传热学三种传热形式PPT演示课件

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1、12课程特点课程特点实践性很强的科学实践性很强的科学,常称工程传热学常称工程传热学是一门专业基础课，联系基础课与专业是一门专业基础课，联系基础课与专业课的纽带与桥梁课的纽带与桥梁先修课程：高等数学、大学物理、计算先修课程：高等数学、大学物理、计算方法、方法、工程热力学工程热力学、流体力学流体力学等等3主要内容主要内容1 1 传热学概述传热学概述2 2 热量传递的基本方式热量传递的基本方式3 3 传热过程传热过程4 4 换热器换热器4研究研究热量传递规律热量传递规律的科学。的科学。热量传递的热量传递的机理、规律、计算方法机理、规律、计算方法热量传递过程的推动力：热量传递过程的推动力：温差，温差，

2、有温差就有温差就会有传热。会有传热。热力学第二定律：热量可以热力学第二定律：热量可以自发地由高温自发地由高温热源传给低温热源热源传给低温热源。5二、传热学的重要性和广泛性二、传热学的重要性和广泛性自然界与生产过程到处存在温差自然界与生产过程到处存在温差传热很普遍传热很普遍 范围广泛，无处不在，无时不有范围广泛，无处不在，无时不有日常生活中的例子日常生活中的例子若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持25度，那度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？冬天耳朵大的人为什么容易生冻疮？冬天耳朵大的人为什么容易生

3、冻疮？泰坦尼克号泰坦尼克号男女主人公的的结局为何不同？男女主人公的的结局为何不同？冬天树叶为什么向上的一面容易结霜？冬天树叶为什么向上的一面容易结霜？6在工程技术领域大量存在传热问题在工程技术领域大量存在传热问题动力、化工、制冷、建筑、环境、机械制动力、化工、制冷、建筑、环境、机械制造、新能源、造、新能源、微电子微电子、核能核能、航空航天航空航天、微机电系统（微机电系统（MEMS）、新材料、）、新材料、军事科军事科学与技术、生命科学与生物技术学与技术、生命科学与生物技术7三、传热学与工程热力学的关系三、传热学与工程热力学的关系1.相同点：传热学以热力学第一定律和相同点：传热学以热力学第一定律和

4、第二定律为基础（第二定律为基础（The First and Second Law of Thermodynamics）即：热量即：热量 Q 传递始终是从高温物体向低温传递始终是从高温物体向低温物体传递；在热量传递过程中若无能量物体传递；在热量传递过程中若无能量形式的转换，则热量始终保持守恒。形式的转换，则热量始终保持守恒。82.不同点不同点a）定义：）定义：工程热力学工程热力学：热能的性质、热能与机械能：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律。及其他形式能量之间相互转换的规律。传热学传热学：热量热量 Q 传递过程的规律。传递过程的规律。b）时间）时间 工程热力学工程热力学：不

5、考虑热量传递过程的时间。：不考虑热量传递过程的时间。传热学传热学：时间是重要参数。：时间是重要参数。9热量传递基本方式：热量传递基本方式：热传导、热传导、conduction热对流、热对流、convection热辐射热辐射 radiation在不同场合下，三种方式可能单独存在，也可能在不同场合下，三种方式可能单独存在，也可能产生不同的组合方式产生不同的组合方式太空飞船的传热太空飞船的传热/暖气片传热暖气片传热101.1.定义和特征定义和特征定义：指温度不同的物体各部分或温度不定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等

6、微观粒子热运动而进原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。行的热量传递现象。物质的属性：可以在固体、液体、气体中物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生发生11导热的特点导热的特点必须有温差必须有温差物体直接接触物体直接接触依靠分子、原子及自由电子等微观粒子依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量热运动而传递热量不发生宏观的相对位移不发生宏观的相对位移12132.导热机理导热机理气体：气体：气体分子不规则热运动时相互碰气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。撞的结果。导电固体：导电固体：自由电子运动。自由电子运动。非导电固体：非导电固体：晶格结构的振动。晶格结构的振动。液体

7、：液体：很复杂。很复杂。14温度场、等温线、等温面温度场、等温线、等温面(1)温度场：温度场：某时刻空间所有各点温度分布情况某时刻空间所有各点温度分布情况 温度场是时间和空间的函数，即：温度场是时间和空间的函数，即：0 ()ttf x,y,z 0 (,)ttf x,y,z三维非稳态温度场：三维非稳态温度场：三维三维稳态温度场：稳态温度场：一维稳态温度场：一维稳态温度场：),(yxft)(xft 二二维维稳态温度场：稳态温度场：(,)tf x y z稳态温度场稳态温度场非稳态温度场非稳态温度场),(zyxft),(zyxft 15 等温面等温面：同一时刻、温度场中所有温度相同的点所构成的面同一时

8、刻、温度场中所有温度相同的点所构成的面(3)等温线等温线：用一个平面与各等温面相交，在这个平面上得用一个平面与各等温面相交，在这个平面上得到等温线簇，又称温度等值线。到等温线簇，又称温度等值线。图图5-25-2(4)温度梯度温度梯度：温度改变的强烈程度，：温度改变的强烈程度，沿等温沿等温面法线方向上的温度增量与法向距离比值的面法线方向上的温度增量与法向距离比值的极限。极限。是向量；正向朝着温度增加的方向是向量；正向朝着温度增加的方向163 傅里叶公式傅里叶公式:1822年，法国数学家年，法国数学家Fourier：W 21twtwA2mW tAq：热流量热流量，单位时间传递的热量，单位时间传递的

9、热量WWq：热流密度热流密度，单位时间通过单位面积传递，单位时间通过单位面积传递的热量的热量:A：垂直于导热方向的截面积：垂直于导热方向的截面积m221wwttt：平壁两侧壁温之差：平壁两侧壁温之差 C:C)(mW热导率（导热系数）热导率（导热系数）Thermal conductivity平壁的厚度平壁的厚度m17Fourier定律：通用形式定律：通用形式12 ()WtwtwtdtAAAAgrad txxdx 2mW )(tgradxtAq热流量，热流量，单位时间传递的热量单位时间传递的热量W热流密度，热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量单位时间通过单位面积传递的热量热流密度与温度梯度成正

10、比，传热流密度与温度梯度成正比，传递方向与温度梯度方向相反。递方向与温度梯度方向相反。18Fourier定律定律导热热阻导热热阻rrtttqww21热路图热路图19热导率（导热系数）热导率（导热系数）(Thermal conductivity)tAW tA 具有单位温度差（具有单位温度差（1K）的单位厚度的物体）的单位厚度的物体(1m)，在它的单位面积上，在它的单位面积上(1m2)、每单位时间、每单位时间(1s)的导热量的导热量(J)热导率表示材料导热能力大小；物性参数；实验确定热导率表示材料导热能力大小；物性参数；实验确定20气体液体非金属固体金属;)(398CmW纯铜;)(6.0CmW水）

11、（空气CCmW20 )(026.0冬天在新建的房屋感到暖和还是在旧房感到暖和？冬天在新建的房屋感到暖和还是在旧房感到暖和？21例 题例 题 1-1 有 三 块 分 别 由 纯 铜（热 导 率有 三 块 分 别 由 纯 铜（热 导 率1=398W/(mK)）、碳钢（热导率）、碳钢（热导率2=40W/(mK)）和）和石棉（热导率石棉（热导率3=0.15W/(mK)）制成的大平板，厚度）制成的大平板，厚度都为都为10mm，两侧表面的温差都维持为，两侧表面的温差都维持为tw1 tw2=50不变，试求通过每块平板的导热热流密度。不变，试求通过每块平板的导热热流密度。解：解：这是通过大平壁的一维稳态导热问

12、题，对于纯铜板，这是通过大平壁的一维稳态导热问题，对于纯铜板，Wttq62w1w111099.101.0/5039822对于黄铜板对于黄铜板 Wttq62w1w221000075.001.0/5015.0对于石棉板对于石棉板 Wttq62w1w32102.001.0/504023平壁和圆筒壁的一维稳态导热平壁和圆筒壁的一维稳态导热一、通过平壁的一维稳态导热一、通过平壁的一维稳态导热边界条件：边界条件：x=0时，时，t=t1；x=时，时，t=t2；ttq2112/AtttqR 12ttt 温压或温差温压或温差 AR平壁导热的面积热阻平壁导热的面积热阻(m2?K/W)单位时间内，通过截面积单位时间

13、内，通过截面积A A的热流量：的热流量：12/ttqAA 24二、通过二、通过n层平壁的一维稳态导热层平壁的一维稳态导热14312123123AAAtttqRRR11niAiiiitttqRn 层平壁的总温压（层平壁的总温压（或或K）第第i 层平壁的厚度（层平壁的厚度（m）第第i 层平壁材料的导热系数，层平壁材料的导热系数，W/(m?K)第第i 层平壁的导热面积热阻，层平壁的导热面积热阻，(m2?K)/W25各层接触面上的温度各层接触面上的温度 111111jjjjjjjttqtq第一层：第一层：11122111()qttttq第二层：第二层：22233222()qttttq第第j层：层：1(

14、)jjjjqtt26二、通过圆筒壁的一维稳态导热二、通过圆筒壁的一维稳态导热1.微元圆筒壁的热流量微元圆筒壁的热流量 12212ln(/)ttldd 2.单位管长的热流量单位管长的热流量 1221ln21ddttll3.每米长度单层圆筒壁的热阻每米长度单层圆筒壁的热阻 211ln2ldRd热流密度热流密度 与与半径半径 r 成反成反比！比！274.圆筒壁内温度分布：圆筒壁内温度分布：111221ln()()ln()wwwd dttttdd12:wwtt若向上凹12:wwtt若向上凸11ln2dttld12212ln(/)ttldd 285.n层圆筒壁层圆筒壁导热热流量可按总温差和总热阻计算导热

15、热流量可按总温差和总热阻计算1(1)11 1ln2ww nniiiittdLd通过单位长度圆筒壁的热流量通过单位长度圆筒壁的热流量1(1)11 1ln2ww nlniiiittdd 各层接触面上的温度各层接触面上的温度 1111ln2iiliiidttd29例例 锅炉炉墙由三层材料组成：内层为耐火砖，厚度锅炉炉墙由三层材料组成：内层为耐火砖，厚度230mm，导热系数为导热系数为1.1W/(m?K)；中间层为石棉隔热层，厚度为；中间层为石棉隔热层，厚度为60mm，导热系数为导热系数为0.1W/(m?K)；外层为红砖，厚度为；外层为红砖，厚度为240mm，导热系数，导热系数0.58W/(m?K)；

16、已知炉墙内、外表面的温度分别为；已知炉墙内、外表面的温度分别为500和和50，试求通过炉墙的热流密度和各层接触面处的温度。试求通过炉墙的热流密度和各层接触面处的温度。解：解：11431223AiitttqR2110.23m0.21(mK)/W1.1W/(m K)2220.06m0.60(mK)/W0.1W/(m K)2330.24m0.41(mK)/W0.58W/(m K)22(50050)K368.9W/m(0.210.600.41)(mK)/Wq30iiiiqtt1111211ttq=50 0-368.9 W/m20.21=422.5 212321212ttqtq=500-368.9W/m

17、2(0.21+0.60)=201.2 讨论：讨论：斜率的大小与热导率的关系？斜率的大小与热导率的关系？31例例 蒸汽管道的内径为蒸汽管道的内径为160mm，外径为，外径为170mm。管外覆有两。管外覆有两层保温材料，第一层的厚度层保温材料，第一层的厚度1=30mm，第二层厚度，第二层厚度2=50mm。设钢管和两层保温材料的导热系数分别为设钢管和两层保温材料的导热系数分别为1=50W/(m?K)、2=0.15W/(m?K)和和3=0.08W/(m?K)。若已知蒸汽管内表面温度。若已知蒸汽管内表面温度t1=300，第二层保温材料的外表面温度，第二层保温材料的外表面温度t4=50，试求每米长蒸汽，试

18、求每米长蒸汽管的散热损失和各层接触面上的温度。管的散热损失和各层接触面上的温度。解：解：由由d1=0.16m、d2=0.17m d3=d2+21=0.23m，d4=d3+22=0.33m 每米长管道的热流量每米长管道的热流量 1411324,112233111lnlnln222nll iittttdddRddd 2 3.1416(30050)C10.17m10.23m10.33mlnlnln50W/(m K)0.16m0.15W/(m K)0.17m0.08W/(m K)0.23m240W/m32各层接触面上的温度各层接触面上的温度 221111ln2ldttd10.17m300 C240W/

19、mln299.5 C2 3.1416 50W/(mC)0.16m332221ln2ldttd10.23m299.5 C240W/mln222.5 C2 3.1416 0.15W/(mC)0.17m 结果表明，由于钢管壁的导热热阻极小。因此两侧表面结果表明，由于钢管壁的导热热阻极小。因此两侧表面温度差很小，相对于绝热层，薄金属壁的热阻常可忽略不计。温度差很小，相对于绝热层，薄金属壁的热阻常可忽略不计。33在导热温差一定的情况下，增加或者减小导热热阻是增强在导热温差一定的情况下，增加或者减小导热热阻是增强和削弱导热的根本途径。和削弱导热的根本途径。r强化导热：强化导热：换热器换热器,冷凝器采用金属

20、质管冷凝器采用金属质管削弱导热：削弱导热：保温材料，保温材料，压力容器的保温，蒸压力容器的保温，蒸汽管道的保温管道汽管道的保温管道34实际过程都是不稳定过程实际过程都是不稳定过程锻工：将铸铁放入火焰中加热的过程锻工：将铸铁放入火焰中加热的过程35热对流热对流(convection)与对流换热与对流换热361.热对流热对流 定义与特征定义与特征定义：流体中（气体或液体）温度不同的定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。把热量由一处传递到另一处的现象。流体中有温差流体中有温差 热对流必然同时伴随着热

21、传热对流必然同时伴随着热传导，导，对流换热对流换热：流动的流动的流体与温度不同的固体壁流体与温度不同的固体壁间接触时的热量交换过程间接触时的热量交换过程Convection heat transfer37对流换热的特点对流换热的特点对流换热与热对流对流换热与热对流不同，既有热对流，也不同，既有热对流，也有导热；是导热与热对流同时存在的复杂有导热；是导热与热对流同时存在的复杂热传递过程热传递过程必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；动；也必须有温差也必须有温差38对流换热分类对流换热分类39流动边界层概念：流动边界层概念：当粘性流体流过物体表面时，会形成速当

22、粘性流体流过物体表面时，会形成速度梯度很大的度梯度很大的流动边界层流动边界层；由于粘性作用，流体由于粘性作用，流体流速在靠近壁面处随流速在靠近壁面处随离壁面的距离的缩短离壁面的距离的缩短而逐渐降低；在贴壁而逐渐降低；在贴壁处被滞止。处被滞止。层流边界层：壁面与流体间的热流传递主要靠流体的导热。层流边界层：壁面与流体间的热流传递主要靠流体的导热。紊流边界层：紊流边界层：层流底层层流底层内热流传递主要靠导热，在紊流区，靠热对流，热阻主要集中在层流底层。减薄边界层，减小对流换热热阻，增强换热流体外掠平板时的流动边界层流体外掠平板时的流动边界层r40 边界层厚度边界层厚度定义：定义：u/u=0.99

23、处离壁的距离处离壁的距离 为边界层厚度为边界层厚度1.小：空气外掠平板，小：空气外掠平板，u=10m/s：mm5.2 ;mm8.1200100mmxmmx2.边界层内：边界层内：平均速度梯度很大；平均速度梯度很大；y=0处的速度梯度最大处的速度梯度最大特征特征:3.流场可以划分为两个区：流场可以划分为两个区：边界层区与主流区边界层区与主流区41当壁面与流体间有温差时，会产生温度梯度很大的温度边界层当壁面与流体间有温差时，会产生温度梯度很大的温度边界层（热边界层）（热边界层）Tw0,0,0.990.99()wwtwWyTTyTTTT厚度厚度 t t 范围范围 热边界层热边界层 与与 t 不一定相

24、等不一定相等流动边界层与热边界层的状况决定了热量传递过程和边界层内的温度分布流动边界层与热边界层的状况决定了热量传递过程和边界层内的温度分布42W )(tthAw2mW )(fwtthAq对流换热的基本计算公式对流换热的基本计算公式牛顿冷却公式牛顿冷却公式h 表面传热系数表面传热系数 热流量热流量W，单位时间传递的热量，单位时间传递的热量q2mW 热流密度热流密度K)(mW2A2m 与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积wt C 固体壁表面温度固体壁表面温度t 流体温度流体温度 C对流换热量的大小与壁面面积、对流换热量的大小与壁面面积、流体与壁面间的温差成正比。流体与壁面间的温差成正比。43

25、 当流体与壁面温度相差当流体与壁面温度相差1 1度时、每单位壁面面积度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量上、单位时间内所传递的热量 ()whA ttK)(mW2影响影响h因素：因素：流速、流体物性、壁面形状大小等流速、流体物性、壁面形状大小等hhrthtqRthAt 1 )(1对流换热系数对流换热系数(表面传热系数表面传热系数)对流换热热阻：对流换热热阻：)(1WChARh 12WCmhrh44一些对流换热的表面传热系数数值范围 对流换热类型 表面传热系数 h W/(m2K)空气自然对流换热110 水自然对流换热 2001000 空气强迫对流换热10100 水强迫对流换热100150

26、00 水沸腾250035000 水蒸气凝结50002500045(2)流动状态流动状态/边界层边界层层流湍流hh(3)流体有无相变流体有无相变单相相变hh层流：整个流场呈一簇互相平行的流线层流：整个流场呈一簇互相平行的流线湍流：流体质点做复杂无规则的运动，层流底层湍流：流体质点做复杂无规则的运动，层流底层单相换热：单相换热：相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等(1)流动起因流动起因自然对流：自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产 生的流动生的流动自然强制hh影响对流换热系数的因素强制对流：强制对流：

27、由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动 46(4)换热表面的几何因素：换热表面的几何因素：内部流动对流换热：管内或槽内内部流动对流换热：管内或槽内外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束47(5)流体的热物理性质：流体的热物理性质：热导率热导率 C)(mW 密度密度 mkg 3比热容比热容 C)(kgJ c动力粘度动力粘度msN 2运动粘度运动粘度 sm 2体胀系数体胀系数 K1 ppTTvv11流体内部和流体与壁面导热热阻减小流体内部和流体与壁面导热热阻减小 ch、单位体积能携带更多能量单位体积能携带更

28、多能量h粘性阻碍流动粘性阻碍流动增强自然对流增强自然对流h48紊流流动状态层流流动状态边界层速度分布曲线边界层温度分布曲线twtx0yx0y49a)管内流体纵向流动强制对流换热管内流体纵向流动强制对流换热b)管外流体横行流动强制对流换热管外流体横行流动强制对流换热1)主要影响因素：流体的流动状态、流体物性、管道尺寸。主要影响因素：流体的流动状态、流体物性、管道尺寸。2)其它影响因素：入口效应、弯管影响、热流方向的影响其它影响因素：入口效应、弯管影响、热流方向的影响50对于液体：对于液体：主要是粘性随温度而变化主要是粘性随温度而变化流体平均温度相同的条件下，流体平均温度相同的条件下，液体被加热时

29、的表面传热系数液体被加热时的表面传热系数高于液体被冷却加热时的值高于液体被冷却加热时的值 t对于气体：对于气体：除了粘性，还有密度除了粘性，还有密度 和热导率等和热导率等，t51弯管效应弯管效应二次环流二次环流离心力离心力换热增强换热增强52管壁粗糙度的影响管壁粗糙度的影响粗糙管：铸造管、冷拔管等粗糙管：铸造管、冷拔管等湍流湍流：粗糙度：粗糙度 层流底层厚度层流底层厚度 时时:换热增强换热增强层流层流：影响不大：影响不大粗糙度粗糙度 层流底层厚度层流底层厚度 时时:影响不大影响不大有时利用粗糙表面强化有时利用粗糙表面强化换热换热强化表面强化表面53主要影响因素：流体的流动状态、流体物性、几何因

30、素。主要影响因素：流体的流动状态、流体物性、几何因素。1）横掠单管：脱体绕流）横掠单管：脱体绕流流体在管外的流动方向与管子轴向方向垂直流体在管外的流动方向与管子轴向方向垂直左右在时，流动是湍流，产生在时，流动是层流，产生时，不产生脱体C140105.1ReC8580105.1Re1010Re5554b）横掠管束换热）横掠管束换热 影响横掠管束对流换热的因素：影响横掠管束对流换热的因素：1)1)排列方式：叉排和排列方式：叉排和顺排顺排,2),2)管子排数管子排数;3);3)管间距管间距(s(s1 1 和和s s2 2)。55加热表面加热表面56主要特点：主要特点：a 沸腾：沸腾：工质内部形成大量

31、气泡并由液态转换到气态的一工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态的一种剧烈的汽化过程种剧烈的汽化过程 b 沸腾换热：沸腾换热：指工质通过气泡运动带走热量，并使其冷指工质通过气泡运动带走热量，并使其冷却的一种传热方式却的一种传热方式加热面上产生的汽泡能自由上升，并在上升过程中不受液体流动的影响，液体的运动只是由自燃对流和汽泡的扰动引起。加热表面加热表面57大容器饱和沸腾曲线大容器饱和沸腾曲线：4 4个不同阶段：个不同阶段：自然对流自然对流、核态沸腾核态沸腾、过渡沸腾、过渡沸腾、稳定膜态沸腾稳定膜态沸腾CHF,Critical Heat Flux：工程意义。工程意义。Departure from

32、Nucleate Boiling 58说明说明：（1）热流密度的）热流密度的峰值峰值qmax 称称为为临界热流密度临界热流密度或或临界临界热通量热通量（CHF），亦称，亦称烧毁点烧毁点。一般用。一般用核态沸核态沸腾转折点腾转折点DNB作为监视作为监视接近接近qmax的警戒。这一点的警戒。这一点对热流密度可控和温度对热流密度可控和温度可控的两种情况都非常可控的两种情况都非常重要。重要。（2）对稳定膜态沸腾，因为）对稳定膜态沸腾，因为热量必须穿过的是热阻热量必须穿过的是热阻较大的汽膜，所以换热较大的汽膜，所以换热系数比凝结小得多。系数比凝结小得多。59过冷水强制对流换热阶段 过冷沸腾换热饱和沸腾换

33、热阶段液膜强制对流换热阶段湿蒸汽强制对流换热阶段过热蒸汽的强迫对流换热60蒸汽与低于相应压力下饱和温度的冷壁面接触时，就会被冷却而凝结成液体依附在壁面上，同时放出汽化潜热给壁面，这种现象叫凝结换热。润湿性液体在冷壁面上会铺展成一层完整的液膜，称为润湿性液体在冷壁面上会铺展成一层完整的液膜，称为膜状凝结膜状凝结。非润湿性液体的蒸汽凝结时，凝结液体在冷壁面上凝聚成一颗非润湿性液体的蒸汽凝结时，凝结液体在冷壁面上凝聚成一颗颗小液珠，并逐渐成长。在重力作用下液珠向下滚落，同时将颗小液珠，并逐渐成长。在重力作用下液珠向下滚落，同时将沿途的液珠带走，壁面重复液珠的形成和成长下落的过程，这沿途的液珠带走，壁

34、面重复液珠的形成和成长下落的过程，这种凝结形式称为种凝结形式称为珠状凝结珠状凝结。61gswtt 膜状凝结膜状凝结沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递。膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递。珠状凝结珠状凝结当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结（

35、可能大几倍，甚至一个数量级）（可能大几倍，甚至一个数量级）gswtt 珠状凝结换热远大于膜状凝结，但珠状凝结很难保持，珠状凝结换热远大于膜状凝结，但珠状凝结很难保持，工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结。工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结。62影响膜状凝结的因素影响膜状凝结的因素1.1.不凝结气体不凝结气体 不凝结气体增加了传递过程的阻力，同时使不凝结气体增加了传递过程的阻力，同时使饱和温度下降，减小了凝结的驱动力饱和温度下降，减小了凝结的驱动力t 2.2.蒸气流速蒸气流速 流速较高时，蒸气流对液膜表面产生粘滞应力：流速较高时，蒸气流对液膜表面产生粘滞应力：如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时

36、，使液如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液膜拉薄，膜拉薄，h h 增大；反之使增大；反之使 h h 减小。减小。3.3.管子的排列方式管子的排列方式 4.4.冷却表面的影响冷却表面的影响 粗糙度，结垢生锈粗糙度，结垢生锈20Re 1600Rec无波动层流无波动层流有波动层流有波动层流湍流湍流液膜气膜twtstv63凝结表面的几何形状凝结表面的几何形状强化凝结换热强化凝结换热的原则的原则尽量减薄粘滞在换热尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度。表面上的液膜的厚度。可用各种可用各种带有尖峰的表带有尖峰的表面面使在其上冷凝的液膜使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使拉薄，或者使已凝结的已凝结的液体尽快从换

37、热表面上液体尽快从换热表面上排泄掉排泄掉。64对流换热总结对流换热总结65三、热辐射三、热辐射（Thermal radiation）1.定义定义辐射：物体通过电磁波来传递热量的方式。辐射：物体通过电磁波来传递热量的方式。实质：由于热的原因引起物体内部电子实质：由于热的原因引起物体内部电子的震动，通过由此而产生的热射线向外的震动，通过由此而产生的热射线向外发射辐射能。发射辐射能。辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递 Radiation heat transfer热辐射：热射线的传播过程热辐射：热射线的传播过程66 电磁波谱672.辐射换热的特点辐射换热的特

38、点不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量质的存在，在真空中就可以传递能量在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能物体热力学能 电磁波能电磁波能 物体热力学能物体热力学能无论温度高低，物体都在不停地相互发射电无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量;总总的结果是热由高温传到低温的结果是热由高温传到低温68物体能将外界投射来

39、的辐射能全部吸收黑体物体能将外界投射来的辐射能全部吸收黑体3 辐射能的吸收、反射和投射辐射能的吸收、反射和投射能量守恒原理能量守恒原理GRGDGAGGGGGDRA1DRA吸收率吸收率反射率反射率透射率透射率0,1DRA物体能将外界投射来的辐射能全部反射物体能将外界投射来的辐射能全部反射入射角等于反射角镜体；漫反射白体入射角等于反射角镜体；漫反射白体0,1DAR外界投射到物体上的辐射能全部透过物体透明体外界投射到物体上的辐射能全部透过物体透明体0,1RAD69固体、液体：对辐射能的吸收只在物体表固体、液体：对辐射能的吸收只在物体表面薄层内进行，可认为其透射率：面薄层内进行，可认为其透射率：D=0

40、D=03.辐射能的吸收、发射和投射辐射能的吸收、发射和投射GRGDGAG1DRA1 DA表面辐射表面辐射气体：对热辐射几乎不能反射，即：气体：对热辐射几乎不能反射，即：R=0R=01D1 RA对称的双原子气体、纯净空气，可认对称的双原子气体、纯净空气，可认为其基本不吸收辐射能，即为其基本不吸收辐射能，即A0A0体体积积辐辐射射704.斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）黑体的辐射能力与吸收能力最强黑体的辐射能力与吸收能力最强Ludwig Boltzmann(1844-1906)黑体向外发射的辐射能：黑体向外发射的辐射能：24mW TEbb 绝对黑体

41、辐射力绝对黑体辐射力 黑体表面的绝对温度（热力学温度）黑体表面的绝对温度（热力学温度）斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数，bET b)K(mW105.6742-8 K71实际物体辐射能力：低于同温度黑体实际物体辐射能力：低于同温度黑体24mW TEb 实际物体表面的发射率（黑度），实际物体表面的发射率（黑度），01；与物体；与物体的种类、表面状况和温度有关的种类、表面状况和温度有关(Emissivity)72对于两个相距很近的黑体表面，由于一对于两个相距很近的黑体表面，由于一个表面发射出来的能量几乎完全落到另个表面发射出来的能量几乎完全落到另一个表面上，那么它们之间的辐射换热一个表面上，那么它们之间的辐射换热量为量为：)(4241TTAQT1T2QA7374本章小节本章小节掌握以下内容：掌握以下内容：热热量传递的三种基本方式，传热过程，以及热热量传递的三种基本方式，传热过程，以及热阻概念等热阻概念等能对工程实际中简单的传热问题和现象能对工程实际中简单的传热问题和现象进行分析（由那些换热方式和环节组成）进行分析（由那些换热方式和环节组成）能利用三个定律进行简单的计算能利用三个定律进行简单的计算能解释一些与传热有关的现象能解释一些与传热有关的现象