第四章熱量傳遞基礎(chǔ)

第四章熱量傳遞基礎(chǔ)第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四章

熱量傳遞基礎(chǔ)§4.1概述第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五§4.2熱傳導(dǎo)§4.2.1傅立葉定律一、基本概念

第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五負(fù)號(hào)表示q與溫度梯度方向相反稱為導(dǎo)熱系數(shù),單位為W/(mK)

§4.2.1傅立葉定律物性之一：與物質(zhì)種類、熱力學(xué)狀態(tài)（T、P）有關(guān)物理含義：代表單位溫度梯度下的熱通量大小，故物質(zhì)的越大，導(dǎo)熱性能越好。

一般地，導(dǎo)電固體>非導(dǎo)電固體，液體>氣體T，氣體，水，其它液體的

。二、傅立葉定律

第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五§4.2.2導(dǎo)熱微分方程第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五即§4.2.2導(dǎo)熱微分方程第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五若為常數(shù)，則：定解條件：§4.2.2導(dǎo)熱微分方程第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五由以上方程和邊界條件、初始條件可數(shù)值求解溫度場(chǎng)。但是，下面我們將重新從熱量衡算出發(fā)求解一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題。*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)時(shí)

第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、無(wú)限大單層平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源）-------可見(jiàn)溫度分布為直線若為常數(shù)，則：*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----薄殼衡算法第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、無(wú)限大多層平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源）*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----薄殼衡算法第十頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五思考1：若上述平壁的右側(cè)與環(huán)境進(jìn)行對(duì)流傳熱，設(shè)環(huán)境溫

度為t0、對(duì)流傳熱系數(shù)為，則傳熱量表達(dá)式如何？*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----薄殼衡算法第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、無(wú)限長(zhǎng)單層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源）若為常數(shù)，則：--------可見(jiàn)溫度分布為對(duì)數(shù)關(guān)系*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----薄殼衡算法第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----薄殼衡算法第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五Q=常數(shù)，但

q常數(shù)四、無(wú)限長(zhǎng)多層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無(wú)內(nèi)熱源）*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----薄殼衡算法第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----薄殼衡算法思考：保溫層越厚，保溫效果越好嗎？第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----薄殼衡算法五、保溫層的臨界厚度第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五影響因素：接觸材料的種類及硬度，接觸面的粗糙程度，接觸面的壓緊力，空隙內(nèi)的流體性質(zhì)。接觸熱阻一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定或憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----薄殼衡算法六、接觸熱阻第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五§4.3對(duì)流傳熱

§4.3.1理論分析法求

§4.3.2實(shí)驗(yàn)方法求

§4.3.3類比法求對(duì)流傳熱系數(shù)小結(jié)的數(shù)量級(jí)幻燈片2目錄第四章熱量傳遞基礎(chǔ)第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五§4.3對(duì)流傳熱什么是對(duì)流傳熱？流動(dòng)的流體與外界的傳熱靜止流體與外界的傳熱強(qiáng)制對(duì)流自然對(duì)流對(duì)流傳熱系數(shù)，W/m2K

邊界層是對(duì)流傳熱的主要熱阻所在。ttwQ第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五的獲得主要有四種方法：§4.3對(duì)流傳熱1．理論分析法：2．實(shí)驗(yàn)方法*

：3．類比方法：用因次分析法、再結(jié)合實(shí)驗(yàn)，建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。把理論上比較成熟的動(dòng)量傳遞的研究成果類比到熱量傳遞過(guò)程。4.數(shù)值法建立理論方程式，用數(shù)學(xué)分析的方法求出的精確解或數(shù)值解。這種方法目前只適用于一些幾何條件簡(jiǎn)單的幾個(gè)傳熱過(guò)程，如管內(nèi)層流、平板上層流等。第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五連續(xù)性方程和N-S方程，得到速度場(chǎng)壁面處的速度梯度壁面力§4.3.1理論分析法求回憶：第一章范寧因子f的理論求解過(guò)程：第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五引入：阻力系數(shù)（又稱范寧因子）引入：摩擦因數(shù)1．圓管內(nèi)的穩(wěn)定層流第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五的理論求解過(guò)程為：邊界層是對(duì)流傳熱的主要熱阻所在?！?.3.1理論分析法求第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五影響的因素主要有：

1.引起流動(dòng)的原因：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流2.流動(dòng)型態(tài)：層流或湍流3.流體的性質(zhì)：、、cp、等4.傳熱面的形狀、大小、位置：如圓管與平板、垂直與水平、管內(nèi)與管外等5.有相變與無(wú)相變：cp或汽化潛熱r§4.3.2實(shí)驗(yàn)方法求

因次分析法：

第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五------格垃霍夫準(zhǔn)數(shù)Gr是雷諾數(shù)的一種變形，表征自然對(duì)流時(shí)的“雷諾數(shù)”無(wú)因次數(shù)群：-----努塞特準(zhǔn)數(shù)，表示導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流熱阻之比§4.3.2實(shí)驗(yàn)方法求

-----普蘭特準(zhǔn)數(shù)，反映物性的影響。

一般，氣體的Pr<1，液體的Pr>1

----導(dǎo)溫系數(shù)(SeealsoP192)第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五故§4.3.2實(shí)驗(yàn)方法求

第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五對(duì)流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式:（一）

無(wú)相變時(shí)當(dāng)Gr>25000，需考慮自然對(duì)流對(duì)傳熱的影響，需乘上一個(gè)大于1的校正系數(shù)：§4.3.2實(shí)驗(yàn)方法求

1、管內(nèi)層流時(shí)

Nu=1.86Re1/3Pr1/3(d/l)1/3（μ/μw）0.14見(jiàn)教材P198頁(yè)式（4-78）使用范圍為：

管子的進(jìn)口段，恒壁溫、Re<2300、0.48<Pr<16700，Gr<25000（自然對(duì)流影響可以忽略），溫差（壁溫與流體主體溫度之差）不大。第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（書P195式4-73）（一）

無(wú)相變時(shí)第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五Why？因?yàn)椋汗軆?nèi)未充分發(fā)展，層流底層較薄，熱阻較小。

若使用條件不滿足上述條件時(shí)，需修正：

（1）對(duì)于短管，L/d<60乘上一個(gè)大于1的校正系數(shù)：用式（4-75）（2）當(dāng)壁面與流體主體溫差較大時(shí):Nu=0.027Re0.8Pr1/3（μ/μw）0.14教材式4-74（3）非圓形管的強(qiáng)制湍流：上式仍可使用，但需將d換成de（4）彎管內(nèi)：乘上一個(gè)大于1的校正系數(shù)：α’=[1+1.77（d/R)]α

式4-80（一）

無(wú)相變時(shí)第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（3）流體在管殼間的對(duì)流傳熱：式4－84IIIIII3、管外的強(qiáng)制對(duì)流傳熱（1）流體橫向流過(guò)單管傳熱：見(jiàn)圖4－23（2）流體橫向流經(jīng)管束（管簇）的傳熱：式4－82，83（一）

無(wú)相變時(shí)第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五C、n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。4、自然對(duì)流

（一）

無(wú)相變時(shí)式4-87a第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五§4.3.2實(shí)驗(yàn)方法求

豎直壁面：層流：湍流：水平圓管外：層流：1、冷凝傳熱

P207式4-89P208式4-95P208式4-96第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五水平管束：膜狀冷凝傳熱的強(qiáng)化：減薄冷凝液液膜厚度；選擇正確的蒸汽流動(dòng)方向；在傳熱面上垂直方向上刻槽或安裝若干條金屬絲等。第一排的與單管相似，第二排的比第一排小，第三排的比第二排小，……若干排后，基本上不變。平均比單排的小。

（二）有相變時(shí)

第三十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象的必要條件：

液體過(guò)熱、