21传热学概述分析

材料工程基础多媒体课件1第三章传热学第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节热辐射第五节传热过程与换热器材料工程基础多媒体课件2第三章传热学传热学是研究热量传递规律的学科，其基础为热力学第一定律和热力学第二定律。材料工程基础多媒体课件3第三章传热学—第一节概述1.稳态传热过程（定常过程）凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递过程均称稳态传热过程。2.非稳态传热过程（非定常过程）各种热力设备在持续不变的工况下运行时的热传递过程属稳态传热过程；而在启动、停机、工况改变时的传热过程则属非稳态传热过程。一、热量传递过程材料工程基础多媒体课件4二、传热过程的应用ApplicationofProcessofHeatTransfer第三章传热学—第一节概述物料的加热和冷却热量和冷量的回收利用设备与管路的保温材料工程基础多媒体课件5二、传热过程的应用ApplicationofProcessofHeatTransfer第三章传热学—第一节概述日常生活中的例子：A夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？B北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，如何解释其道理？C为何要晒被子？材料工程基础多媒体课件6二、传热过程的应用第三章传热学—第一节概述在材料技术领域大量存在传热问题材料工程基础多媒体课件7二、传热过程的应用第三章传热学—第一节概述在材料技术领域存在节能问题材料工程基础多媒体课件8第三章传热学—第一节概述热传导对流热辐射三、热量传递的基本方式BasicHeatTransferProcesses材料工程基础多媒体课件9第三章传热学—第一节概述1.热传导（导热）定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称导热。三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件10第三章传热学—第一节概述1.热传导（导热）导热机理：–气体－分子不规则运动时相互碰撞；–导电固体－自由电子；–非导电固体－晶格振动产生的弹性波；–液体－兼有气体和非导电固体的机理三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件11第三章传热学—第一节概述1.热传导（导热）傅立叶定律（1822年，法国物理学家）式中λ为热导率，又称导热系数，负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反，上式是一维稳态导热时傅立叶定律的数学表达式。三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件12第三章传热学—第一节概述1.热传导（导热）导热系数λ表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，与材料的种类和温度有关，单位：w/m·k。三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件13第三章传热学—第一节概述2.对流换热对流概念：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件14第三章传热学—第一节概述2.对流换热对流换热概念：流体流过一个物体表面时的热量传递过程，称为对流换热。区别概念：热对流和对流换热对流换热包括热对流和导热三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件15第三章传热学—第一节概述2.对流换热对流换热的基本规律牛顿冷却公式流体被加热时：流体被冷却时：三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件16第三章传热学—第一节概述2.对流换热ｈ—比例系数（表面传热系数）ｈ的物理意义：单位温差作用下通过单位面积的热流量。表面传热系数的大小与传热过程中的许多因素有关。它不仅取决于物体的物性、换热表面的形状、大小相对位置，而且与流体的流速、换热有无相变有关。三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件17第三章传热学—第一节概述3.热辐射1）辐射和热辐射物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件18第三章传热学—第一节概述3.热辐射2）辐射换热辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递称辐射换热。3）热辐射的基本规律玻耳兹曼(StefanBoltzmann)定律三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件19第三章传热学—第一节概述4.导热、对流、辐射的评述①导热、对流两种热量传递方式，只在有物质存在的条件下，才能实现，而热辐射不需中间介质，可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。②在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件20第三章传热学—第一节概述4.导热、对流、辐射的评述③辐射换热是一种双向热流同时存在的换热过程，即不仅高温物体向低温物体辐射热能，而且低温物体向高温物体辐射热能。④辐射换热不需要中间介质，在真空中即可进行，而且在真空中辐射能的传递最有效。因此，又称其为非接触性传热。三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件21第三章传热学—第一节概述4.导热、对流、辐射的评述⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏观表象。⑥物体的辐射能力与其温度性质有关。这是热辐射区别于导热，对流的基本特点三、热量传递的基本方式材料工程基础多媒体课件22第三章传热学—第一节概述四、两流体通过间壁换热与传热速率方程式间壁式换热器Regenerator冷流体t1t2热流体T1T2热流体T1T2冷流体t1t2材料工程基础多媒体课件23第三章传热学—第一节概述材料工程基础多媒体课件24第三章传热学—第一节概述RateofheattransferQorrateofheatflowQ(传热速率或热流量)Steady-stateheattransferandundteady-stateheattransfer（稳定传热和非稳定传热）Densityofheatflowrateq（热流密度）非稳态传热,,,,,zyxftqQ稳态传热zyxftqQ,,,,0t材料工程基础多媒体课件25第三章传热学—第一节概述用于加热或冷却物料的流体称为载热体，其中起加热作用的叫加热剂，起冷却作用的叫冷却剂。规定：冷流体温度用t表示，热流体温度用T表示，下标1，2分别代表进口与出口参数，qm1，qm2分别表示热流体、冷流体的质量流量T2T1t1t2Ttdl套管换热器示意HeatTransferProcessThroughtheWallSeparatingtheTwoFluids（两流体通过间壁传热过程）材料工程基础多媒体课件26第三章传热学—第一节概述冷流体管壁外侧管壁外侧管壁内侧管壁内侧热流体对流热传导对流)()()(321)3()2()1(QQQt2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体材料工程基础多媒体课件27第三章传热学—第一节概述EquationofHeatTransferRate(传热速率方程)传热系数ｋ概念：是指用来表征传热过程强烈程度的指标。它等于冷热流体间温差℃，传热面积时热流量的值。影响因素：①参与传热过程的两种流体的种类；②传热过程是否有相变。mtKAQ总传热速率方程（传热基本方程）材料工程基础多媒体课件28第三章传热学—第一节概述式中为传热过程总热阻，等于每个热阻之和。mTtQAREquationofHeatTransferRate(传热速率方程)TRTf2Tw2Tw1Tf11/h1δ/λ1/h21211TRhh