傳輸原理-第10章冶金傳輸原理-傳熱2

冶金傳輸原理-傳熱上節(jié)內(nèi)容回顧對(duì)流換熱系數(shù)的單位、物理意義、影響因素對(duì)流換熱能量微分方程的推導(dǎo)對(duì)流換熱相似特征數(shù)的表達(dá)式及物理意義第10章對(duì)流換熱10.1對(duì)流換熱機(jī)理及影響因素10.2對(duì)流換熱微分方程組10.3對(duì)流換熱的準(zhǔn)數(shù)方程式10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱的計(jì)算10.5自然對(duì)流換熱的計(jì)算10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-外掠平板1．層流邊界層對(duì)流換熱微分方程組N-S方程能量微分方程連續(xù)性方程邊界換熱微分方程普朗特?cái)?shù)將溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)完全一致10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-外掠平板2．對(duì)流換熱系數(shù)的近似積分解法一二三四通過(guò)邊界層控制體的能量平衡，建立能量積分方程利用邊界層特性，假定溫度場(chǎng)分布求解能量積分方程求對(duì)流換熱系數(shù)10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-外掠平板局部值

努塞爾數(shù)斯坦頓數(shù)10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-外掠平板平均值10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-外掠平板適用條件

1）Pr>1氣體：Pr=0.6～1.0近似適用液體金屬：Pr=0.001～0.2不適用一般液體：Pr=1～50適用2）Re<5×105

3）定性溫度例10-1P13910.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-外掠平板能量方程

傅里葉數(shù)溫度場(chǎng)隨時(shí)間的變化特征貝克來(lái)數(shù)溫度場(chǎng)隨空間的變化特征1．相似理論-模型實(shí)驗(yàn)法（1）利用相似轉(zhuǎn)換法求相似特征數(shù)10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-管內(nèi)流動(dòng)123努塞爾數(shù)表征對(duì)流換熱作用強(qiáng)弱斯坦頓數(shù)表征對(duì)流換熱作用強(qiáng)弱普朗特?cái)?shù)將動(dòng)量傳輸與熱量傳輸聯(lián)系起來(lái)邊界換熱微分方程

10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-管內(nèi)流動(dòng)N-S方程強(qiáng)制流動(dòng)狀態(tài)慣性力/黏性力自然流動(dòng)狀態(tài)浮升力/黏性力10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-管內(nèi)流動(dòng)（2）建立特征數(shù)方程穩(wěn)定流動(dòng)紊流強(qiáng)制對(duì)流換熱自然對(duì)流換熱（3）模型實(shí)驗(yàn)確定待定系數(shù)10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-管內(nèi)流動(dòng)（4）經(jīng)驗(yàn)公式管內(nèi)紊流強(qiáng)制對(duì)流換熱，以迪塔斯-波爾特公式最著名：m—液體被加熱或氣體被冷卻時(shí)m=0.4液體被冷卻或氣體被加熱時(shí)m=0.3定性溫度為流體的平均溫度Tf

—溫差修正系數(shù)；—管長(zhǎng)修正系數(shù)；—彎曲修正系數(shù)10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-管內(nèi)流動(dòng)公式適用條件：1）紊流強(qiáng)制對(duì)流光滑直管

Re=104~1.2×105直管，管內(nèi)為氣體管內(nèi)為液體10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-管內(nèi)流動(dòng)彎管2）普朗特?cái)?shù)：Pr=0.6~1203）溫度差限制：氣體水油類4）定形尺寸：管內(nèi)徑，非圓管用當(dāng)量直徑。10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-管內(nèi)流動(dòng)n=0.4強(qiáng)化對(duì)流換熱的措施：1）流體種類液體>氣體2）提高流速v，減小管徑d，流速效果>管徑效果3）為減小圓管當(dāng)量直徑，可將圓管改為橢圓管4）增加表面粗糙度10.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-管內(nèi)流動(dòng)過(guò)渡流對(duì)流換熱

Re=2300～104

層流對(duì)流換熱

定性溫度為T(mén)f

；例10-3P14410.4強(qiáng)制對(duì)流換熱-管內(nèi)流動(dòng)10.5自然對(duì)流換熱自然對(duì)流換熱特點(diǎn)Grashoff數(shù)表征浮力與粘性力的相對(duì)大小，自然對(duì)流換熱中，反映自然對(duì)流對(duì)換熱的影響。Gr值越大，引起對(duì)流的浮力相對(duì)于阻力越大，自然對(duì)流也越強(qiáng)烈。不依靠泵或風(fēng)機(jī)等外力推動(dòng),由于流體內(nèi)部存在溫度差導(dǎo)致流體中質(zhì)量力分布不均勻所引起的流動(dòng),稱為自然對(duì)流。不均勻的溫度場(chǎng)造成不均勻的密度場(chǎng)豎平壁上常物性自然對(duì)流Tw＝常量數(shù)學(xué)模型

邊界層外流體壓力為靜壓力

邊界層外流體速度為零10.5自然對(duì)流換熱驅(qū)動(dòng)（受熱層）摩擦力～浮升力被驅(qū)動(dòng)（未受熱層）摩擦力～慣性力向上流動(dòng)的流體并不限于厚度為

T這一層流體，受熱向上運(yùn)動(dòng)的流體層對(duì)外側(cè)未受熱流體的粘性拖曳作用，使未受熱流體向上流動(dòng)。10.5自然對(duì)流換熱浮升力～慣性力摩擦力～浮升力在

T外，流體溫度不變化，浮升力未零，粘性力引起的拖曳作用幾乎不存在，流體不運(yùn)動(dòng)，速度分布和溫度分布的寬度相同。10.5自然對(duì)流換熱10.5自然對(duì)流換熱自然對(duì)流換熱經(jīng)驗(yàn)公式：C、n取決于流動(dòng)性質(zhì)、表面形狀、表面朝向查表11-2P146表面溫度為常數(shù)的自然對(duì)流換熱限制條件：

例10-4P147自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流的混合對(duì)流換熱管內(nèi)自然對(duì)流對(duì)強(qiáng)制對(duì)流換熱的影響分析：=浮升力/慣性力自然對(duì)流的影響可忽略，純強(qiáng)制對(duì)流換熱純自然對(duì)流換熱混合對(duì)流換熱10.5自然對(duì)流換熱小結(jié)一、本課的基本要求1．掌握管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的對(duì)流換熱計(jì)算。2．掌握自然對(duì)流換熱計(jì)算。二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的對(duì)流換熱計(jì)算。難點(diǎn)：強(qiáng)化對(duì)流換熱措施的分析。三、作業(yè)習(xí)題P1497、9、10、11主要內(nèi)容：對(duì)流換熱的分類及研究方法，牛頓冷卻公式與對(duì)流換熱系數(shù)，熱邊界層與對(duì)流換熱機(jī)理，流體流過(guò)平板時(shí)對(duì)流換熱，管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的對(duì)流換熱，自然對(duì)流換熱。重點(diǎn)：牛頓冷卻公式與對(duì)流換熱系數(shù)，管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的對(duì)流換熱。難點(diǎn)：熱邊界層與對(duì)流換熱機(jī)理。基本要求：掌握對(duì)流換熱系數(shù)的物理意義，管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的對(duì)流換熱量計(jì)算；會(huì)計(jì)算自然對(duì)流換熱量。本章小結(jié)

第11章輻射換熱11.1熱輻射的基本概念11.2熱輻射的基本定律11.3固體和液體及灰體的輻射11.4黑體間的輻射換熱及角系數(shù)11.5灰體間的輻射換熱11.6氣體輻射11.6對(duì)流與輻射共存時(shí)的熱量傳輸11.1輻射換熱的基本概念1．熱輻射的特點(diǎn)可見(jiàn)光（0.38-0.76μm)

紅外線（0.76-1000μm）熱射線（0.1-100μm）輻射換熱是指物體之間通過(guò)相互輻射和吸收進(jìn)行的熱量傳輸過(guò)程。物體由于自身溫度引起的發(fā)射輻射能的現(xiàn)象,依靠熱射線（電磁波）傳遞熱量熱輻射工程上的熱輻射集中在0.76～40微米的紅外線部分——紅外線輻射。1不需要物質(zhì)作傳熱媒介，而是依靠發(fā)射電磁波來(lái)傳遞熱量。2伴隨著能量形式的兩次轉(zhuǎn)化.輻射時(shí):內(nèi)能-輻射能吸收時(shí):輻射能-內(nèi)能3物體T＞0K，進(jìn)行熱輻射熱輻射的特點(diǎn)11.1輻射換熱的基本概念輻射能的吸收、反射和投射吸收熱能

低溫物體熱能高溫物體輻射能流（熱射線）GGRGDGA穿透

與中間介質(zhì)無(wú)關(guān)而由電磁波傳輸反射

11.1輻射換熱的基本概念2．輻射能的吸收、反射與透過(guò)反射率11.1輻射換熱的基本概念固體、液體：對(duì)輻射能的吸收只在物體表面薄層內(nèi)進(jìn)行，可認(rèn)為其透射率：

=0氣體：對(duì)熱輻射幾乎不能反射，即：

=0對(duì)稱的雙原子氣體、純凈空氣，可認(rèn)為其基本不吸收輻射能，即

≈0體積輻射吸收率透過(guò)率表面輻射物體能將外界投射來(lái)的輻射能全部吸收－－黑體能量守恒原理吸收率反射率透射率物體能將外界投射來(lái)的輻射能全部反射入射角等于反射角－－鏡體；漫反射－－白體外界投射到物體上的輻射能全部透過(guò)物體－－透明體一般固體、液體表面輻射

=0

+

=1一般氣體體積輻射

=0

+

=111.1輻射換熱的基本概念3.黑體模型空腔吸收率0.6小孔面積/空腔內(nèi)表面積<0.6%小孔吸收率0.99611.1輻射換熱的基本概念符號(hào)：符號(hào)：E

4.輻射力輻射力：發(fā)射物體每單位表面積、單位時(shí)間內(nèi)向半球空間所發(fā)射的全部波長(zhǎng)的能量。單色輻射力：若輻射能力僅指某波長(zhǎng)λ下波長(zhǎng)間隔dλ范圍內(nèi)所發(fā)射的能量。單位：W/m2單位：W/m2.μm11.1輻射換熱的基本概念方向輻射力：某方向θ的能量EθW/m2.sr11.2熱輻射的基本定律

1.普朗克定律

W/(m2·μm)維恩定律:λmax·T=2897.6μm·K揭示了黑體輻射能量按波長(zhǎng)的分布規(guī)律<500~550℃600℃800~850℃1000℃1300℃

不發(fā)光暗紅色鮮紅色桔黃色亮白色應(yīng)用：一定，光學(xué)高溫計(jì)

紅外溫度計(jì)11.2熱輻射的基本定律

2.斯忒藩—玻耳茲曼定律W/m2

Cb—黑體輻射系數(shù)，5.67，W/(m2·K4)

四次方定律全輻射高溫計(jì)11.2熱輻射的基本定律

3.基爾霍夫定律吸收率a表示物體相對(duì)于黑體的吸收能力黑度ε表示物體相對(duì)于黑體的輻射能力熱平衡11.2熱輻射的基本定律

3）,不能吸收的，也不能輻射；不能輻射的，也不能吸收。2）吸收能力強(qiáng)，輻射能力強(qiáng)；1）黑體,吸收能力最大，輻