【正文】 或 “ 絕熱材料 ” 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 130 ? 不同的物質具有不同的導熱系數(shù)，同一物質導熱系數(shù)的大小也隨物質的內(nèi)部結構、濕度、壓力以及溫度等因素而變化。 導熱系數(shù) ? ????????急劇雜質：很大金屬水、甘油例外）：較小液體：很小氣體。,)((,)(,)(???ttt 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 131 導熱系數(shù) 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 132 二、通過無限大平壁的導熱問題 一維 穩(wěn)態(tài) 無內(nèi)熱源 ?為常數(shù) xdtdq ?????????????21 ttq)()(熱阻溫壓?Rtq ??類比：歐姆定律 RUI ?1t2tq??? ?R導熱熱阻 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 133 引入 熱阻 的概念后：可把 串、并聯(lián) 的思想用于導熱計算 通過多層平壁的穩(wěn)態(tài)導熱 321 ???? RRRR ???總熱阻 =串聯(lián)熱阻之和： 11??1t 2tq 3t 4tqq22??33??2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 134 ?對流換熱 是指流動著的流體和固體壁面接觸時，相互間的換熱過程。這一過程既包括流體各部分因發(fā)生相對位移所引起的熱量轉移（對流作用），同時也包括流體分子之間的導熱作用，其總的結果稱為“對流換熱”。 ?如果沒有流體的運動，則熱量的傳遞將是“導熱” 第三節(jié) 對流換熱 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 135 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 136 ?兩種對流熱量轉換形式 ? 強迫對流 ? 流體的流動是外力的驅動，如：泵或風機 ? 自然對流 ? 流體內(nèi)的溫差，導致流體的密度不同，冷流體（密度大）將下沉，熱流體將上升。 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 137 強迫對流換熱例子 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 138 自然對流換熱例子（一） 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 139 自然對流換熱例子（二） 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 140 自然對流換熱例子（三） 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 141 ?牛頓冷卻定律 ? 對流換熱量 Q 與換熱表面積 F 以及固體壁面和流體之間的溫度差 ( tw tf ) 成正比。即： )tt(FQ fw ???? — 對流換熱系數(shù) ， （或放熱系數(shù)） W/(m2℃ ) ? 放熱系數(shù) ? 表示流體和固體壁面之間的換熱強度 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 142 ?影響對流換熱強度的主要因素 對流換熱，熱量的傳遞總是和流體的流動聯(lián)系在一起，因此使這類問題大為復雜化。一般，對流換熱強弱與 流動發(fā)生的原因、流體的流動狀況、流體的熱物性以及固體表面的形狀、大小 等一系列因素有關。 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 143 影響對流換熱強度的主要因素 流動發(fā)生的原因 （ 自由流動 受迫流動 ） 自由流動 受迫流動 密度不同 泵與風機 流體的流動狀況 （ 層流 紊流 ） 用 雷諾數(shù) Re來判定 Re 2300 層流 Re 1?104 紊流 ??? d?Re層流 紊流 受迫流動換熱強度 大于 自由流動 紊流 (湍流 )換熱強度 大于 層流 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 144 流體的物理性質 密度 粘度 導熱系數(shù) 定壓比熱 換熱表面的形狀、大小和布置 膜式 肋片 鰭片 錯列 順列 流體集態(tài)的變化 凝結、沸騰 凝結換熱 或 沸騰換熱 大于 非相變的對流 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 145 對流換熱情況 ? W/(m2?℃ ) 空氣自由流動 5 ~ 50 空氣管內(nèi)受迫流動 25 ~ 500 水作自由流動 100 ~ 500 水作受迫流動 250 ~ 15000 水發(fā)生沸騰 2500 ~ 25000 水發(fā)生凝結 5000 ~ 100000 幾種情況下的對流放熱系數(shù)的大致數(shù)值 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 146 ?放熱系數(shù)的確定 ? 不同情況下放熱系數(shù)的數(shù)值可以相差很大。 ? 利用實驗研究的結果來確定放熱系數(shù)。 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 147 第四節(jié) 輻射換熱 ?熱輻射的基本概念 ? 物體對外發(fā)射電磁波的過程叫做 輻射 ? 只有波長為 ?m到1000?m的電磁波才具有較顯著的熱效應，稱之為“熱射線”，熱輻射是這種熱射線的傳播過程。 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 148 輻射換熱 ?物體的溫度是促使物體內(nèi)部電子發(fā)生 激動從而發(fā)射電磁波的基本原因。 ?任何物體，因為它的溫度總是高于絕對零度，因此都具有向外放出輻射能的本領。 ?物體之間通過電磁波來傳遞熱量，稱為 輻射換熱 。 ?輻射換熱與導熱和對流換熱不同，輻射換熱進行時，參與換熱的物體相互之間不需要接觸。 鍋爐爐膛內(nèi)高溫火焰的熱量 90%以輻射的方式傳遞給周圍的受熱面 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 149 輻射能的轉換 Q0 Qr Qa Qd dra ???011000??????DRAdraA — 吸收率 R — 反射率 D — 穿透率 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 150 黑體、白體和透熱體 ?A = 1的物體，稱為“黑體” ? 自然界中，煙炱、黑絲絨和雪最接近黑體 ?R = 1的物體，稱為“白體” ?D = 1的物體，稱為“透熱體” ? 氧、氮等雙原子氣體接近于透熱體 ? 固體和液態(tài)在一般情況下都是不透熱的，即 ? D = 0， A + R = 1，這就是說，凡是善于反射的物體一定不善于吸收輻射能；反之亦然。 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 151 斯蒂芬－玻爾茲曼定律 ?黑體的輻射力 E0與黑體的絕對溫度 T的四次方成正比，即 20400 /W,1 0 0 mEETCE ?????????C0稱為黑體輻射系數(shù)，其值為 【 W/(m2K 4)】 ε稱為物體的黑度（黑率）。 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 152 ?黑度 ? ：一般物體的輻射力與黑體輻射力的比值稱為該物體的黑度，以 ? 表示。即 ? = E / E0 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 153 基爾霍夫定律 ?在熱平衡條件下，物體的吸收率等于同溫度下該物體的黑度，即 A= ? 。 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 154 某些常用材料的黑度 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 155 輻射換熱 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 156 第五節(jié) 傳熱與換熱器 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 157 傳熱過程與傳熱系數(shù) 02121 )( RttttKq ffff?????傳熱過程與傳熱系數(shù) 熱量由熱流體通過固體壁面?zhèn)鬟f給冷流體的過程叫做傳熱過程。 單位時間內(nèi)通過單位面積所傳遞的熱量為： K: 傳熱系數(shù) R0： 總熱阻 tf t f2——熱流體和冷流體的溫度（ ℃ ） 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 158 總熱阻等于三個局部熱阻之和 2101121 ??????? ?????? RRRR? ? ? ???? ?????? ni iiffffllddddttttKq1 221112121 1ln1???2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 159 強化傳熱 強化傳熱就是增強傳熱效果，實質上就是設法減小傳熱總熱阻、增大傳熱系數(shù)。 只需減小其中最大的局部熱阻 削弱傳熱 削弱傳熱就是減弱傳熱效果，即增大傳熱熱阻。 注：對于圓筒壁，有臨界絕緣直徑 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 160 ?換熱器的基本概念 使熱量從一種溫度較高的流體傳給另一種溫度較低的流體的設備，稱為 換熱器 。 ? 換熱器的的類型 –表面式換熱器 –混合式換熱器 –回熱式換熱器 ? 表面式換熱器的的換熱量 Q= K F（ t1 – t2 ） = K F⊿ tm （ W） 其中： ⊿ tm —— 冷熱流體的沿途平均溫壓。 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 161 順流 逆流 叉流 混合流 以上四種方式中，以順流、逆流最為基本。 相同溫度條件下，逆流時的平均溫壓總是比順流時的大。 ? 表面式換熱器的布置方式大致有四種： 順流、逆流、叉流、混合流。 2022年 4月 14日星期四 動力工程－熱工基礎 162