1、第一講 熱量傳輸基本概念及基本定律 第二講 F-K方程 第三講 一維圓筒壁穩(wěn)定導(dǎo)熱 第四講 對流換熱概述 第五講 流體在管內(nèi)流動時的對流換熱 第六講 習(xí)題課 第七講 自然對流換熱 第八講 輻射換熱基本概念和基本定律 第九講 固體表面間的輻射換熱 第十講 氣體與固體間的輻射換熱 第十一講 不穩(wěn)定導(dǎo)熱 第十二講 導(dǎo)熱的有限差分解法,第二章 熱 量 傳 輸,一、本課的基本要求,5. 掌握導(dǎo)熱系數(shù)及導(dǎo)溫系數(shù)a的單位、物理意義、影響因素。,第一講:熱量傳輸基本概念及基本定律,1. 掌握導(dǎo)熱、對流、輻射三個基本概念。,2. 正確理解傳熱系數(shù)K、熱阻R的含義、傳熱一般方程。,3.了解溫度場及其分類、溫度梯度

2、。,4. 理解溫度場的建立、等溫面及溫度梯度，重點(diǎn)掌握傅立葉穩(wěn) 定導(dǎo)熱的基本定律的表達(dá)式及應(yīng)用。,第二章 熱 量 傳 輸,二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：,2. 本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)是傅立葉穩(wěn)定導(dǎo)熱的基本定律。,三、教參及教具,1. 高家銳，動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理，重慶大學(xué)出版社，1987。 2. 張先棹，冶金傳輸原理，冶金工業(yè)出版社，1988。,1. 本課的重點(diǎn)是導(dǎo)熱、對流、輻射三個基本概念。,第二章 熱 量 傳 輸,熱量傳輸簡稱傳熱，它是極為普遍而又重要的物理現(xiàn)象。冶金生產(chǎn)過程無論是否伴隨化學(xué)反應(yīng)或物態(tài)轉(zhuǎn)變，熱量傳輸往往對該過程起限制作用。,第二章 熱 量 傳 輸,傳熱的動力：溫差 本章研究傳熱的內(nèi)容

3、： 1.傳熱方式 2.特定條件下傳熱速率 提高傳熱速率提高生產(chǎn)率 降低傳熱速率提高熱效率（節(jié)能）, 2.1 基本概念及基本定律,2.1.1 基本概念,1. 傳熱方式,第二章 熱 量 傳 輸,(1) 傳導(dǎo)傳熱（導(dǎo)熱）,定義：在一個連續(xù)介質(zhì)內(nèi)若有溫差存在，或者兩溫度不同的物體直接接觸時，在物體內(nèi)沒有可見的宏觀物質(zhì)流動時所發(fā)生的傳熱現(xiàn)象叫導(dǎo)熱。 條件：溫差、無物質(zhì)宏觀運(yùn)動。 取決于：物質(zhì)本身的物性。,第二章 熱 量 傳 輸,（2） 對流傳熱（對流）,定義：有流體存在，并有流體宏觀運(yùn)動情況下所發(fā)生的傳熱叫對流。 條件：溫差、有物質(zhì)宏觀運(yùn)動。 取決于：物質(zhì)本身的物性、流動狀態(tài)。,第二章 熱 量 傳 輸,

4、（3）輻射傳熱（輻射）,定義：物體因受熱發(fā)出熱輻射能，高溫物體失去熱量而低溫物體得到熱量，這種傳熱方式叫輻射傳熱。 條件：溫差、發(fā)射電磁波。 取決于：兩物體空間位置（角度系數(shù)）、表面特性（黑度）。,第二章 熱 量 傳 輸,2. 傳熱基本方程,（1）熱流量Q：單位時間傳遞的熱量。 （2）熱通量（熱流密度）q：單位時間通過單位面積傳 遞的熱量。 （3）傳熱方程：,第二章 熱 量 傳 輸,（4）傳熱系數(shù)K：單位時間、單位面積、溫差 為1C傳遞的熱量，即單位傳熱量。,提高傳熱速率的措施：K、R 降低傳熱速率的措施：K、R,第二章 熱 量 傳 輸,（5）熱阻R：,Rf 傳熱面上的總熱阻； R單位傳熱面上

5、的熱阻。,（6）單位換算,1kcal=4.187kJ 1kcal/h=1.163J/s=1.163 W,（7）傳熱問題的電模擬法,第二章 熱 量 傳 輸,3.溫度場、等溫面及溫度梯度,（1）溫度場：溫度按空間及時間的分布規(guī)律和變化規(guī)律就是溫度場 。 a. 數(shù)學(xué)表達(dá)式： t=f(x，y，z，),b. 分類 ：,穩(wěn)定溫度場：不隨時間而變化的溫度場。t=f(x，y，z) 特點(diǎn)：t/=0，為穩(wěn)定傳熱 不穩(wěn)定溫度場：t/0，為不穩(wěn)定傳熱。,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,空間（一、二、三維溫度場） （2）等溫面 （3）等溫線 （4）溫度梯度 ：,第二章 熱 量 傳 輸,2.1.2 基本定

6、律,1. 傅立葉導(dǎo)熱定律 （1）穩(wěn)定溫度場的建立,1 3為不穩(wěn)定導(dǎo)熱，為穩(wěn)定導(dǎo)熱時期。,第二章 熱 量 傳 輸,（2）傅立葉導(dǎo)熱定律,導(dǎo)熱系數(shù)。,第二章 熱 量 傳 輸,（3）導(dǎo)熱系數(shù),1）單位：w/mc 2）物理意義：物體的導(dǎo)熱能力，q導(dǎo)熱能力 3）影響因素： a.物質(zhì)種類：氣：0.0060.6 w/mc 液：0.070.7w/mc 金屬：2.2420w/mc；其中純銀最高，銅、 金、鋁次之。 工程材料：0.0253w/mc b.物理狀態(tài)：溫度、壓力、密度、濕度等，其中溫度是 最重要的因素。,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,對于工程材料： =0（1+bt） =0+at,（4）

7、導(dǎo)溫系數(shù)a,（熱量梯度） 即單位時間、單位面積的熱流量與熱量梯度成正比。 a=/c 導(dǎo)溫系數(shù)。,第二章 熱 量 傳 輸,1）單位：a=/(c ) m2/s 2）物理意義：熱量傳輸能力 a=/(c )=導(dǎo)熱能力/吸熱能力 a：，c ，熱量傳遞快，溫度傳遞快。 a： ，c ，熱量傳遞慢，溫度傳遞慢。,第二章 熱 量 傳 輸,作業(yè)： P206 2,第二章 熱 量 傳 輸,返 回,1. 了解F-K方程的推導(dǎo)過程。,第二講: F-K方程,一、本課的基本要求：,2. 正確理解F-K方程各部分的物理意義及整個方程的物理意義、適用范圍及求解。,3. 正確理解三類邊界條件。,4. 一維平壁的溫度分布、及導(dǎo)熱量的

8、計算。（第一類、第三類邊界條件；單層、多層；為常數(shù)、不為常數(shù)。）,第二章 熱 量 傳 輸,2. 本課的重點(diǎn)是F-K方程的組成、物理意義及適用范圍，一維平壁的溫度分布、及導(dǎo)熱量的計算。,二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：,1. 本課的難點(diǎn)是F-K方程的推導(dǎo)。,第二章 熱 量 傳 輸,2. 傅立葉-克希荷夫?qū)嵛⒎址匠淌?推導(dǎo)方法：元體分析法 假設(shè)條件：1）無內(nèi)熱源 2）忽略摩擦熱 3）常物性（，c，等） 推導(dǎo)依據(jù)：能量守恒 元體熱收入元體熱支出=元體熱焓變化 即 元體的熱收支差=熱焓量的變化,第二章 熱 量 傳 輸,（1）方程式的推導(dǎo),1）x方向的對流熱收支差：,2）x方向的導(dǎo)熱熱收支差：,3）x方向的總熱

9、收支差：,第二章 熱 量 傳 輸,6）元體熱收支差：,第二章 熱 量 傳 輸,4）y方向的總熱收支差：,5）z方向的總熱收支差：,5）元體熱焓變化： 整理后的得： 熱焓的變化 對流熱傳輸量 傳導(dǎo)熱傳輸量 上式就是F-K方程。,第二章 熱 量 傳 輸,（2）方程式的討論：,1）方程的物理意義： 熱量蓄積量 對流熱傳輸量 傳導(dǎo)熱傳輸量,2）方程的適用范圍：滿足前提條件的一切對流導(dǎo)熱。,第二章 熱 量 傳 輸,3）方程的求解： N-S方程 聯(lián)立求解 F-K方程,固體導(dǎo)熱： 因w=0，F(xiàn)-K方程可簡化為：,固體穩(wěn)定導(dǎo)熱： =0，則,第二章 熱 量 傳 輸,固體一維穩(wěn)定導(dǎo)熱： 定解條件：邊界條件和初始條

10、件（不穩(wěn)定導(dǎo)熱才有此條件）,第二章 熱 量 傳 輸, 2.2 穩(wěn)定導(dǎo)熱,穩(wěn)定導(dǎo)熱的含義：是指溫度場不隨時間變化的傳熱過程。 穩(wěn)定導(dǎo)熱的特點(diǎn)：q=const 穩(wěn)定導(dǎo)熱存在于：物體內(nèi)部 穩(wěn)定導(dǎo)熱的求解目的： 1） 求物體內(nèi)部溫度場（耐火材料 的正確選擇） 2 ） 熱傳輸量（降低熱損失的辦 法）,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,穩(wěn)定導(dǎo)熱最簡單的情況： 一維 無限大平面（長、寬無限，沿厚度方向?qū)幔?長寬（810）厚度 一維無限長圓筒壁,第二章 熱 量 傳 輸,2.2.1 一維平壁穩(wěn)定導(dǎo)熱,1. 第一類邊界條件下導(dǎo)熱,第二章 熱 量 傳 輸,聯(lián)立求解三個方程，得

11、： (線性規(guī)律),第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,整理得：,在工程上多遇到的是由幾種不同材料組成的多層平壁： 三層：,第二章 熱 量 傳 輸,接觸面溫度： tw2=tw1 qR1 tw3=tw1 q(R1+ R2) n層： tw i+1=tw1 q(R1+ R2+ R3+ R4+),n層：,第二章 熱 量 傳 輸,注意：對于多層平壁的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)取平均值，即 cp =（1 +2）/2,第二章 熱 量 傳 輸,2. 第三類邊界條件下的導(dǎo)熱,實(shí)質(zhì)：熱氣體通過平壁傳給冷氣體的傳熱過程。 描述這一過程的完整的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,第二章 熱 量 傳 輸,聯(lián)立求解三個方程，得： q=( tf1

12、 tf2)/(1/1+/+1/2) 同理，若平壁由n層不同材料組成，則 q=( tf1 tf2)/(1/1+ i/i +1/2) 若不為常數(shù)，取其平均值。,第二章 熱 量 傳 輸,作業(yè)： P206 3 7,第二章 熱 量 傳 輸,返 回,一、本課的基本要求：,3. 臨界熱絕緣直徑問題。,第三講:一維圓筒壁穩(wěn)定導(dǎo)熱,1. 一維圓筒壁的溫度分布、及導(dǎo)熱量的計算。（第一類、第三類邊界條件；單層、多層；為常數(shù)、不為常數(shù)。）,2. 平均面積、導(dǎo)熱的形狀因素、接觸熱阻。,第二章 熱 量 傳 輸,二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：,1. 本課的重點(diǎn)是圓筒壁的溫度分布規(guī)律、及導(dǎo)熱量的計算。,2. 本課的難點(diǎn)是臨界熱絕緣直

13、徑的求解問題 。,第二章 熱 量 傳 輸,2.2.2 一維圓筒壁穩(wěn)定導(dǎo)熱,1. 第一類邊界條件下導(dǎo)熱,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,由以上兩式可得：,第二章 熱 量 傳 輸,最后，得,注意： 對圓筒壁而言，與平壁不同，圓筒壁的溫度梯度不是常數(shù)，是半徑 r 的函數(shù)，因此在不同半徑處的熱通量是不同的。 在穩(wěn)定導(dǎo)熱情況下，通過長度為l的圓筒壁的熱流量Q卻是恒定的。,第二章 熱 量 傳 輸,按傅立葉定律，對圓筒壁有：,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,式中 是單位長度圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻記為 ， 圖2-2-4給出了單層圓筒壁導(dǎo)熱的模擬電路圖。,對于多層圓筒壁： （如三層）,

14、第二章 熱 量 傳 輸,n層,第二章 熱 量 傳 輸,2.第三類邊界條件下傳熱,與前面的平壁導(dǎo)熱相類似。 導(dǎo)熱微分方程：,邊界條件為： r=r12r1=1 (tf1t r=r1) 2r1 r=r22r2=1 (tf1t r=r2) 2r2,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,整理后得：,第二章 熱 量 傳 輸,同理，若平壁由n層不同材料組成，則,第二章 熱 量 傳 輸,3. 幾點(diǎn)說明,第二章 熱 量 傳 輸,（1）平均面積問題,（2）導(dǎo)熱的形狀因素 因?yàn)橐痪S導(dǎo)熱的導(dǎo)熱計算最簡單，所以工程上常將一些非一維的導(dǎo)熱問題作為一維導(dǎo)熱來處理，這時就要引入形狀因素的概念，它的定義式為； Q=

15、（tw1 tw2）,第二章 熱 量 傳 輸,大多數(shù)室狀爐可認(rèn)為是空心六面體，此時可通過爐壁、棱、角的不同形狀因素來求熱流量。當(dāng)爐空間三個尺寸均大于壁厚的1/5時，它們的形狀因素分別為:,w=/A；l=0.54L；c=0.15 。,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,(4) 臨界熱絕緣直徑,對圓筒壁，其總熱阻為,為了減少管道的熱損失，常采用在管道外側(cè)覆蓋熱絕緣層即隔熱層的辦法。但是覆蓋隔熱層以后是否一定能減少熱損失？如何正確選擇隔熱材料？,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,從上式可以看出，前面兩項為常數(shù)，而后兩項則與有關(guān)。當(dāng) 加大，即隔熱層加厚時，則隔熱層熱阻 隨之加

16、大，而隔熱層外對流換熱熱阻1/dx2則反而減少。下圖繪出了總熱阻R1及構(gòu)成各項熱阻隨 的變化曲線。,第二章 熱 量 傳 輸,由此，在管道外側(cè)覆蓋隔熱材料時必須注意：,第二章 熱 量 傳 輸,作業(yè)： P206 6,第二章 熱 量 傳 輸,返 回,第四講:對流換熱概述,一、本課的基本要求：,6. 用近似積分法求層流對流換熱系數(shù)的步驟。,1. 對流換熱及其分類。,2. 對流換熱系數(shù)的單位、物理意義及影響因素。,3. 牛頓冷卻公式的表達(dá)式。,4. 熱附面層概念及其厚度。,5. 對流換熱的簡化模型概念、有效熱附面層厚度。,第二章 熱 量 傳 輸,二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：,2. 本課的難點(diǎn)是用近似積分法求層

17、流時對流換熱系數(shù)。,1. 本課的重點(diǎn)是對流換熱及其分類、對流換熱系數(shù)的求解方法。,第二章 熱 量 傳 輸, 2.3 對流換熱,1. 名稱：對流換熱即對流傳熱，又稱對流熱交換、對流給熱。 2. 含義：流體流過表面時與該表面之間所發(fā)生的熱量傳輸過程。 3. 前提條件：流體的流動。 4. 組成：傳導(dǎo)熱量傳輸（取決于溫度梯度） 對流熱量傳輸,第二章 熱 量 傳 輸,5.影響因素： 流體的物性 流動的起因 流動的性質(zhì) 速度場 表面的幾何性質(zhì),第二章 熱 量 傳 輸,6. 分類：,第二章 熱 量 傳 輸,7. 研究對流換熱的目的： 確定對流換熱系數(shù)。,8.確定對流換熱系數(shù)的方法：,第二章 熱 量 傳 輸,

18、2.3.1 概述,1. 對流換熱系數(shù),1）單位：W/m2C 2）物理意義：通過單位換熱面積，在單位時間內(nèi)，每單 位溫差下的對流換熱量。,第二章 熱 量 傳 輸,對流換熱量習(xí)慣上用牛頓冷卻公式表示，即 W W/m2,3）影響因素：,第二章 熱 量 傳 輸,2. 熱附面層概念及對流換熱機(jī)理,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,層流附面層：溫度分布為線性，流體與表面之間通過此層時的對流換熱實(shí)際上是依靠流體的傳導(dǎo)熱量傳輸。,紊流附面層：溫度分布很復(fù)雜，按紊流條件下熱附面層內(nèi)的溫度分布，可將其分為三個區(qū)域： (i)紊流區(qū)：紊流渦動強(qiáng)烈，y大，質(zhì)點(diǎn)對流熱傳輸作用遠(yuǎn)大于分子微觀運(yùn)動的傳導(dǎo)熱傳輸?shù)?/p>

19、作用，流體摻混作用大，可視為熱阻極小的等溫區(qū)。 (ii)過渡區(qū)：紊流渦動已大為減弱，已減少到使對流熱傳輸作用傳導(dǎo)熱傳輸作用幾乎相同的程度，熱阻已明顯增加，溫度梯度已不可忽視。,第二章 熱 量 傳 輸,(iii)層流底層區(qū)：靠近表面的層流底層區(qū)，y0，對流作用消失，熱量傳輸幾乎全部靠傳導(dǎo)，熱阻大，溫度梯度大。一般而言 此區(qū)集中了對流換熱一半以上的溫度降。對流換熱中，層流底層的傳導(dǎo)是整個過程的限制性環(huán)節(jié)的原因就在于此。,第二章 熱 量 傳 輸,3. 對流換熱系數(shù)的表達(dá)式(邊界給熱微分方程式),特點(diǎn)：抓住邊界導(dǎo)熱的主要因素，把附面層溫度場與對流換熱系數(shù)的確定下來，只要求得附面層溫度場，根據(jù)上式就可求

20、出，這是精確解法和近似積分解法的基本出發(fā)點(diǎn)。,第二章 熱 量 傳 輸,q= -t/yy=0 = -t/yy=0/ tf tw =t/yy=0/t,2.3.2 流體流過平板時的對流換熱,1. 附面層對流換熱微分方程組,精確解法就是聯(lián)立求解上述微分方程組求得對流換熱系數(shù)。,第二章 熱 量 傳 輸,2. 卡門近似積分法求解層流對流換熱系數(shù),步驟： 取附面層控制體建立能量積分方程； 人為構(gòu)造一個溫度場的近似方程； 求解積分方程； 求。,第二章 熱 量 傳 輸,（1）附面層能量積分方程 根據(jù)能量平衡原理，可得,整理后得,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,將其與層流下附面層動量平衡方程,相比

21、，又可看出動量及熱量傳輸?shù)南囝愃啤?（2）層流附面層的溫度場方程式,設(shè)溫度場為多項式如下 t=a1+ a2y+ a3y2+ a4y3 根據(jù)附面層的特點(diǎn)，有四個邊界條件：,據(jù)此解出待定系數(shù) a1= tw，a2=3/2（tf tw /t），a3=0，a4= 1/2（tf tw /t3） 整理后得溫度方程 f（t tw ）/（tf tw ） =3/2(y/t) 1/2（y/t)3 層流時附面層的速度方程 x 0 3/2(y/t) 1/2（y/t)3 兩者相比再次看到動量、熱量傳輸?shù)念愃啤?第二章 熱 量 傳 輸,（3）能量積分方程的解 見書140頁表達(dá)式2-3-5a 普蘭特準(zhǔn)數(shù)： Pr=/a,（4）

22、求對流換熱系數(shù) 見書141頁表達(dá)式 2-3-7a,（5）幾點(diǎn)注意 a.上列式子只能用于Pr1的流體。氣體的Pr=0.61可近似使 用，一般液體Pr=150可以應(yīng)用，液態(tài)金屬不能使用。 b.各式只適用平板的層流附面層 c.在有關(guān)準(zhǔn)數(shù)中只能使用定性尺寸、定性溫度。,第二章 熱 量 傳 輸,3.平板紊流層的對流換熱系數(shù),紊流渦動是難以用數(shù)學(xué)描述的，故通過類似法求解。 表達(dá)式見142頁的2-3-9a,第二章 熱 量 傳 輸,作業(yè)： P206 8 9,返 回,第五講:流體在管內(nèi)流動時的對流換熱,4. Fo、Pe、Nu、St、Pr的表達(dá)式及物理意義。,一、本課的基本要求：,1平板層流附面層及紊流附面層對流

23、換熱系數(shù)及對流換熱量的求法。 （定性尺寸、定性溫度）,2.管內(nèi)層流對流換熱系數(shù)及換熱量的計算。（經(jīng)驗(yàn)公式）,3.相似理論-模型實(shí)驗(yàn)求管內(nèi)紊流對流換熱系數(shù)的步驟。,第二章 熱 量 傳 輸,二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：,1. 本課的重點(diǎn)是用經(jīng)驗(yàn)公式求管內(nèi)層流對流換熱系數(shù)及換熱量。,2. 本課的難點(diǎn)是用相似理論-模型實(shí)驗(yàn)求管內(nèi)紊流對流換熱系數(shù)。,第二章 熱 量 傳 輸,2.3.3 流體在管內(nèi)流動時的對流換熱,1. 管內(nèi)流動時的熱附面層,入口段：管內(nèi)流動時，自管口起到附面層匯合前的一段距離。 熱穩(wěn)定段：溫度將繼續(xù)變化，溫度分布規(guī)律不再變化。,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳

24、 輸,2. 圓管內(nèi)層流時的對流換熱,通過建立及求解熱量傳輸方程式，可得對流換熱系數(shù)為*d 這是微分方程的理論解，它和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差很大，其原因在于：,第二章 熱 量 傳 輸,基于上述原因，管內(nèi)層流時的對流換熱一般不用理論公式而用實(shí)驗(yàn)公式來計算 公式見書上144頁2-3-11、2-3-12 注意：選用經(jīng)驗(yàn)公式時要特別注意使用條件及定性溫度。,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,3. 管內(nèi)紊流對流換熱,（1）相似理論模型實(shí)驗(yàn)法 步驟：,b.相似轉(zhuǎn)換求相似準(zhǔn)數(shù)：Eu、Re、Gr、Fr、Ho、Fo、Pe、Nu、St、Pr等 c.被決定性準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)方程 d.求,第二章 熱 量 傳 輸,（2）幾個

25、比較重要的準(zhǔn)數(shù)：,傅立葉準(zhǔn)數(shù)：Fo=a/l2=單位體積物體的導(dǎo)熱速率/單位體積物體的蓄熱速率 Fo表示溫度場隨時間變化的不穩(wěn)定傳熱的準(zhǔn)數(shù)。分子是導(dǎo)入熱量， 分母是熱焓變化，F(xiàn)o越大溫度場越趨于穩(wěn)定，可理解為相對穩(wěn)定度， 它是不穩(wěn)定導(dǎo)熱中的一個重要準(zhǔn)數(shù)。,皮克列準(zhǔn)數(shù)：Pel/a=流體帶入的熱量/流體的導(dǎo)熱量 Pe表明溫度場在空間分布的準(zhǔn)數(shù)。Pe越大說明進(jìn)入系統(tǒng)的熱量大， 導(dǎo)出的熱量少則溫度分布越均勻，因?yàn)镻e = Re Pr，Pe大，表示Re 大，流體的紊流程度大，溫度就趨于均勻。,第二章 熱 量 傳 輸,努賽爾準(zhǔn)數(shù)：Nul=導(dǎo)熱熱阻/對流熱阻 Nu表示對流換熱的強(qiáng)烈程度。Nu說明導(dǎo)熱熱阻大而對

26、流熱阻小。 由于Nu中包括有對流換熱系數(shù)，它是被決定準(zhǔn)數(shù)，在對流換熱中最 為重要。,St是派生準(zhǔn)數(shù)：St= Nu/ Re Pr，它表示對流換熱量與流體帶入系統(tǒng)總熱量之比，St越大對流換熱也越強(qiáng)烈。 Pr是物性準(zhǔn)數(shù)，是流體物性的無因次組合。Pr=/a 表示流體動量傳輸能力與熱量傳輸能力之比。,第二章 熱 量 傳 輸,（3）建立準(zhǔn)數(shù)方程,在對流換熱中，被決定準(zhǔn)數(shù)是Nu數(shù)，與對流換熱有關(guān)的其他準(zhǔn)數(shù)是Re、Gr、Pr。,故準(zhǔn)數(shù)方程為： Nu=f(Re、Gr、Pr),第二章 熱 量 傳 輸,若,a.為紊流強(qiáng)制對流換熱時，可以忽略表示自然對流浮升力影響的Gr，則準(zhǔn)數(shù)方程簡化為：Nu=f(Re、Pr),b.

27、為自然對流時，可以忽略Re，有Nu=f(Gr、Pr),第二章 熱 量 傳 輸,(4) 管內(nèi)紊流換熱的經(jīng)驗(yàn)公式,Nu=0.023Re0.8Prf0.4 該公式的適用范圍見書147頁。,若與上述適用范圍不符，大約有三種修正：,1)管長修正 2)螺旋管修正 3)大溫差修正,注意：若簡化公式，則每簡化一次，其應(yīng)用范圍就縮小一次。,第二章 熱 量 傳 輸,(5) 強(qiáng)化管內(nèi)對流換熱的方法,當(dāng)流體已給定時 :,第二章 熱 量 傳 輸,作業(yè)： P207 10 13,第二章 熱 量 傳 輸,返 回,第六講 習(xí)題課,第二章 熱 量 傳 輸,=0.6085w/m =9.0510-7/s =3.2110-4 1/ p

28、rf=6.22 f=9.02710-4kg/ms tw=55時水的物性參數(shù)為：prw=3.26 w=5.09610-4 kg/ms,例題1 : 一水平管的管d=0.02m，L=1.5m，平均水溫25的水w=0.05m/s的速度在管中流動。當(dāng)壁溫為tw=55時，求對流換熱系數(shù)。,解：tf=25時水的物性參數(shù)為：,第二章 熱 量 傳 輸,層流,=0.1511050.326.220.33(9227606.22)0.1(6.22/3.26)0.25=14.37,例題2 在d=0.05m的長直管中，壁溫保持50，試分別計算水和空氣從15加熱到25時對流傳熱系數(shù)，管中水流速度為0.267m/s，空氣流速為

29、4m/s。,解：,故:,長直管 l=1 R=1,第二章 熱 量 傳 輸,20時水的物性參數(shù)為：,=0.599w/m =1.00610-6/s Pr=7.02,20時空氣的物性參數(shù)為：,=2.5910-2w/m =15.0610-6/s Pr=0.703,對水,對空氣,第二章 熱 量 傳 輸,對水：n=0.4,對空氣：n=0.3,第二章 熱 量 傳 輸,例題3 流量為m=3600kg/h的水在直徑為25的光滑直管中從15加熱到65，壁溫90，求所需管長。,解：管長可由能量平衡式求得：,其中,m=3600/3600=1kg/s,v=m/f=1.0/990.2=10-3m3/s,第二章 熱 量 傳

30、輸,Cp=4174J/kg,=0.635 w/m,=0.65910-6/s,Pr=4.31,f=6.5410-4kg/ms,f=992.2kg/m3,第二章 熱 量 傳 輸,tw-tf=5030,直管R=1 假設(shè)l=1,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,L/d50. l .,第二章 熱 量 傳 輸,例題4 平均溫度tf=50的水以1.0m/s的流速在直金屬管中流過，壁溫tw=90，當(dāng)管徑d=0.04m，相對粗糙度 時，用類似關(guān)系求對流換熱系數(shù)。,解：,Pr=2.55,tf=50時，f=977.8kg/m3，Cpf=4187 J/kg,紊流,第二章 熱 量 傳 輸,柯爾本類似,Re

31、=96385,查附圖1,=0.024,雷諾類似,兩者相差近一倍，雷諾類似沒有計入Pr的影響,第二章 熱 量 傳 輸,返 回,第七講:自然對流換熱,一、本課的基本要求：,4. 注意定性尺寸、定性溫度的問題。,1. 流體橫向流過單根圓管、管束時的對流換熱量的計算公式。,2. 自然對流換熱的特點(diǎn)、計算換熱量的式子。,3. 判定自然對流換熱中層流附面層與紊流附面層的依據(jù)。,第二章 熱 量 傳 輸,二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：,1. 本課的重點(diǎn)是自然對流換熱的特點(diǎn)、計算。,2. 本課的難點(diǎn)是對流體橫向流過單根 圓管、管束時附面層變化的理解。,第二章 熱 量 傳 輸,2.3.4 流體通過其他物體時的對流換熱,1

32、. 流體橫向流過圓管時的對流換熱,（1）流體橫向流過單根圓管時的對流換熱,特點(diǎn)：附面層隨著流體橫掠圓管的位置而發(fā)生相應(yīng)的變化。 附面層厚度由小大突然變小再逐漸增大又突然變小如此循環(huán)。 Nu數(shù)由大小突然變大再逐漸減小又突然變大如此循環(huán),其經(jīng)驗(yàn)公式為： Nu=CRenPr1/3 式中C、n見書149頁表2-3-3,第二章 熱 量 傳 輸,（2）流體橫向流過管束時的對流換熱,管間距、排列方式也會影響流體橫向流過管束時的對流換熱。,2. 流體流過球體時的對流換熱,第二章 熱 量 傳 輸,2.3.5 自然對流換熱,1. 自然對流換熱的特點(diǎn),（1）自然對流：靜止流體與固體表面接觸，如果其間有溫度差，則靠近

33、固體表面的流體將因受熱（冷卻）與主體靜止流體之間產(chǎn)生溫度差，從而造成密度差，在浮力作用下產(chǎn)生流體上下的相對運(yùn)動，這種流動稱為自然流動或自然對流。,第二章 熱 量 傳 輸,（2）自然對流換熱：在自然對流下的熱量傳輸過程即為自然對流換熱。,（3）在自然對流換熱中，速度場與溫度場是相互影響相互制約的；而代表浮力與粘性力之比且包括有溫度差t的Gr準(zhǔn)數(shù)起決定性作用。,（4）自然對流換熱附面層的特點(diǎn)：靠近表面處流速=0，附面層以外靜止流體的流速也=0，因而在附面層內(nèi)存在一流速的極大值。速度場及溫度場如下所示。,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,2自然對流換熱的計算,自然對流換熱的準(zhǔn)數(shù)方程式一

34、般表達(dá)式為： Nu=C(GrPr) n 式中的C、n與流動性質(zhì)及表面朝向有關(guān)。,適用條件：只適用于書上所列表、圖及表面溫度為常數(shù)的情況。其他情況可作修正后使用。,界定自然對流換熱附面層為層流或紊流的Gr數(shù)是：109,第二章 熱 量 傳 輸,2.3.6 強(qiáng)制對流與自然對流共同存在時的對流換熱,強(qiáng)制對流換熱中常附加自然對流換熱，后者有時可以忽略，有時不得忽略，其判別標(biāo)準(zhǔn)是： =gtL/2,Gr/Re2 表示浮力與慣性力的相對大小。在管流中Gr/Re2 0.1時，自然對流可以忽略，Gr/Re2 時，則認(rèn)為是純自然對流換熱。,水平管層流、紊流混合對流換熱的計算公式見書156頁。,第二章 熱 量 傳 輸

35、,作業(yè)： P207 14 15,第二章 熱 量 傳 輸,返 回,第八講:輻射換熱基本概念和基本定律,一、本課的基本要求：,3.熱輻射的基本定律：普朗克定律的表達(dá)式、物理 意義；維恩位移定律的表達(dá)式及物理意義；四次方 定律的表達(dá)式、物理意義。,1. 熱輻射的本質(zhì)及特點(diǎn)。,2. 輻射強(qiáng)度與輻射能力的含義。,4. 灰體、黑度的基本概念及影響黑度的主要因素。,5. 基爾霍夫定律的兩種表達(dá)式及物理意義。,第二章 熱 量 傳 輸,二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：,2. 熱輻射的基本定律既是本課的重 點(diǎn)又是本課的難點(diǎn)。,1. 本課的重點(diǎn)是熱輻射的特點(diǎn)。,第二章 熱 量 傳 輸, 2.4 輻 射 換 熱,2.4.1 熱

36、輻射的基本概念,1. 熱輻射的本質(zhì),(1)輻射：物體以電磁波的方式向外傳遞熱量的過程。,(2)輻射能：物體以電磁波的方式向外傳遞的能量。 通常以輻射表示輻射能。,第二章 熱 量 傳 輸,(3)熱輻射：因熱引起的電磁波輻射稱為熱輻射。它是由物體內(nèi)部微觀粒子在運(yùn)動狀態(tài)改變時所激發(fā)出來的。,(4)能量轉(zhuǎn)換：內(nèi)能輻射能輻射能內(nèi)能 A物體（發(fā)射） B物體（吸收）,第二章 熱 量 傳 輸,(6)電磁波的速率、波長和頻率的關(guān)系： c= 電磁波的特性取決于波長或頻率。在熱輻射分析中通常用波長來描述電磁波。,(5)輻射換熱：是指物體之間相互輻射和吸收過程的總效果。當(dāng)物體的溫度處于平衡時，則它們之間輻射和吸收的能

37、量相等，處于熱的動平衡狀態(tài)。,(7)電磁波的波譜如書上157頁圖2-4-1,第二章 熱 量 傳 輸,熱射線的本質(zhì)決定了熱輻射過程有如下特點(diǎn)：,（1）它是依靠電磁波向物體傳輸熱量，而不是依 靠物質(zhì)的接觸來傳遞熱量。,（2）輻射換熱過程中伴隨著能量的兩次轉(zhuǎn)換：物體的內(nèi)能輻射能；（接受）輻射能（轉(zhuǎn)換）內(nèi)能,（3）一切物體只要其溫度T0K，都在不斷發(fā)射熱射線。,電磁波具有波粒二象性。,第二章 熱 量 傳 輸,2. 輻射能的吸收、反射、透射,熱射線與光的特性相同，所以光的投射、反射、折射規(guī)律對熱射線也同樣適用。,如圖示：,第二章 熱 量 傳 輸,根據(jù)能量守恒定律有：,r反射率；a吸收率；d透過率。,第二

38、章 熱 量 傳 輸,當(dāng)吸收率a=1時，表明物體能將投射到它表面的熱射線全部吸收，稱為絕對黑體，簡稱黑體。,當(dāng)反射率r =1時，表明物體能將投射到它表面的熱射線全部反射出去，稱為絕對白體，簡稱白體。,當(dāng)是鏡反射（入射角=反射角）則稱鏡體。,第二章 熱 量 傳 輸,當(dāng)d=1時，稱為絕對透明體，簡稱透明體，又稱介熱體、透熱體。,應(yīng)該指出：上面所說的黑體、白體、透明體均是對熱射線而言，而不是對可見光而言。,第二章 熱 量 傳 輸,3. 黑體模型,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,4. 輻射強(qiáng)度和輻射能力,（1）輻射強(qiáng)度：指表面朝向某個給定方向，對垂直于該方向的單位面積、在單位時間、單位立

39、體角內(nèi)所發(fā)射的全部波長的能量，用I表示。單位為W/m2 Sr 。,若輻射能力僅指某波長下波長間隔d范圍內(nèi)所射的能量，則稱單色輻射強(qiáng)度。用I表示。單位為W/m2m Sr。,第二章 熱 量 傳 輸,（2）輻射能力：發(fā)射輻射能的物體，每單位面積、單位時間內(nèi)向半球體空間所發(fā)射的全部波長的輻射能量，用E表示。單位為W/m2。,若輻射能力僅指某波長下波長間隔d范圍內(nèi)所射的能量，則稱單色輻射能力。用E表示。單位為W/m2m。,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,2.4.2 熱輻射的基本定律,1. 普朗克定律,E b = /e( C2/T) C1普朗克第一常數(shù) C2普朗克第二常數(shù),第二章 熱 量

40、傳 輸,普朗克定律的特點(diǎn)：,（1）黑體的輻射光譜是連續(xù)的； （2）和時，E b 皆為零，所以有極值Emax存在； （3）T越高則E b 越大且max向短波方向移動。,維恩偏移定律可表明它們的關(guān)系為： Tmax =2897.6mK,第二章 熱 量 傳 輸,2. 斯梯芬波爾茲曼定律（四次方定律）,四次方定律不僅指出了黑體只要絕對溫度不為零就具有輻射能力，還表明了高溫和低溫輻射能力的顯著差異。,第二章 熱 量 傳 輸,3. 基爾霍夫定律,（1）灰體及黑度,實(shí)際物體的單色輻射能力隨波長及溫度的變化是不規(guī)則的，并不服從普朗克定律。,A.實(shí)際物體的單色輻射能力與同溫度下黑體單色輻射能力之比稱為該物體的單色

41、發(fā)射率或叫單色黑度以表示。則 = E/ E b,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,B.實(shí)際物體的輻射能力與同溫度下黑體輻射能力之比稱為該物體的發(fā)射率或叫黑度以表示。則 = E/ E b,C.若某一物體 ，其單色黑度不隨波長而變化，則該物體被稱為灰體。即 = f(),第二章 熱 量 傳 輸,灰體是一個理想的概念，自然界中并不存在灰體。但很多工程材料在紅外波長范圍內(nèi)可以近似地作為灰體處理。由此引起的誤差都用黑度來加以修正。,D.影響黑度的因素,第二章 熱 量 傳 輸,（2）基爾霍夫定律,定義一：任一物體的輻射能與其吸收率的比值皆等于同溫度下黑體的輻射能力。,E/ a= E b a=

42、E/ E b,第二章 熱 量 傳 輸,定義二：平衡條件下物體的吸收率在數(shù)值上等于其黑度。,注意：兩者的概念并不相同。,對于黑體a=1；一般物體，a1，所以1。 對于灰體，黑度和吸收率都是常數(shù)；工程材料黑度不 是常數(shù)但用它代替吸收率并視為常數(shù)將使計算大大簡化。,第二章 熱 量 傳 輸,4. 輻射能在空間分布的規(guī)律,（1）距離平方定律,點(diǎn)熱源：若輻射源的面積比起距離來小得可以忽略不計時，則稱為點(diǎn)熱源。,點(diǎn)熱源的照射力與兩者距離的平方成反比，這個定律就是距離平方定律。 E=Q/4r2,若輻射源 的尺寸比起傳播距離來不可忽略時，則上述定律不能適用。,第二章 熱 量 傳 輸,（2）蘭貝特定律余弦定律,定

43、義：黑體圓面積dA1向圓面積dA2方向所輻射的能量等于沿dA1法線方向發(fā)射的輻射能dQn，dA2所對應(yīng)的立體角d以及表面dA1和dA2相對位置的余弦cos1三者的乘積 。,定義式：,第二章 熱 量 傳 輸,進(jìn)一步可證明：,En=E/,注意： 蘭貝特定律只對黑體適用，而且表面應(yīng)是漫輻射表面，對粗糙表面的實(shí)際物體可近似使用。,第二章 熱 量 傳 輸,作業(yè)： P207 16,第二章 熱 量 傳 輸,返 回,第九講:固體表面間的輻射換熱,一、本課的基本要求：,1. 正確掌握角度系數(shù)的定義、定義式、特點(diǎn)、幾種特殊形狀的角度系數(shù)。,2. 輻射換熱中的幾個基本概念：自身輻射、吸收輻射、反射輻射、投射輻射、有

44、效輻射。,3. 會計算任意兩灰面組成封閉體系的輻射換熱量。,4. 理解輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)求法，掌握表面熱阻、空間熱阻的表達(dá)式，認(rèn)識遮熱板的應(yīng)用。,第二章 熱 量 傳 輸,二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：,1. 本課的重點(diǎn)是角度系數(shù)及輻射換熱量的計算。,2. 本課的難點(diǎn)是求解任意兩灰面間的輻射換熱量。,第二章 熱 量 傳 輸,2.4.3 固體表面間的輻射換熱,1. 角度系數(shù),（1）角度系數(shù)的定義及求法,定義：任意兩表面所組成的體系，其中一個表面所發(fā)射 的輻射能投射到另一個表面上的能量占發(fā)射總能量的百分?jǐn)?shù)，稱為第一表面對第二表面的輻射角度系數(shù)，記為12。,第二章 熱 量 傳 輸,同理，第二表面對第一表面的輻射

45、角度系數(shù)為21。,定義式：,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,特點(diǎn)：, 角度系數(shù)是一個純幾何參數(shù)，12及21只與A1，A2的大小及它們的相互位置有關(guān)。, 相互性（即互變關(guān)系）：21A2, 整體性：12+13+14+15+1n=1,第二章 熱 量 傳 輸,值得注意的是：,上式存在的條件是表面均為平面或凸面，稱為不可自見面。若有凹面，稱為可自見面，則上式應(yīng)為：,11+ 12+13+14+15+1n=1,第二章 熱 量 傳 輸,（2）用代數(shù)法求角度系數(shù),兩無限大平面： 11=22=0，21=12=1,一可自見面與一不可自見面： 11=0，12=1 21= A1/A2，22=121=1

46、A1/A2,兩個可自見面： 11= A1/ A1+A2，12= A2/ A1+A2 21= A1/ A1+A2，22= A2/ A1+A2,第二章 熱 量 傳 輸,2. 兩灰面之間的輻射換熱,（1）有效輻射,自身輻射：被研究表面按四次方定律在一定溫度下所發(fā)射的輻射能量，用Qs表示，且,吸收輻射：被研究表面對外界投射到其表面被吸收的輻射能量，用Qa表示。,第二章 熱 量 傳 輸,反射輻射：被研究表面反射的輻射能量，用Qr表示。,投射輻射：投到被研究表面輻射能的總和，用QG表示。,有效輻射：自被研究表面發(fā)出的輻射能的總和，用 QJ表示，顯然有 QJ = Qs + Qr,差額熱量：被研究表面與其他表

47、面換熱時，熱量的 凈收入或凈支出，用Q表示。,第二章 熱 量 傳 輸,（2）任意兩灰面之間的輻射換熱,假定任意兩灰面組成封閉體系，兩表面之間沒有輻射氣體，參看書上169頁圖2-4-17，則差額熱量可表示為：,Q= Qa Qs （1）,也可表示為： Q= QG QJ （2）,兩式消去QG，得 QJ =（1/1）Q+ Cb（T/100）4A （3）,結(jié)論：黑體的有效輻射就是自身輻射。,第二章 熱 量 傳 輸,將（3）式應(yīng)用于封閉體系內(nèi)兩灰面，則其有效輻射分 別為,表面的差額熱量可表示為： Q1= QJ2 21 QJ1 12,第二章 熱 量 傳 輸,整理后得：,上式就是任意兩灰面之間輻射換熱計算式。

48、 適用條件：封閉體系。,第二章 熱 量 傳 輸,影響輻射換熱的主要因素有：,溫度 黑度 角度系數(shù),第二章 熱 量 傳 輸,特例：兩無限大平板之間的輻射換熱,因?yàn)?2=21=1,所以：,第二章 熱 量 傳 輸,第二章 熱 量 傳 輸,又因?yàn)椋?所以,3. 輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)解法,網(wǎng)絡(luò)解法的基礎(chǔ)是灰體的有效輻射的概念。 它是根據(jù)輻射熱量傳輸與電量傳輸?shù)念愃菩裕?把輻射換熱系統(tǒng)模擬為電路系統(tǒng)，借助于電路原理來求解輻射換熱的一種方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于等效電路可使物理概念直觀而明了。,表面熱阻：1/A 表面熱阻存在的原因：因?yàn)楸砻媸腔殷w而不是黑體，若表面為黑體，則該熱阻為零。,空間熱阻：1/12A1 空間

49、熱阻主要受空間因素的影響。若物體面積越小或角度系數(shù)越小，則該項熱阻將會越大。,第二章 熱 量 傳 輸,這樣，可將任意兩灰面所組成的封閉體系的計算式轉(zhuǎn)換為：,該式說明： 輻射換熱量在兩灰面溫度下，黑體面熱勢差Eb1 Eb2 與熱阻之和的商，它的等效電路見書上174頁圖2-4-29所示。由圖可知，該網(wǎng)絡(luò)由兩個表面網(wǎng)絡(luò)和一個空間網(wǎng)絡(luò)單元串聯(lián)而成。,第二章 熱 量 傳 輸,4. 遮熱板,若在兩平行平板之間加入一塊薄金屬板，該薄金屬板稱為遮熱板。,設(shè)1 =2 =3 =1 q13=（Eb1 Eb3） q32=（Eb3 Eb2）,第二章 熱 量 傳 輸,在穩(wěn)定導(dǎo)熱時，q13=q32= q12 將上面兩式相加

50、，得,由于加入遮熱板，兩表面之間的輻射換熱量減少了一半。 實(shí)際上，往往采用低黑度金屬板做遮熱板，這樣一來，削弱輻射換熱的效果將更顯著。,若加入n塊遮熱板，則輻射換熱量變?yōu)椋?第二章 熱 量 傳 輸,作業(yè)： P207 22,第二章 熱 量 傳 輸,返 回,第十講:氣體與固體間的輻射換熱,一、本課的基本要求：,1. 掌握氣體輻射的特點(diǎn)，正確理解氣體的吸收定律。,2. 能夠正確使用霍脫爾線圖求出氣體的黑度、氣體的吸收率。,3. 能夠理解綜合換熱并知道綜合換熱量的計算步驟。,第二章 熱 量 傳 輸,二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：,1. 本課的重點(diǎn)是學(xué)會正確使用霍脫爾線圖。,2. 本課的難點(diǎn)是計算氣體的黑度及氣

51、體的吸收率。,第二章 熱 量 傳 輸,2.4.4 氣體與固體間的輻射換熱,1. 氣體輻射的特點(diǎn)：,（1）選擇性 （2）容積內(nèi)輻射 （3）r=0,2. 氣體的吸收定律,Is=I0 eKs 單色輻射強(qiáng)度穿過氣層時，是按指數(shù)規(guī)律衰減的。,第二章 熱 量 傳 輸,3. 氣體的黑度,氣體的黑度通常通過實(shí)驗(yàn)線圖查閱，其中以霍脫爾線圖應(yīng)用最廣。,第二章 熱 量 傳 輸,考慮到冶金爐中的主要輻射氣體是二氧化碳及水蒸氣，其他三原子及多原子氣體含量甚微可忽略不記，所以可認(rèn)為氣體的黑度:,式中的是考慮到CO2與H2O的光帶有部分重疊的修正值。數(shù)值可由圖2-4-32查出。,第二章 熱 量 傳 輸,注意：,氣體在不同形

52、狀容器內(nèi)輻射時，射線對某處的距離即所經(jīng)過的行程長短并不一樣，因此在計算時要采用平均射線行程s。s的公式為：,s=C 4V/A C系數(shù)，0.850.95，一般取0.9,第二章 熱 量 傳 輸,4. 氣體與器壁間的輻射換熱,第二章 熱 量 傳 輸,2.4.5 對流與輻射共同存在時的熱量傳輸,工程上實(shí)際的熱量傳輸過程常包括兩種或兩種以上的傳輸方式，稱為綜合換熱?？倱Q熱量等于對流與輻射換熱量之和。,Q=Qc+ Qr Qc對流換熱量 Qr輻射換熱量,第二章 熱 量 傳 輸,作業(yè)： P207 23 24,第二章 熱 量 傳 輸,返 回,第十一講:不穩(wěn)定導(dǎo)熱,一、本課的基本要求：,1. 正確理解不穩(wěn)定導(dǎo)熱的

53、過程、特點(diǎn)，研究目的。,2. 掌握不穩(wěn)定導(dǎo)熱中的主要相似準(zhǔn)數(shù)、區(qū)別薄材與厚材的標(biāo)志、理解有限厚及無限厚的物理意義。,第二章 熱 量 傳 輸,二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：,1. 本課的重點(diǎn)是學(xué)會正確查各種形狀的金屬材料的加熱時間、加熱溫度的線圖。,第二章 熱 量 傳 輸,2.5 不穩(wěn)定導(dǎo)熱,不穩(wěn)定導(dǎo)熱可以分成周期性及非周期性兩大類。,第二章 熱 量 傳 輸,2.5.1 不穩(wěn)定導(dǎo)熱中的基本概念,1. 不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程,物體在加熱或冷卻的整個過程可以分為三個階段：,不規(guī)則過程：溫度變化逐漸由表面向中心擴(kuò)展，受開始條件影響很大，沒有固定的規(guī)律。,正常過程：溫度分布不規(guī)則規(guī)律開始消失，此時物體內(nèi)部所有各點(diǎn)溫度隨

54、時間的變化規(guī)律均相等，并且受該物體的物理性質(zhì)及加熱的外部條件的影響。,穩(wěn)定狀態(tài)：經(jīng)過相當(dāng)長時間，物體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時物體內(nèi)各點(diǎn)溫度不再隨時間變化。,第二章 熱 量 傳 輸,2. 研究不穩(wěn)定導(dǎo)熱的目的,找出物體在加熱（冷卻）過程中任意部位的溫度；（計算加熱溫度）所傳輸?shù)臒崃侩S時間而改變的規(guī)律。 （計算加熱時間）,3. 不穩(wěn)定導(dǎo)熱的解法,導(dǎo)熱微分方程與單值條件聯(lián)立求解分析法 數(shù)值解法：有限差分法,第二章 熱 量 傳 輸,4. 不穩(wěn)定導(dǎo)熱中的主要相似準(zhǔn)數(shù),傅立葉準(zhǔn)數(shù) 畢歐準(zhǔn)數(shù)：Bi=l/,注意： 畢歐準(zhǔn)數(shù)與努賽爾準(zhǔn)數(shù)Nu有相似的表達(dá)式。但它們的物理意義不同：Nu是指流體的對流換熱與流體本身傳導(dǎo)傳熱之間的關(guān)系，式中的是流體的導(dǎo)熱系數(shù)；Bi是指物體表面與介質(zhì)之間的換熱與物體內(nèi)部導(dǎo)熱之間的關(guān)系，式中的是物體本身的導(dǎo)熱系數(shù)。兩者的定性尺寸也不一樣。,第二章 熱 量 傳 輸,5. 不穩(wěn)定導(dǎo)熱中的“薄材”與“厚材”,“薄材”與“厚材”的標(biāo)志是斷面溫度差：溫差較小者稱為“薄材”；反之叫“厚材”。 以Bi數(shù)的大小來區(qū)分“薄材”與“厚材”