yīng)堆燃料元件簡化模型：三層平壁，中間核燃料層，有內(nèi)熱源。兩側(cè)鋁板，無內(nèi)熱源。鋁板內(nèi)側(cè)與核燃料接觸良好，外測受常溫高壓輕水冷卻。對稱，只研究半個(gè)平