1、通過肋壁的導(dǎo)熱及接觸導(dǎo)熱概述通過肋壁的導(dǎo)熱及接觸導(dǎo)熱概述2 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)主干課程之一 !Chapter2 Steady heat conduction 2 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)主干課程之一 !ChHeat Transfer一、基本概念 1 、肋片：指依附于基礎(chǔ)表面上的擴(kuò)展表面。 工程上和自然界常見到一些帶有突出表面的物體。 在一些換熱設(shè)備中，在換熱面上加裝肋片是增大換熱量的重要手段。 肋壁：直肋、環(huán)肋；等截面、變截面。2-3 通過肋壁的導(dǎo)熱及接觸導(dǎo)熱Heat Transfer一、基本概念 2-3 通過肋壁的Heat Transfer肋片Heat Transfer

2、肋片Heat TransferHeat TransferHeat Transfer其作用是增大對流換熱面積，以強(qiáng)化換熱。、肋片的作用一、 基本概念Heat Transfer其作用是增大對流換熱面積，以強(qiáng)化換Heat Transfer肋高肋寬肋厚截面積AL肋基肋端肋片的基本尺寸和術(shù)語l一、 基本概念Heat Transfer肋高肋片的基本尺寸和術(shù)語l一、 基Heat Transfer3 、常見肋片的結(jié)構(gòu)：直肋 環(huán)肋針肋 直肋環(huán)肋針肋一、 基本概念Heat Transfer3 、常見肋片的結(jié)構(gòu)：直肋 環(huán)肋Heat Transfer一、 基本概念Heat Transfer一、 基本概念Heat Tr

3、ansfer二、通過等截面直肋的導(dǎo)熱已知：矩形直肋，AL均保持不變肋基溫度為t0，且t0 tf肋片與環(huán)境的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為常量h.導(dǎo)熱系數(shù)，保持不變求：溫度場 t 和散熱量0 xdxxx+dxc1、通過等截面直肋的導(dǎo)熱計(jì)算Heat Transfer二、通過等截面直肋的導(dǎo)熱已知：0 xHeat Transfer分析：肋寬方向：肋片寬度遠(yuǎn)大于肋片的厚度，不考慮溫度沿該方向的變化； 于是我們可以把通過肋片的導(dǎo)熱問題視為沿肋片方向上的一維導(dǎo)熱問題。 肋厚（）方向：沿肋厚方向的導(dǎo)熱熱阻一般遠(yuǎn)小于它與環(huán)境的換熱熱阻。把沿方向的散熱視為負(fù)的內(nèi)熱源。1/h/1/htt1t2t0 xdxxx+dxc二、通過等截面

4、直肋的導(dǎo)熱Heat Transfer分析：于是我們可以把通過肋片的導(dǎo)熱Heat Transfer假設(shè)：1）導(dǎo)熱系數(shù) 及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h 均為常數(shù)； 2）肋片寬度遠(yuǎn)大于肋片的厚度，不考慮溫度沿該方向 的變化；3）表面上的換熱熱阻 1/h ，遠(yuǎn)大于肋片的導(dǎo)熱熱阻 / ，即肋片上沿肋厚方向上的溫度均勻不變； 4）肋端視為絕熱，即 dt/dx=0 ；二、通過等截面直肋的導(dǎo)熱Heat Transfer假設(shè)：二、通過等截面直肋的導(dǎo)熱Heat Transfer 在上述假設(shè)條件下，把復(fù)雜的肋片導(dǎo)熱問題轉(zhuǎn)化為一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,并將沿程散熱量 視為負(fù)的內(nèi)熱源，則導(dǎo)熱微分方程式簡化為：0 xdxxx+dxc二、通過等截

5、面直肋的導(dǎo)熱Heat Transfer 在上述假設(shè)條件下，把Heat Transfer內(nèi)熱源強(qiáng)度單位時(shí)間肋片單位體積的對流散熱量。如圖，在距肋基處取一長度為dx的微元段，該段的對流換熱量為：因此該微元段的內(nèi)熱源強(qiáng)度為：0 xdxxx+dxc二、通過等截面直肋的導(dǎo)熱Heat Transfer內(nèi)熱源強(qiáng)度因此該微元段的內(nèi)熱源強(qiáng)度Heat Transfer導(dǎo)熱微分方程： 引入過余溫度 。并令：二、通過等截面直肋的導(dǎo)熱邊界條件：導(dǎo)熱微分方程：二階齊次線性常微分方程Heat Transfer導(dǎo)熱微分方程： 引入過余溫度 Heat Transfer求解得肋片內(nèi)的溫度分布：雙曲余弦函數(shù)x00Ll二、通過等截面

6、直肋的導(dǎo)熱Heat Transfer求解得肋片內(nèi)的溫度分布：雙曲余弦函Heat Transfer肋片表面的散熱量：穩(wěn)態(tài)條件下肋片表面的散熱量 = 通過肋基導(dǎo)入肋片的熱量雙曲正切函數(shù)0 xdxxx+dxc二、通過等截面直肋的導(dǎo)熱Heat Transfer肋片表面的散熱量：雙曲正切函數(shù)0 xHeat Transfer肋片效率：為了從散熱的角度評(píng)價(jià)加裝肋片后換熱效果，引進(jìn)肋片效率 。三、肋片效率Heat Transfer肋片效率：為了從散熱的角度評(píng)價(jià)加裝Heat Transfer肋片的散熱量 :如果肋片的效率能夠順利計(jì)算出來的話，肋片的實(shí)際散熱量也就可以求得。 ml這個(gè)無因次數(shù)在肋片效率計(jì)算中有重要

7、作用。四、肋片的工程計(jì)算 Heat Transfer肋片的散熱量 :如果肋片的效率能夠Heat Transfer肋片的縱剖面積四、肋片的工程計(jì)算 Heat Transfer肋片的縱剖面積四、肋片的工程計(jì)算Heat Transfer影響肋片效率的因素：肋片材料的熱導(dǎo)率 、肋片表面與周圍介質(zhì)之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h、肋片的幾何形狀和尺寸（U、A、l）可見， 與參量 有關(guān)，其關(guān)系曲線如圖所示。這樣，矩形直肋的散熱量可以不用公式計(jì)算，而直接用圖查出 ，散熱量： 四、肋片的工程計(jì)算 Heat Transfer影響肋片效率的因素：肋片材料的熱導(dǎo)Heat Transfer對于變截面肋片來講，由于從導(dǎo)熱微分方程

8、求得的肋片散熱量計(jì)算公式相當(dāng)復(fù)雜，因此，人們仿照等截面直肋。利用肋片效率曲線來計(jì)算方便多了，書中圖217和218分別給出了等截面直肋和矩形剖面環(huán)肋的效率曲線。五、通過環(huán)肋及三角形截面直肋的導(dǎo)熱Heat Transfer對于變截面肋片來講，由于從導(dǎo)熱微分Heat Transfer工程上采用的肋片幾何形狀是十分復(fù)雜的。r0 xy0矩形環(huán)肋片 三角形肋片 五、通過環(huán)肋及三角形截面直肋的導(dǎo)熱Heat Transfer工程上采用的肋片幾何形狀是十分復(fù)雜Heat Transfer計(jì)算m值帶來一定的困難，但ml值是可以確定的。對直肋：工程上，往往采用肋效率f和 為坐標(biāo)的曲線，表示理論界的結(jié)果。五、通過環(huán)肋及

9、三角形截面直肋的導(dǎo)熱Heat Transfer計(jì)算m值帶來一定的困難，但ml值是Heat Transfer矩形和三角形肋片的效率 矩形截面環(huán)肋的效率五、通過環(huán)肋及三角形截面直肋的導(dǎo)熱Heat Transfer矩形和三角形肋片的效率 Heat Transfer1) 肋端散熱的考慮 推導(dǎo)中忽略了肋端的散熱（認(rèn)為肋端絕熱）。對于一般工程計(jì)算，尤其高而薄的肋片，足夠精確。若必須考慮肋端散熱，取：Hc=H+ /2l六、幾點(diǎn)考慮Heat Transfer1) 肋端散熱的考慮 推導(dǎo)中忽略了Heat Transfer2) 換熱系數(shù)為常數(shù)的假定 為了推導(dǎo)和求解的方便，我們將h、均假定為常數(shù)。但實(shí)際上換熱系數(shù)h并

10、不是常數(shù)，而是隨肋高而變化的。而在自然對流環(huán)境下?lián)Q熱系數(shù)還是溫度的函數(shù)。因此，我們在肋片散熱計(jì)算中也應(yīng)注意由此引起的誤差。 六、幾點(diǎn)考慮Heat Transfer2) 換熱系數(shù)為常數(shù)的假定 為了推Heat Transfer嚴(yán)格地講，肋片效率并不反映肋片散熱性能的好壞，并不是說f大肋片散熱量就大。實(shí)質(zhì)上，它反映了肋片的幾何結(jié)構(gòu)、材料性質(zhì)和環(huán)境條件與散熱量之間的關(guān)系。 3) 關(guān)于肋片效率 th(mH)的數(shù)值隨mH的增加而趨于一定值（mH 3）六、幾點(diǎn)考慮Heat Transfer嚴(yán)格地講，肋片效率并不反映肋片散熱Heat Transfer隨著ml增加， f先迅速增大，但逐漸增量越來越小，最后趨于一

11、定值。說明：當(dāng)ml增加到一定程度，再繼續(xù)增加 fml 的數(shù)值較小時(shí)， f 較高。在高度l一定時(shí)，較小的 m 有利于提高 f。經(jīng)濟(jì)的肋片效率大約在f=0.64-0.76之間 。六、幾點(diǎn)考慮Heat Transfer隨著ml增加， f先迅速增大，但Heat Transfer 在推導(dǎo)多層壁導(dǎo)熱的公式時(shí)，假定了兩層壁面之間是保持了良好的接觸，要求層間保持同一溫度。而在工程實(shí)際中這個(gè)假定并不存在。因?yàn)槿魏喂腆w表面之間的接觸都不可能是緊密的。t1t2txt 在這種情況下，兩壁面之間只有接觸的地方才直接導(dǎo)熱，在不接觸處存在空隙。 熱量是通過充滿空隙的流體的導(dǎo)熱、對流和輻射的方式傳遞的，因而存在傳熱阻力，稱為

12、接觸熱阻(Thermal contact resistance） 。 七、通過接觸面的導(dǎo)熱Heat Transfer 在推導(dǎo)多層壁導(dǎo)熱的公式時(shí)Heat Transfer 接觸熱阻是普遍存在的，而目前對其研究又不充分，往往采用一些實(shí)際測定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 通常，對于導(dǎo)熱系數(shù)較小的多層壁導(dǎo)熱問題接觸熱阻多不予考慮；但是對于金屬材料之間的接觸熱阻就是不容忽視的問題。 七、通過接觸面的導(dǎo)熱Heat Transfer 接觸熱阻是普遍存在的，而Heat Transfer（1）固體表面的粗糙度（3）接觸面上的擠壓壓力（2）接觸表面的硬度匹配（4）空隙中的介質(zhì)的性質(zhì)在實(shí)驗(yàn)研究與工程應(yīng)用中，消除接觸熱阻很重要導(dǎo)熱姆（導(dǎo)熱油、硅油）、銀先進(jìn)的電子封裝材料 （AIN），導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)400以上接觸熱阻的影響因素：七