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1、传热及气体射流基本知识第1页，共22页，编辑于2022年，星期三 传热的基本方式传热的基本方式 热热量量和和温温度度是是密密切切相相关关的的，在在两两个个物物体体之之间间或或同同一一物物体体的的各各部部位位之之间间，只只要要有有温温度度差差的的存存在在，就就会会有有热热能能的的转转移移现现象象，而而且且热热能能总总是是由由高高温温物物体体向向低低温温物物体体转转移移，这这种种热热的的传传递递现现象象叫叫做做传传热热。热热量量的的传传递递可可分分为为导导热热、对对流流和和热热辐辐射射三三种种不不同同方方式。式。第2页，共22页，编辑于2022年，星期三辐射换热、辐射换热、对流换热、对流换热、热传
2、导热传导第3页，共22页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 传热学基本知识传热学基本知识一、导热（热传导）一、导热（热传导）o导热：是指温度不同的物体直接接触时，或同导热：是指温度不同的物体直接接触时，或同一物体温度不同的相邻部分之间所发生的热传一物体温度不同的相邻部分之间所发生的热传递现象。递现象。o热之所以能通过导热方式传递，是由于组成物热之所以能通过导热方式传递，是由于组成物体的微观粒子运动的结果。体的微观粒子运动的结果。气体气体 依靠原子、分子的热运动；依靠原子、分子的热运动；液体液体 依靠弹性波的作用；依靠弹性波的作用；固体固体 依靠晶格振动和自由电子的运动。依靠晶格振动和自由电
3、子的运动。第4页，共22页，编辑于2022年，星期三o平壁导热公式为平壁导热公式为 ：（6-6-1 1）o式中式中 Q Q：单位时间由导热体传递的热量，称为热流：单位时间由导热体传递的热量，称为热流量（量（J/sJ/s）或（）或（W W）；）；：比例系数，称为导热系数，其意义是当沿：比例系数，称为导热系数，其意义是当沿着导热方向每米长度上温度降落着导热方向每米长度上温度降落1K1K时，单位时间通时，单位时间通过每平方米面积所传导的热量（过每平方米面积所传导的热量（W/mKW/mK）。）。：平壁内外两则面的温度差：平壁内外两则面的温度差 第5页，共22页，编辑于2022年，星期三 一维稳定导热的
4、傅立叶定律表达式：一维稳定导热的傅立叶定律表达式：（6-26-2）式中式中 ：沿：沿x x方向面积为方向面积为F F处的温度梯度。处的温度梯度。将式（将式（6-26-2）分离变量后可得）分离变量后可得 ：（6-36-3）第6页，共22页，编辑于2022年，星期三o将（将（6-3）积分，并代入边界条件：当）积分，并代入边界条件：当x=0时，时，；x=x时，时，则得：，则得：所以所以 即即 或或 （6-3a）由此可见，求解方程（由此可见，求解方程（6-3a）后，就可求得平壁内）后，就可求得平壁内部任意位置上的温度值。部任意位置上的温度值。第7页，共22页，编辑于2022年，星期三在实际工程中还会遇
5、到以下几种情况：在实际工程中还会遇到以下几种情况：（一）多层平壁（一）多层平壁o 如房屋以红砖为主体砌成，墙壁内为白灰层，如房屋以红砖为主体砌成，墙壁内为白灰层，外抹水泥砂浆、磁砌罩面等均为多层平壁。如外抹水泥砂浆、磁砌罩面等均为多层平壁。如三层平壁导热，两侧表面均能维持稳定温度三层平壁导热，两侧表面均能维持稳定温度 和和 ，且各层之间结合严密，接触面温度分别，且各层之间结合严密，接触面温度分别为为 和和 ，在稳定情况，通过各层的热流量是，在稳定情况，通过各层的热流量是相等的，以三层平壁的每层可分别写出：相等的，以三层平壁的每层可分别写出：第8页，共22页，编辑于2022年，星期三 （6-4a
6、6-4a）式中式中 、：各层平壁导热系数；：各层平壁导热系数；、：各层平壁厚度；：各层平壁厚度；、：各层平壁导热热阻。：各层平壁导热热阻。第9页，共22页，编辑于2022年，星期三化简（化简（6-4a6-4a）得：）得：（6-4b6-4b）把式（把式（6-4b6-4b）各等式前后相加并整理可得：）各等式前后相加并整理可得：（6-4c6-4c）式中式中 ：为三层平壁总热阻。：为三层平壁总热阻。对于对于n n层平壁导热，层平壁导热，则可直接写出：则可直接写出：（6-46-4）第10页，共22页，编辑于2022年，星期三（二）单层非平行壁面导热（二）单层非平行壁面导热 圆管稳定导热计算式为：圆管稳定
7、导热计算式为：（6-5a6-5a）或：或：（6-5b6-5b）式中式中 L L管长（管长（m m）；）；d d1 1、d d2 2管内径和外径（管内径和外径（mmmm）。）。第11页，共22页，编辑于2022年，星期三二、热对流和对流换热二、热对流和对流换热o热对流：温度不同的流体各部分之间发生相热对流：温度不同的流体各部分之间发生相对位移，把热量从高温处带到低温处的热传对位移，把热量从高温处带到低温处的热传递现象。递现象。o对流换热：流动着的流体与温度不同的壁面对流换热：流动着的流体与温度不同的壁面接触时，它们之间所发生的热传递现象。接触时，它们之间所发生的热传递现象。o对流换热又分为受迫对
8、流和自然对流（或自对流换热又分为受迫对流和自然对流（或自由对流）换热。由对流）换热。第12页，共22页，编辑于2022年，星期三牛顿冷却定律牛顿冷却定律 (6-6)：对流换热系数对流换热系数或或放热系数放热系数：它表示在：它表示在单位时间内，当流体与壁面温差为单位时间内，当流体与壁面温差为1K时，流体时，流体通过壁面单位面积所交换的热量。其大小表征通过壁面单位面积所交换的热量。其大小表征对流换热的强弱。对流换热的强弱。第13页，共22页，编辑于2022年，星期三三、热辐射及辐射换热三、热辐射及辐射换热o热辐射热辐射：辐射能投射到物体上的能量，一般说来，一：辐射能投射到物体上的能量，一般说来，一
9、部分可能被部分可能被吸收吸收，一部分可能被，一部分可能被反射反射，另一部分可能，另一部分可能穿透穿透过物体。三者的百分比如以过物体。三者的百分比如以 、表示，表示，则则 =1=1 、和和 分别称为物体的吸收率、反射率和透射分别称为物体的吸收率、反射率和透射率。率。o绝对黑体绝对黑体：对于投射于其上的波长的能量，能全部：对于投射于其上的波长的能量，能全部吸收的理想物体，称为绝对黑体，简称吸收的理想物体，称为绝对黑体，简称黑体黑体。第14页，共22页，编辑于2022年，星期三黑体的辐射能力黑体的辐射能力 E E0 0=C=C0 0T T4 4 (6-7)(6-7)o上式称为上式称为斯蒂芬斯蒂芬-玻
10、尔兹曼定律玻尔兹曼定律，又称四次方，又称四次方定律。可改写成：定律。可改写成：（6-86-8）第15页，共22页，编辑于2022年，星期三o灰体：灰体：对投射来各种波长的射线均同程度吸收对投射来各种波长的射线均同程度吸收的物体，也即是其表面吸收率与波长无关的物的物体，也即是其表面吸收率与波长无关的物体。其辐射力为：体。其辐射力为：o辐射率：辐射率：上式改写成：上式改写成：（6-96-9）式中式中 ：物体的辐射率，又称为：物体的辐射率，又称为黑度黑度，数值在，数值在0 01 1之间。之间。第16页，共22页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 传热过程传热过程 实际换热过程往往是实际换热过程往
11、往是两种两种或或三种三种基本基本换热方式同时出现的复杂过程。工程领换热方式同时出现的复杂过程。工程领域内经常遇到的是高温流体通过固体壁域内经常遇到的是高温流体通过固体壁把热量传给低温流体。这种过程称为把热量传给低温流体。这种过程称为传传热过程热过程。第17页，共22页，编辑于2022年，星期三一维稳态传热过程中的热量传递一维稳态传热过程中的热量传递 在稳定传热情况下，墙一在稳定传热情况下，墙一侧表面的对流换热、墙壁的侧表面的对流换热、墙壁的导热量以及墙另一侧表面的导热量以及墙另一侧表面的对流换热量，三者均应相等。对流换热量，三者均应相等。得：得：第18页，共22页，编辑于2022年，星期三K-
12、传热系数传热系数 含义是当壁面两侧流体的温度差为含义是当壁面两侧流体的温度差为1K1K时，单位时间内通过每平方米的壁时，单位时间内通过每平方米的壁面所传递的热量。面所传递的热量。传热系数传热系数是表征传是表征传热过程强烈程度的标尺，热过程强烈程度的标尺，K K值越大，传值越大，传热量越多。热量越多。第19页，共22页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 气体射流简介气体射流简介o流体以较高的速度（属于紊流流态）经孔口、流体以较高的速度（属于紊流流态）经孔口、管嘴或条缝向四方无限空间的静止气体喷射称管嘴或条缝向四方无限空间的静止气体喷射称为为无限空间射流无限空间射流；如果外射到流动的流体中称；如果外射到流动的流体中称为伴随射流；而外射到有限空间中则称为为伴随射流；而外射到有限空间中则称为受限受限射流射流。它们的流动特征是射流流股与周围流体。它们的流动特征是射流流股与周围流体相互作用形成射流边界层，边界层的发展变化相互作用形成射流边界层，边界层的发展变化就构成了射流运动就构成了射流运动 。第20页，共22页，编辑于2022年，星期三（一）无限空间紊流射流的特征（一）无限空间紊流射流的特征第21页，共22页，编辑于2022年，星期三（二）有限空间射流（二）有限空间射流第22页，共22页，编辑于2022年，星期三