导热系数热阻

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Department of Power Engineering,North China Electric Power University(Beijing 102206),杨立军 知识产权与使用权归华北电力大学能源与动力工程学院所有,NCEPU,2-4,通过,肋片的稳态导热与通过肋壁的传热,根据牛顿冷却公式,：,=,A,h,(,t,w,t,f,),几种常见的肋片：,增大对流换热量有三条途径：,1.加装肋片，增加换热面积,A,；,2.加大对流换热表面传热系数,h,；,3.,加大换热温差,(,t,w,t,f,),。,1,.,通过等截面直肋的稳态导热,以矩形肋为例:高度为,H,、,厚度为,、宽度为,l,，,与高度方向垂直的横截面积为,A,c,横截面的周长为,P,。,假设,：,1）,肋片材料热导率,为常数,；,2）,肋片根部与肋基接触良好，温度一致,；,3）,肋片厚度方向的导热热阻,/,与表面的对流换热热阻,1/,h,相比很小，可以忽略,肋片温度只沿高度方向发生变化,肋片导热可以近似地认为是一维的；,4）,肋片表面各处对流换热系数,h,都相同；,5）,忽略肋片端面的散热量，认为肋端面是绝热的。,（2）将肋片导热看作是具有负的内热源的一维稳态导热。,数学模型：,x=,0,t=t,0,内热源强度的确定,：,对于图中所示的微元段，,肋片导热微分方程的两种导出方法：,（1）由肋片微元段的热平衡导出；,代入导热微分方程式，得,令,称为,过余温度,。,数学模型变为,x=,0,，=,0,双曲余弦函数,肋片的,过余温度,从肋根开始沿高度方向按,双曲余玄函数,的规律变化，,肋片的过余温度沿高度方向逐渐降低，,mH,较小时，温度降低缓慢；,mH,较大时，温度降低较快。,一般取,0.7,mH,2,mH,=,1.0,x/H,肋端，,x=H,，,肋端的过余温度,肋端过余温度,随,mH,增加而降低,。,在稳态情况下,肋片散热量应该等于从肋根导入的热量,，,随着,mH,增大，散热量增加，开始增加迅速，后来越来越缓慢，逐渐趋于一渐近值。（增加肋高的经济性）,2.肋片效率,肋片效率定义：,肋片的实际散热量,与假设整个肋片都具有肋基温度时的理想散热量,0,之比,式中,t,m,、,m,分别为肋面的平均温度和平均过余温度，,t,0,、,0,分别为肋基温度与肋基过余温度。,由于,m,0,，所以肋片效率,f,小于1。,因为假设肋表面各处,h,都相等，所以等截面直肋的平均过余温度可按下式计算：,可见，肋片效率是,mH,的函数,。,矩形和三角形肋片效率随,mH,的变化规律如图。,肋片效率的影响因素：,（1）肋片材料的热导率,，,（2）,肋片高度,H,，,（3）,肋片厚度,，,（4）肋片与周围流体间对流换热的,表面传热系数,h,，,可见，,mH,愈大，肋片效率愈低。,m,H,H,H,（1）,上述分析结果同样适用于其它形状的等截面直肋，如圆柱、圆管形肋的一维稳态导热问题；,（2）,如果必须考虑肋端面的散热，可以将肋端面面积折算到侧面上去，相当于肋加高为,H+,H,，,其中,对于矩形肋,几点说明,：,（4）,对于肋片厚度方向的导热热阻,/,与表面的对流换热热阻,1/,h,相比不可忽略的情况，肋片的导热不能认为是一维的，上述公式不再适用；,（5）,上述推导没有考虑辐射换热的影响，对一些温差较大的场合，必须加以考虑。,（3）,上述分析结果既适用于肋片被加热的情况，也适用于肋片被冷却的情况；,变截面肋片：,在一定散热量条件下，什么几何形状肋的材料消耗量最少？,理论分析证明，在一定散热量的条件下，的具有凹抛物线剖面的肋片最省材料。工程上常采用工艺简单、性能接近凹抛物线型肋片的三角肋或者梯形肋。,工程上常采用工艺简单、性能接近凹抛物线型肋片的三角肋或者梯形肋。,矩形、三角形直肋及矩形环肋的肋片效率见书中第,41,、,42,页图,2,14,、,2,15,。,套管导热对热电偶测温精度的影响,热电偶测量的是测温套管端部的温度,t,H,。,在稳态情况下，套管端部温度不等于空气的温度，测温误差就是套管端部的过余温度 。,忽略套管横截面上的温度变化，并认为端部绝热，则套管导热可以看成是等截面直肋的一维稳态导热问题。,如何减小测温误差？,H,H,3.,通过肋壁的传热过程,t,w2,t,w1,0,x,t,h,1,t,f1,h,2,t,f2,对于两侧表面传热系数相差较大的传热过程，在表面传热系数较小的一侧壁面上加肋（扩大换热面积）是强化传热的有效措施。假设：,根据肋片效率的定义,称为,肋壁总效率。,联立以上各式，可得,k,i,、,k,o,分别,为以光壁面积和以肋壁面积为基准的传热系数,称为,肋化系数。,合理选择肋化系数,。,接触热阻,接触热阻的定义：,由于固体表面之间不能完全接触而对两个固体间的导热过程产生的热阻，,用,R,c,表示。,由于存在接触热阻，使两个接触表面之间出现温差,接触热阻的主要影响因素,：,(1),相互接触的物体表面的粗糙度；,(2),相互接触的物体表面的硬度；,(3),相互接触的物体表面之间的压力等。,减小接触热阻的措施,：抛光、加压、添加薄膜等。,2-5,多维导热问题,三种方法：,(1),分析解法；,(2),数值解法；,(3),形状因子法。,形状因子法：,S,称为形状因子，,t,1,、,t,2,分别为两个等温面的温度。一些形状因子的计算公式见书中,49,页表,2,1,。,第二章小结,（,1,）,温度场、温度梯度、导热系数、热阻、肋片效率等基本概念,；,（,2,）,付里叶定律的内容、表达式及其适用条件,；,（,5,）,掌握肋片效率的影响因素及提高肋片效率的方法,。,（,3,）,掌握导热问题的数学描述方法，能够正确建立导热问题的物理模型和数学模型,；,（,4,）,会计算,通过平壁、圆筒壁、球壳、肋壁的稳态导热和传热过程,；,本章主要讲述导热的基本概念、,基本定律,、,导热现象的数学描述方法及,通过平壁、圆筒壁、球壳,和肋壁稳态导热的分析计算方法，,重点掌握以下内容：,作业：,2-51,，,2-53,