传热学总复习ppt课件

传传 热热 学学建筑环境与热能工程系建筑环境与热能工程系热动教研室热动教研室传热学建筑环境与热能工程系1总总 复复 习习总复习2一、基本内容一、基本内容 1 1、导热导热2 2、对流对流3 3、辐射辐射4 4、传热过程分析与换热器计算传热过程分析与换热器计算绪论绪论一、基本内容绪论31 1、基本概念基本概念导热系数、导温系数导热系数、导温系数(热扩散系数热扩散系数)、温度场温度场、稳态与非、稳态与非稳态换热、等温线、初始条件、三类边界条件及其数学稳态换热、等温线、初始条件、三类边界条件及其数学表达式、表达式、热阻热阻热阻热阻、接触热阻。、接触热阻。2 2、基本定律、基本定律傅里叶定律：傅里叶定律：导热微分方程：导热微分方程：稳态导热稳态导热1、基本概念2、基本定律稳态导热43 3、计算计算 （1 1）平壁：）平壁：(2)(2)圆筒壁：圆筒壁：(3)(3)肋效率：肋效率：实际散热量实际散热量/假设整个肋表面处于肋基温度下假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量的散热量 3、计算(2)圆筒壁：(3)肋效率：实际散热量/假5(4)(4)等截面直肋（肋端绝热）等截面直肋（肋端绝热）=0ch(m(x-H)/ch(mH),(4)等截面直肋（肋端绝热）=0ch(m(x-H)6三、非稳态导热三、非稳态导热 1 1、基本概念基本概念毕渥准则数毕渥准则数（BiBi、BiBiv v）、）、傅立叶数傅立叶数（Fo Fo、FoFov v）、）、时间常数、时间常数、集总参数法及其使用条件集总参数法及其使用条件、诺谟图。、诺谟图。2 2、理论理论（1 1）一维、二维、三维非稳态导热问题的完整数学）一维、二维、三维非稳态导热问题的完整数学描述：方程边界条件初始条件描述：方程边界条件初始条件（2 2）BiBi 0 0 时，非稳态导热问题的完整数学描述时，非稳态导热问题的完整数学描述（集总参数法）（集总参数法）三、非稳态导热73 3、计算计算（1 1）集总参数法集总参数法（BiBi 0.1)0.1)4 4、分析：各种情况下非稳态温度分布的定性描分析：各种情况下非稳态温度分布的定性描述述 (2)(2)采用诺谟图采用诺谟图3、计算4、分析：各种情况下非稳态温度分布的定性描述8四、四、对流传热与相变传热对流传热与相变传热 1 1、基本概念基本概念边界层（层流、紊流、层流底层）、边界层（层流、紊流、层流底层）、温度边界层温度边界层温度边界层温度边界层、PrPr、ReRe、GrGr的物理概念、的物理概念、定性温度，定性尺度，定性温度，定性尺度，管内层流入口效应和定型段（充分发展），管内层流入口效应和定型段（充分发展），管长修正管长修正，温度修正，弯管修正，温度修正，弯管修正，膜状凝结，珠状凝结，过冷沸腾，饱和沸腾，核态沸膜状凝结，珠状凝结，过冷沸腾，饱和沸腾，核态沸腾，膜状沸腾，沸腾换热临界热流密度，烧毁点，大腾，膜状沸腾，沸腾换热临界热流密度，烧毁点，大容器沸腾换热曲线。容器沸腾换热曲线。四、对流传热与相变传热92 2、理论理论（1 1）对流换热的数学描写对流换热的数学描写动量方程（动量方程（2 2个）、能量方程、连续性方程、个）、能量方程、连续性方程、换热方程、边界条件换热方程、边界条件（2 2）边界层微分方程组及其边界层微分方程组及其求解求解（3 3）相似原理相似原理 什么是同类现象？什么是同类现象？2、理论103 3、计算计算（1 1）管槽内强制对流管槽内强制对流：（注意考虑各种修正）（注意考虑各种修正）（2 2）横掠单管和管束横掠单管和管束:（3 3）自然对流传热自然对流传热:注意：应用时注意各实验关联式的的应用范围，注意：应用时注意各实验关联式的的应用范围，特征尺寸和定性温度的确定。特征尺寸和定性温度的确定。3、计算（2）横掠单管和管束:（3）自然对流114 4、分析分析（1 1）影响对流换热系数的因素）影响对流换热系数的因素（2 2）根据边界层画出各类对流换热局部对流换热）根据边界层画出各类对流换热局部对流换热系数曲线系数曲线（3 3）管内强制对流进行管长、弯管及其温度修正）管内强制对流进行管长、弯管及其温度修正的原因的原因（4 4）自然对流换热中换热的特点自然对流换热中换热的特点（5 5）珠状凝结换热为何强于膜态凝结珠状凝结换热为何强于膜态凝结（6 6）膜状凝结中横管与竖管的膜状凝结中横管与竖管的h h的大小的大小（7 7）大容器饱和沸腾曲线大容器饱和沸腾曲线4、分析12五、五、辐射换热辐射换热 1 1、概念概念黑体、灰体、黑体、灰体、发射率、光谱发射率、定向发射率、发射率、光谱发射率、定向发射率、吸收率（比）、光谱吸收率（比）、吸收率（比）、光谱吸收率（比）、反射率、透射率、镜反射、漫反射、反射率、透射率、镜反射、漫反射、辐射力辐射力、光谱辐射力、光谱辐射力、有效辐射有效辐射有效辐射有效辐射、投入辐射投入辐射辐射强度、定向辐射强度、辐射强度、定向辐射强度、角角系系数数及及其其性性质质、表表面面热热阻阻、空空间间热热阻阻、重重辐辐射表面、复合换热。射表面、复合换热。五、辐射换热132 2、理论理论普普朗朗克克定定律律:维维 恩恩 位位 移移 定定 律律:斯斯蒂蒂芬芬玻玻尔尔兹兹曼曼定定律律（四四 次次 方方 定定 律律）:兰贝特定律兰贝特定律:基尔霍夫定律基尔霍夫定律:，2、理论，143 3、计算计算(1)(1)角系数角系数（2）A A：代数法：代数法相对性相对性完整性完整性可加性可加性B B：积分法：积分法C C：查图表：查图表3、计算(1)角系数（2）A：代数法相对性B：积分法C：15（2 2）两表面封闭体系的辐射换热量）两表面封闭体系的辐射换热量几种特殊形式：几种特殊形式：A A：表面：表面1 1为平面或凸面为平面或凸面A A：两表面面积相差很小：两表面面积相差很小A A：表面：表面2 2比比1 1大得多大得多（2）两表面封闭体系的辐射换热量几种特殊形式：A：表面1为平16（3 3）多表面系统的辐射传热）多表面系统的辐射传热应用网络法进行求解应用网络法进行求解（3）多表面系统的辐射传热应用网络法进行求解174 4、分析分析（1 1）辐射特点（与对流和导热相比）辐射特点（与对流和导热相比）（2 2）黑黑体体与与黑黑色色物物体体、白白体体与与白白色色物物体体的的区区别别（3 3）基尔霍夫定律的条件）基尔霍夫定律的条件（4 4）减少辐射换热的方法）减少辐射换热的方法 （5 5）遮热板（罩）的原理及应用）遮热板（罩）的原理及应用4、分析18六、六、传热与换热器传热与换热器 1 1、概念、概念传传热热系系数数、辐辐射射换换热热表表面面传传热热系系数数、复复合合换换热热表表面面传传热系数、临界绝缘直径、肋面总效率、肋化系数热系数、临界绝缘直径、肋面总效率、肋化系数换热器的效能换热器的效能、传热单元数、强化换热的原则。、传热单元数、强化换热的原则。换热器计算类型：设计计算、校核计算换热器计算类型：设计计算、校核计算换热器计算方法：换热器计算方法：平均温差法、效能传热单元数法平均温差法、效能传热单元数法六、传热与换热器192 2、计算、计算（1 1）传热系数）传热系数平壁平壁圆筒壁圆筒壁（2 2）临界绝缘直径）临界绝缘直径（3 3）平均对数温差）平均对数温差（4 4）换热器计算）换热器计算2、计算（1）传热系数平壁（2）临界绝缘直径（3）平均对数温203 3、定性分析定性分析（1 1）常见强化传热措施）常见强化传热措施（2 2）各种流型的比较）各种流型的比较（a a）（b b）逆流壁温高于顺流壁温；逆流壁温高于顺流壁温；（c c）q qm1m1c c1 1与与q qm2m2c c2 2 之之一一为为无无穷穷大大(如如有有一一侧侧凝凝结结或沸腾或沸腾)3、定性分析21习题习题1 1：（稳态导热：（稳态导热多层平壁稳态导热）多层平壁稳态导热）锅锅炉炉炉炉墙墙由由三三层层平平壁壁组组成成，内内层层是是耐耐火火砖砖层层；外外层层是是红红砖砖层层；两两层层中中间间填填以以石石棉棉隔隔热热层层。炉炉墙墙内内侧侧 烟烟 气气 温温 度度 ，烟烟 气气 侧侧 ；锅锅 炉炉 炉炉 墙墙 外外 空空 气气 ，空空 气气 侧侧 。试试求求通通过过该该炉炉墙墙的的热热损损失失？炉炉墙墙内内表表面面的的温度？温度？习题1：（稳态导热多层平壁稳态导热）22炉炉墙墙单单位位面面积积的的热热损损失失，即即通通过过平平壁壁传传热热过过程程的的热流通量热流通量炉墙单位面积的热损失，即通过平壁传热过程的热流通量23习题习题2 2：（非稳态导热：（非稳态导热集总参数法）集总参数法）将将初初始始温温度度为为400400，重重量量为为40g40g的的铝铝球球突突然然抛抛入入1515的的空空气气中中。已已知知对对流流换换热热表表面面传传热热系系数数h=40 h=40 W/mW/m2 2KK，铝铝的的物物性性参参数数为为=2700kg/m=2700kg/m3 3，c=0.9 c=0.9 kJ/kgKkJ/kgK，=240W/mK=240W/mK。试试用用集集总总参参数数法法确确定定该该铝铝球球由由400400降降至至100100所所需需的的时时间间。（忽忽略略辐辐射换热）射换热）习题2：（非稳态导热集总参数法）24可以用集总参数法来求解：可以用集总参数法来求解：可以用集总参数法来求解：252 2、初初温温为为100100的的热热水水，流流经经内内径径为为16mm16mm、壁壁厚厚为为1mm1mm的的管管子子，出出口口温温度度为为8080；与与管管外外冷冷水水的的总总换换热热量量为为350kW350kW，试试计计算算管管内内平平均均换换热热系系数数。（1010分）分）准则方程：准则方程：水的物性简表水的物性简表：204.183998.259.910041.0067.02804.195971.867.4355.10.3652.21904.208965.368.0314.90.3261.951004.220958.468.3282.50.2951.752、初温为100的热水，流经内径为16mm、壁厚为1mm的26解：解：解：27有有一一水水平平管管道道直直径径为为200mm200mm，分分别别包包有有=0.04W/mK=0.04W/mK，和和=0.05=0.05 W/mKW/mK的的保保温温材材料料，厚厚度度分分别别为为20mm20mm和和30mm30mm，管管内内流流有有5050的的空空气气，流流速速为为10m/s10m/s，管管外外大大气气温温度度为为1010。（管管道厚度很薄，可以忽略不计）道厚度很薄，可以忽略不计）求：求：1.1.管内的对流换热管内的对流换热表面传热系数表面传热系数。2.2.管外的对流换热管外的对流换热表面传热系数。表面传热系数。3.3.每米管道的传热热阻和传热系数。每米管道的传热热阻和传热系数。4.4.每小时每米管道散热量。每小时每米管道散热量。备注：备注：1.1.管内流动的对流换热实验关联式管内流动的对流换热实验关联式:2.2.管外横掠的对流换热实验关联式管外横掠的对流换热实验关联式:3.3.管外自然对流换热实验关联式管外自然对流换热实验关联式:（注注：此此关关联联式式中中定定性性温温度度取取管管外外流流体体温温度度，GrGr中中的的t=5t=5，其中体积膨胀系数可以按管外为理想气体计算）其中体积膨胀系数可以按管外为理想气体计算）有一水平管道直径为200mm，分别包有=0.04W/mK，28tkg/m3CpkJ/kg.K*W/m.K*Pr101.251.02.514.00.7201.201.02.615.00.7251.181.02.615.50.7401.101.02.817.00.7501.101.02.818.00.7空气的热物性空气的热物性 tCp*Pr101.251.02.514.00.291 1.管内的对流换热系数。管内的对流换热系数。解：管内流动的准则关联式解：管内流动的准则关联式1.管内的对流换热系数。302.2.管外的对流换热系数。管外的对流换热系数。解：管外自然对流准则关联式解：管外自然对流准则关联式 ，2.管外的对流换热系数。313.3.每米管道的传热热阻和传热系数。每米管道的传热热阻和传热系数。4.4.每小时每米管道散热量。每小时每米管道散热量。3.每米管道的传热热阻和传热系数。4.每小时每米管道散热量32第五章第五章 习题习题 温度为温度为50 50，压力为，压力为1.0131.01310105 5PaPa，平行掠过一块表，平行掠过一块表面温度为面温度为100 100 的平板上表面，平板下表面绝热。平板的平板上表面，平板下表面绝热。平板沿流动方向长度为沿流动方向长度为0.2m0.2m，宽度为，宽度为0.1m0.1m，按照平板计算的，按照平板计算的雷诺数为雷诺数为4 410104 4。试确定：试确定：（1 1）平板表面与空气间的表面传热系数和传热量；）平板表面与空气间的表面传热系数和传热量；（2 2）若空气流速增加一倍，压力增加到）若空气流速增加一倍，压力增加到10.1310.1310105 5PaPa，平板表面与空气间的表面传热系数和传热量；平板表面与空气间的表面传热系数和传热量；第五章习题温度为50，压力为1.013105P33传热学总复习ppt课件34传热学总复习ppt课件35【6-16-1】在一台缩小成为实物】在一台缩小成为实物1/81/8的模型中，用的模型中，用2020的空的空气来模拟实物中平均温度为气来模拟实物中平均温度为200200空气的加热过程。实物空气的加热过程。实物中空气的平均流速为中空气的平均流速为6.03m/s6.03m/s。模型中。模型中h=195W/(mh=195W/(m2 2K)K)。【求】模型中的流速应为若干？实物中的【求】模型中的流速应为若干？实物中的h=h=？。在这一？。在这一实验中，模型与实物中流体的实验中，模型与实物中流体的PrPr并不严格相等，你认为并不严格相等，你认为这样的模化实验有无实用价值？这样的模化实验有无实用价值？第六章习题第六章习题【6-1】在一台缩小成为实物1/8的模型中，用20的空气来36【解】依据相似理论中判断相似的条件，模型中的流速【解】依据相似理论中判断相似的条件，模型中的流速应保证实物与模型中的对流换热现象相似，即：应保证实物与模型中的对流换热现象相似，即：依据相似理论相似性质，相似现象的同名准则数必定相依据相似理论相似性质，相似现象的同名准则数必定相等，即等，即：空气的空气的PrPr数随温度变化较小，可以忽略，这样的模化实数随温度变化较小，可以忽略，这样的模化实验具有很大的实用价值验具有很大的实用价值。【解】依据相似理论中判断相似的条件，模型中的流速应保证实物与37【6-86-8】一常物性的流体同时流过温度与之不同的两根直管】一常物性的流体同时流过温度与之不同的两根直管1 1与与2 2，且，且d d1 1=2d=2d2 2，流动与换热均已处于紊流充分发展区域。，流动与换热均已处于紊流充分发展区域。试确定在下列两种情形下两管内平均表面传热系数的相对试确定在下列两种情形下两管内平均表面传热系数的相对大小：大小：1 1）流体以同样流速流过两管；）流体以同样流速流过两管；2 2）流体以同样的质）流体以同样的质量流量流过两管。量流量流过两管。解：设流体是被加热的解：设流体是被加热的h【6-8】一常物性的流体同时流过温度与之不同的两根直管1与238当流体被冷却时，因当流体被冷却时，因PrPr不进入不进入h h对比的表达式，所以上述对比的表达式，所以上述各式仍有效。各式仍有效。对第一种情形，对第一种情形，u u1 1=u=u2 2，d d1 1=2d=2d2 2，则，则当流体被冷却时，因Pr不进入h对比的表达式，所以上述各式仍有39【6-346-34】一个优秀的马拉松长跑运动员可以在】一个优秀的马拉松长跑运动员可以在2.5h 2.5h 内跑内跑完全程（完全程（41842.8m41842.8m）。为了估计他在跑步过程中的散热）。为了估计他在跑步过程中的散热损失，可以做这样简化：把人体看成高损失，可以做这样简化：把人体看成高1.75m1.75m，直径为，直径为0.35m 0.35m 的圆柱体，皮肤温度为柱体表面问题，取为的圆柱体，皮肤温度为柱体表面问题，取为3131；空气是静止的，温度为；空气是静止的，温度为1515，不计柱体两端面的散热，不计柱体两端面的散热，试据此估算一个马拉松长跑运动员跑完全程后的散热量试据此估算一个马拉松长跑运动员跑完全程后的散热量（不计出汗散热部分）。（不计出汗散热部分）。【6-34】一个优秀的马拉松长跑运动员可以在2.5h内跑完40【解】【解】h【解】h41【6-376-37】如图所示，一股冷空气横向吹过一组圆形截面的直】如图所示，一股冷空气横向吹过一组圆形截面的直肋。已知：最小截面处的空气流速为肋。已知：最小截面处的空气流速为3.8m/s3.8m/s，气流速度，气流速度tf=35tf=35；肋片的平均表面温度为；肋片的平均表面温度为6565，导热系数为，导热系数为98 98 w/mw/m，肋根温度维持定值；，肋根温度维持定值；s s1 1/d/d1 1=s=s2 2/d/d2 2=2=2，d=10mmd=10mm。为。为有效的利用金属，规定肋片的有效的利用金属，规定肋片的mHmH不应大于不应大于1.51.5，使计算此时，使计算此时肋片应多高？在流动方向上排数大于肋片应多高？在流动方向上排数大于1010。【6-37】如图所示，一股冷空气横向吹过一组圆形截面的直肋。42【解】采用外掠管束的公式来计算肋束与气流的对流换热。【解】采用外掠管束的公式来计算肋束与气流的对流换热。定性温度定性温度t tm m=(35+65)/2=50,=(35+65)/2=50,查表得物性参数为：查表得物性参数为：=0.0283w/m=0.0283w/m，v=17.9510v=17.9510-6-6m m2 2/s/s则则Re=3.80.01/(17.9510-6)=2117Re=3.80.01/(17.9510-6)=2117【解】采用外掠管束的公式来计算肋束与气流的对流换热。43【6-436-43】假设把人体简化成直径为】假设把人体简化成直径为30cm30cm，高，高1.75m 1.75m 的等温的等温竖圆柱，其表面温度比人体体内的正常温度低竖圆柱，其表面温度比人体体内的正常温度低22，试计算，试计算该模型位于静止空气中时的自然对流散热量，并与人体每该模型位于静止空气中时的自然对流散热量，并与人体每天平均摄入热量（天平均摄入热量（5440kJ5440kJ）作比较。圆柱两端面散热不予）作比较。圆柱两端面散热不予考虑，人体正常体温按考虑，人体正常体温按3737计算，环境温度为计算，环境温度为2525。此值与每天的平均摄此值与每天的平均摄入热量相接近，实际入热量相接近，实际上由于人体穿了衣服，上由于人体穿了衣服，自然对流散热量要小自然对流散热量要小于此值。于此值。【6-43】假设把人体简化成直径为30cm，高1.75m的44【6-526-52】一水平封闭夹层，其上、下表面的间距为】一水平封闭夹层，其上、下表面的间距为=14mm=14mm，夹层内是压力为夹层内是压力为1.013105Pa 1.013105Pa 的空气。设一表面的温度为的空气。设一表面的温度为9090，另一表面温度为，另一表面温度为3030。试计算当热表面在冷表面之上。试计算当热表面在冷表面之上及冷表面之下两种情形时，通过单位面积夹层的传热量。及冷表面之下两种情形时，通过单位面积夹层的传热量。（6-47）【6-52】一水平封闭夹层，其上、下表面的间距为=14mm45第第9章习题章习题【9-239-23】两块平行放置的平板的表面发射率均为】两块平行放置的平板的表面发射率均为0.80.8，温，温度分别为度分别为t t1 1527527及及t t2 22727，板间距远小于板的宽度与，板间距远小于板的宽度与高度。试计算：高度。试计算：(1)(1)板板1 1的本身辐射；的本身辐射；(2)(2)对板对板1 1的投入辐射；的投入辐射；(3)(3)板板1 1的反射辐射；的反射辐射；(4)(4)板板1 1的有效辐射；的有效辐射；(5)(5)板板2 2的有效辐的有效辐射；射；(6)(6)板板1 1、2 2间的辐射换热量。间的辐射换热量。解：由于两板间距极小，可视为两无限大平壁间的辐射解：由于两板间距极小，可视为两无限大平壁间的辐射换热，辐射换热热阻网络如图所示。换热，辐射换热热阻网络如图所示。第9章习题【9-23】两块平行放置的平板的表面发射率均为0.46，对板对板1的投入辐射即为板的投入辐射即为板2的有效辐射的有效辐射（1）板）板1，对板1的投入辐射即为板2的有效辐射（1）板147 板板1的反射辐射的反射辐射(4)板板1的有效辐射的有效辐射(5)板板2的有效辐射的有效辐射(6)板板1、2间的辐射换热间的辐射换热量量 板1的反射辐射(4)板1的有效辐射(5)板2的有48【9-429-42】在两块平行放置的相距很近的大平板】在两块平行放置的相距很近的大平板1 1和和2 2中，插入一块很薄且两个表面发射率不等的第中，插入一块很薄且两个表面发射率不等的第3 3块平块平板，已知板，已知t t1 1=300=300，t t2 2=100=100，1 1=0.5=0.5，2=0.8=0.8。当板当板3 3的的A A面朝向表面面朝向表面1 1时，板时，板3 3的稳态温度为的稳态温度为176.4176.4；当板；当板3 3的的B B面朝向表面面朝向表面1 1时，稳态时板时，稳态时板3 3的温度为的温度为255.5255.5。试确定表面。试确定表面A A、B B各自的发射率。各自的发射率。【9-42】在两块平行放置的相距很近的大平板1和2中，插入一49得到：得到：3A3A=0.2=0.2，3B3B=0.6=0.6得到：3A=0.2，3B=0.650【10-810-8】一加热器中用过热水蒸气来加热给水。过热蒸汽在】一加热器中用过热水蒸气来加热给水。过热蒸汽在加热器中先被冷却到饱和温度，最后被冷却成过冷水。设冷加热器中先被冷却到饱和温度，最后被冷却成过冷水。设冷热流体的总流向为逆流，热流体单相介质部分热流体的总流向为逆流，热流体单相介质部分q qm1m1c c1 1qqm2m2c c2 2 ，试画出冷热流体的温度变化曲线。试画出冷热流体的温度变化曲线。【10-8】一加热器中用过热水蒸气来加热给水。过热蒸汽在加热51【10-1510-15】在一台】在一台1-2 1-2 型壳管式冷却器中，管内冷却水从型壳管式冷却器中，管内冷却水从1616升高到升高到3535，管外空气从，管外空气从119119下降到下降到4545，空气流量为，空气流量为9.6kg/min9.6kg/min，换热器的总传热系数，换热器的总传热系数k=84w/m2 kk=84w/m2 k。式计算所需。式计算所需的传热面积。的传热面积。【10-15】在一台1-2型壳管式冷却器中，管内冷却水从15210-2310-235310-10-9910-954