传热过程的分析和计算.ppt

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1、第7章传热过程的分析与计算作业：7-1，7-4，7-10，7-137.1复合传热通常将由两种或两种以上的基本热量传递方式同时起作用的热量传递过程称为复合传热或者综合换热（combinedconvectionandradiationheattransfer）最常见的：固体壁面与气体间的对流传热问题——对流传热和辐射传热往往是同时存在的如室内的供暖管线、暖气片的散热、室外热力管线的散热、人体表面的散热等在复合传热中，固体壁面同时以对流和辐射的方式失去（或得到）热量两种热量传递方式是并联的关系复合传热计算的目的：确定表面净失去（或净

2、得到）的热量Φt对流传热量可由牛顿冷却定律辐射传热量的计算要相对复杂些。工程中为方便起见，采用与牛顿冷却定律相似的形式表示辐射传热过程hr称为辐射传热表面传热系数（radiationheattransfercoefficient），习惯上也称为辐射传热系数ht就称为复合传热表面传热系数引入复合传热表面传热系数的目的是简化复杂换热系统的分析计算辐射传热表面传热系数的计算式：表面的辐射传热量Φr可根据固体壁面及所处环境的特点采用相应的方法进行计算当作为凸表面的固体壁面位于温度为Ts的大封闭空腔内（如房间内的热水管线）时若环境辐射温

3、度未知，在相差不大的情形下，作为近似可近似取：Ts≈Tf是否考虑辐射换热，应根据具体情况而定：——若流体是液体，通常认为液体是辐射不透明体，这时有hr＝0——若气体与壁面间进行受迫对流传热，且换热温差不是很大，可忽略辐射，即ht≈hc——若气体和壁面间进行自然对流换热，或换热温差很大，必须考虑辐射换热高温流体通过固体壁面把热量传给另一侧低温流体的过程，称为传热过程完成传热过程的热力设备，称为换热器7.2传热过程分析与计算传热方程式K－传热系数★物理意义－冷、热流体的温差为1℃时单位时间、单位传热面积所传递的热量传热过程计算的目

4、的－计算传热过程中的传热系数、传热量★衡量传热过程强度的重要参数，过程量★大小取决于冷热流体的物性、流速、固体壁面的形状、布置、材料的导热系数等★综合地反映了两侧的对流传热过程和导热过程对传热的影响7.2.1通过平壁的传热过程导热中—只关注平板的导热过程，计算了各类边界条件下的温度分布、通过平板的导热量传热过程中—壁面两侧流体间的热量传递过程说明（1）关于h－应理解为复合传热表面传热系数（2）采用试算法如果λ为温度的函数，则应按平壁的平均温度计算；若平壁温度未知，需假设进行试算法求解（3）传热系数的计算传热系数（4）多层平壁（

5、5）强化传热的考虑为强化传热，有三条途径：★方法1：提高温差★方法2：提高传热系数★如何提高传热系数？数学上可以证明提高较小的表面传热系数值，强化薄弱环节，效果最好h1＝103，h2＝10，没有强化前：K=9.90W/(m2.K)措施2：h1＝103，h2＝20：K’’=19.6W/(m2.K)措施1：h1＝2000，h2＝10：K’＝9.95W/(m2.K)★方法3：提高换热面积－表面肋化为了减小热阻，面积应该加在哪一侧呢？大热阻对应表面传热系数较小的情形所以应增加表面传热系数较小一侧的面积，可使总热阻降低，特别是在两侧的表

6、面传热系数相差很大的情形总热阻是由两个热阻中较大的那一个决定的降低热阻应从较大热阻入手传热过程中，若各子过程的热阻相差较大，则热阻大的子过程决定了整个传热过程中的传热量，该热阻称为控制热阻控制热阻通常对应着表面传热系数较小、或换热面积较小的情形。只有有效地减小控制热阻，才能减小整个过程的热阻强化传热应该对热阻较大的一侧采取强化措施，效果最好。采取的措施应使两侧热阻接近，才能收到预期的效果举例：暖气强化传热，水侧or空气侧？7.2.2通过圆管壁的传热工程上，一般都以圆管外壁面面积为基准计算传热系数对多层圆筒壁7.2.3临界热绝缘

7、直径在工程上,为了减少热流体输送管道的散热损失,通常用保温材料在管道外面加一层或多层保温层同时为了劳动保护的需要，一般使管道外表面的温度低于50℃如何选择保温材料和保温层的厚度是需要解决的主要问题通过二层圆管的稳态传热过程－热流体和周围环境温度不变、管壁材料的热导率为λ1，保温材料的热导率为λx随着保温层厚度的增加，即随着dx的增大：——管内对流传热热阻与管壁导热热阻之和Rh1+Rλ1保持不变——保温层导热热阻Rλx随之加大——保温层外侧的对流传热热阻Rh1却随之减小计算表明：d2较小时，总热阻Rk先随着dx的增大而减小,然后

8、再随着dx的增大而增大,中间出现极小值，相应热流量出现极大值总热阻Rk取得极小值时的保温层外径dx称为临界绝缘直径,用dc表示临界绝缘直径与保温材料有关、与所处环境有关（1）当dx