清华大学传热学课件第2章b.ppt

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1、2.4通过肋片的稳态导热与通过肋壁的传热几种常见的肋片:1加装肋片的目的:强化传热。根据牛顿冷却公式:=Ah(tw-tf)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(tw-tf)。几种常见的肋片形状:21.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Ac,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

2、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。3(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=t0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;4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5肋片的过余温度从肋根开始沿高度方向按双曲余玄函数

3、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

4、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。8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。mHHH910(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

5、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;11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

6、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。12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tH。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?HH133.通过肋壁的传热过程tw2tw10xth1tf1h2tf2对于两侧表面传热系数相差较大的传热过

7、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:14根据肋片效率的定义,称为肋面总效率。15联立以上各式,可得ki、ko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。16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Rc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

8、压力等。减小接触热阻的措施:抛光、加压、添加薄膜等。17182.5具有内热源平壁的一维稳态导热如果平壁两侧表面分别保持均匀恒定的温度tw1、tw2,平壁内具有均匀分布的内热源,强度为,平壁材料的导热系数为常数,则平壁一维稳态导热的数学模型为可见,壁内的温度分布为抛物线。x=0,t=tw1x=,t=tw219通常,所以温度分布曲线向上弯曲,并且愈大,弯曲得愈厉害,当大于一定数值后,温度分布曲线在壁内某处xmax具有最大值tmax,壁内热流的方向从xmax处指向两侧壁面。根据傅立叶定律,可见,热

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