工程传热学基本理论锅炉培训.ppt
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1、锅炉培训,2,2024/5/2,基本理论,工程传热学,3,2024/5/2,工程传热学,研究热量传递规律的科学,具体来讲主要有热量传递的机理、规律、计算和测试方法热量传递过程的推动力:温差 热力学第二定律:热量可以自发地由高温热源传给低温热源 有温差就会有传热 温差是热量传递的推动力,传热学(Heat Transfer),4,2024/5/2,(1)热力学+传热学=热科学(Thermal Science),系统从一个平衡态到另一个平衡态的过程中传递热量的多少。,关心的是热量传递的过程,即热量传递的速率。,热力学:传热学:,传热学与热力学的区别,(2)传热学以热力学第一定律和第二定律为基础,即
2、始终从高温热源向低温热源传递,如果没有能量形式的转化,则 始终是守恒的,传热学与工程热力学的关系,工程传热学,5,2024/5/2,工程传热学,热量传递的三种基本方式,热量传递的三种基本方式:导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。,1 导热(热传导)(Conduction),(1)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、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,(2)物质的属性:可以在固体、液体、气体中发生,(3)导热的特点:a 必须有温差;b 物体直接接触;c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量;d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固
3、体中。,6,2024/5/2,(4)导热的基本定律:1822年,法国数学家傅里叶Fourier:,上式称为Fourier定律,号称导热基本定律,是一个一维稳态导热。其中:,:热流量,单位时间传递的热量W;q:热流密度,单位时间通过单位面积传递的热量;A:垂直于导热方向的截面积m2;:导热系数(热导率)W/(m K)。,图1-2 一维稳态平板内导热,工程传热学,7,2024/5/2,工程传热学,(5)导热系数 表征材料导热能力的大小,是一种物性参数,与材料种类和温度关。,(6)一维稳态导热及其导热热阻 如图所示,稳态 q=const,于是积分Fourier定律有:,8,2024/5/2,工程传热
4、学,2 对流(热对流)(Convection),(1)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把热量由一处传递到另一处的现象。,(2)对流换热:当流体流过一个物体表面时的热量传递 过程,他与单纯的对流不同,具有如下特点:a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触(流体与壁面)和宏观运动;也 必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层,对流换热的分类 无相变:强迫对流和自然对流 有相变:沸腾换热和凝结换热,9,2024/5/2,工程传热学,对流换热中边界层的示意图,10,2024/5/2,工程传热学,(4)对流换热的基本计算公式牛顿冷却公式
5、(了解),11,2024/5/2,工程传热学,(5)对流换热系数(表面传热系数)(了解),当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量,影响h因素:流速、流体物性、壁面形状大小等,12,2024/5/2,工程传热学,(6)对流换热热阻:(了解),13,2024/5/2,工程传热学,3 热辐射(Thermal radiation),(2)特点:a 任何物体,只要温度高于0 K,就会不停地向周围空间发出热辐射;b 可以在真空中传播;c 伴随能量形式的转变;d 具有强烈的方向性;e 辐射能与温度和波长均有关;f 发射辐射取决于温度的4次方。,(1)定义:有热运动产生的,以电磁
6、波形式传递能量的现象,(3)生活中的例子:a 当你靠近火的时候,会感到面向火的一面比背面热;b 冬天的夜晚,呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时 要舒服;c 太阳能传递到地面 d 冬天,蔬菜大棚内的空气温度在0以上,但地面却可能 结冰。,14,2024/5/2,工程传热学,15,2024/5/2,工程传热学,(4)辐射换热:物体间靠热辐射进行的热量传递,它与单纯的热辐射不同,就像对流和对流换热一样。,(5)辐射换热的特点,a 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b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能c 无论温度高低,物
7、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体的能量大于低温物 体辐射给高温物体的能量;总的结果是热由高温传到低温,16,2024/5/2,工程传热学,(6)辐射换热的研究方法:假设一种黑体,它只关心热辐射的共性规律,忽略其他因素,然后,真实物体的辐射则与黑体进行比较和修正,通过实验获得修正系数,从而获得真实物体的热辐射规律,(7)黑体的定义:能吸收投入到其表面上的所有热辐射的物体,包括所有方向和所有波长,因此,相同温度下,黑体的吸收能力最强,黑体辐射的控制方程:斯蒂芬-波尔兹曼Stefan-Boltzmann 定律,真实物体则为:,(9)两黑体表面间的辐射换热,17,
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