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传热学第八章相变换热优秀课件

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第八章——传热学课件PPT

第八章——传热学课件PPT
• 在讨论角系数时，我们假定：
（1）所研究的表面是漫射表面；
（2）所研究表面向外发射的辐射热流密度是均匀的。
• 在这两个假定下，当物体的表面温度及发射率的改变 时，只影响到该物体向外发射的辐射能的大小，而不 影响辐射能在空间的相对分布，因而不影响辐射能落 到其他表面的百分数，即不影响角系数的大小。这样， 角系数就是一个仅与辐射表面间相对位置有关，而与 表面特性无关的纯几何量，从而给计算带来极大的方 便。
• 考虑如图所示的表面1对表面2的角系数。由于 从表面1上发出的落到表面2的总能量，等于落 到表面2上各部分的能量之和，于是有
A1Eb1 X 1,2 A1Eb1 X 1,2a A1Eb1 X 1,2b
2a
2b
• 所以，有 X 1,2 X 1,2a X 1,2b
1
• 如果把表面2进一步分成
若干小块，则仍有
• 实际工程问题虽然不一定满足这些假设，但由此造成 的偏差一般均在计算允许的范围之内，因此这种处理 问题的方法在工程中被广泛采用。本书为讨论方便， 在研Байду номын сангаас角系数时把物体作为黑体来处理。但所得到的 结果对于漫射的灰体表面也适用。
角系数的性质
• 角系数的相对性 • 角系数的完整性 • 角系数的可加性
角系数的相对性
第八章 辐射换热的计算
• 本章讨论物体间辐射换热的计算方法，重点是 固体表面间辐射换热的计算。
• 首先讨论辐射换热计算中的一个重要几何因 子——角系数的定义、性质及其计算方法；
• 然后介绍由两个表面及多个表面所组成系统的 辐射换热计算方法。
• 此基础上总结辐射换热的强化及削弱方法。
• 最后对位于容器及设备壳体内的烟气的辐射换 热特性及烟气与壳体间的辐射换热计算方法作 简要的讨论。

2020年高中物理竞赛—传热学-第八章 辐射换热的计算：角系数的定义、性质和计算等(共31张PPT)

2020年高中物理竞赛—传热学-第八章 辐射换热的计算：角系数的定义、性质和计算等(共31张PPT)

A1 A2 Lb1cos1d1dA1 A1 Lb1dA1
A1 A2 Lb1cos1dA2cos2dA1
A1Lb1r 2
1
A1
A1
A2
c os1c os 2dA2 r2
dA1
1
A1
A1
A2 X d1,d 2dA1
2. 角系数性质 根据角系数的定义和诸解析式，可导出角系数的代数性质。 (1) 相对性
质，则表面1对表面2的角系数X1,2是：表面1直接投射到 表面2上的能量，占表面1辐射能量的百分比。即
表面1对表面2的投入辐射
X1,2
表面1的有效辐射
(8-1)
同理，也可以定义表面2对表面1的角系数。从这个概
念我们可以得出角系数的应用是有一定限制条件的，
即漫射面、等温、物性均匀
(2) 微元面对微元面的角系数
s 1
(3) 表面积A1与表面积A2相当，即A1/A2 1 于是
s
1
1
1
1
2
1
§ 8-3 多表面系统辐射换热的计算
净热量法虽然也可以用于多表面情况，当相比之下网 络法更简明、直观。网络法(又称热网络法，电网络法等) 的原理，是用电学中的电流、电位差和电阻比拟热辐射中 的热流、热势差与热阻，用电路来比拟辐射热流的传递路 径。但需要注意的是，这两种方法都离不开角系数的计算， 所以，必须满足漫灰面、等温、物性均匀以及投射辐射均 匀的四个条件。下面从介绍相关概念入手，逐步展开。
A1
A2
cos 1 cos 2dA1dA2 r2
1 A1
A1
A2 X d1,d 2dA1
X 2,1
1 A2
A1
A2
cos 1 cos 2dA1dA2 r2

《传热学》课件——第八章 导热

《传热学》课件——第八章 导热
1 ）稳态传热过程（定常过程）
凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递过程均称稳 态传热过程。
2 ）非稳态传热过程（非定常过程）
凡是物体中各点温度随时间的变化而变化的热传递过 程均称非稳态传热过程。
各种热力设备在持续不变的工况下运行时的热传递 过程属稳态传热过程；而在启动、停机、工况改变时 的传热过程则属 非稳态传热过程。
壁，对此写出傅里叶定律的表达式
q dt
dx
x
对此式分离变量后积分得： qdx dt 0
tw1
对稳定导热，热流密度q为常数，将上式积分得：
tw2
q
t tw1 x
上式说明：单层平壁稳定导热壁内的温度分 布呈直线分布。
当x=δ时,t=tw2代入上式,得：
热流密度:
q tw1 tw2
2）时间 工程热力学：不考虑传热的时间。计算总热量Q。 传热学：考虑时间。计算热流量（单位时间传热量）φ。
3) 工程热力学：研究平衡态； 传热学：研究过程和非平衡态
所以，传热学与工程热力学研究的问题不同。
10
火电厂中的传热现象
动力
11
火电厂中的传热现象
动力
锅炉中的传热
汽轮机散热
凝汽器换热
12
火电厂中的传热现象
1
2
3
t r1 r 2 r 3
t
i 3 i
i 1
i
34
三层平壁稳定导热的温度分布
t
t r
热流量: A tw1 tw2
t
t R
A
31
导热热阻与热路图
动力
A tw1 tw2
t
t
R
A
R A
(K /W )平壁面积为A时的导热热阻

2020年高中物理竞赛—传热学-第八章 辐射换热的计算：辐射换热的强化和削弱(共23张PPT) 课件

2020年高中物理竞赛—传热学-第八章 辐射换热的计算：辐射换热的强化和削弱(共23张PPT) 课件
实际例子.
谢谢观看！
当气体中同时存在二氧化碳和水蒸气时，气体的发射率 由下式给出:
g
C * H2O H2O
C * CO2 CO2
式中， 是修正量，由图8-24给出。
图8-24 修正量
5 气体的吸收比 g
g
C * H2O H2O
C * CO2 CO2
式中修正系数 CH2O 和 CCO2 与发射率公式中的处理方
系数 CH2O ，于是，水蒸气的发射率为
C H2O
* H2O H2O
对应于CO2 的图分别是8-22和图8-23。于是
C *
CO2
CO2 CO2
图8-20
* H 2O
(Tg , pH2O s)
图8-21 修正系数 CH2O
图8-22
* CO2
(Tg , pCO2 s)
图8-23 修正系数 CCO2
法相同，而
* H 2O
的经验公式
， * CO2
和
的确定可以采用下面
* CO2
* CO2
Tw , pCO2 s(Tw
Tg
)
Tg Tw
0.65
* H 2O
* H 2O
Tw , pH2Os(Tw
Tg
)
Tg Tw
0.45
Tw
在其体发射率和吸收比确定后，气体与黑体外壳之间 的辐射换热公式为:
时的计算方法. 6.高温气体内, 使用遮热板的热电偶测温精度分析. 能量
平衡定律在此类问题中的应用. 7.表面辐射热阻和空间辐射热阻的定义及表达式. 8.重辐射面的概念. 9.采用网络法求解三表面封闭系统辐射换热的计算方法.
10.辐射换热的强化和削弱方法. 11.气体辐射有什么特点? 12.什么是温室效应? 从传热学的角度做出评述. 举出一些

传热学-第八章

传热学-第八章

2. 传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Thermal Science)
关心的是热量传 递的过程，即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
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。
热力学： tm
Φ
传热学： t ( x, y, z , )
Φ f ( )
空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器 （Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电 火箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机
b c d
微电子： 电子芯片冷却 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器 官的冷冻保存 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存
e
f
制
冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温
G.
B.
J.
Fourier , 1822 年）
F. B. Jaeger/ M.
Riemann/ H. S. Jakob
Carslaw/ J.

对流换热 （Convection heat transfer） 不可压缩流动方程 （M.Navier,1823年) 流体流动Navier-Stokes基本方程 (G.G.Stokes,1845年） 雷诺数(O.Reynolds,1880年） 自然对流的理论解（L.Lorentz, 1881年） 管内换热的理论解（L.Graetz, 1885年；W.Nusselt,1916 年） 凝结换热理论解 （W.Nusselt, 1916年） 强制对流与自然对流无量纲数的原则关系 （W.Nusselt,1909年/1915年） 流体边界层概念 （L.Prandtl, 1904年） 热边界层概念 （E.Pohlhausen, 1921年） 湍流计算模型 （L.Prandtl,1925年；Th.Von Karman, 1939年；R.C. Martinelli, 1947年）

传热学第八章辐射换热的计算

传热学第八章辐射换热的计算

02
辐射换热的计算方法
辐射换热的基本公式
斯蒂芬-玻尔兹曼方程
描述了物体在任意温度下的辐射功率，是辐射换热的基本公式。
辐射力方程
表示物体发射和吸收的辐射能与物体表面温度和周围环境温度之间 的关系。
辐射传递方程
表示在给定温度和光谱发射率下，物体表面发射和吸收的辐射能与 物体表面温度之间的关系。
辐射换热的角系数法
表面传热系数的计算方法
通过实验测定或经验公式计算表面传热系数， 需要考虑表面粗糙度和涂层的影响。
表面传热系数的应用
适用于简化模型或近似计算中的辐射换热计算。
辐射换热的积分方程法
积分方程的建立
根据斯蒂芬-玻尔兹曼方程和边界条件建立积分方程。
积分方程的求解方法
采用数值方法求解积分方程，如有限元法、有限差分 法等。
太阳能利用
通过优化太阳能集热器的设计，提高太阳能辐射的吸收和 转换效率，降低太阳能利用成本，有助于减少化石能源的 消耗和碳排放。
05
辐射换热的发展趋势与展 望
新型材料的辐射换热特性研究
总结词
随着科技的发展，新型材料不断涌现，对新型材料的辐射换热特性研究成为当 前热点。
详细描述
新型材料如碳纳米管、石墨烯等具有独特的物理和化学性质，其辐射换热特性 与传统材料有所不同。研究这些新型材料的辐射换热特性有助于发现新的传热 机制，提高传热效率。
感谢观看
THANKS
传热学第八章辐射 换热的计算
目 录
• 辐射换热的基本概念 • 辐射换热的计算方法 • 辐射换热的实际应用 • 辐射换热的优化与控制 • 辐射换热的发展趋势与展望
01
辐射换热的基本概念
定义与特性
定义

2020年高中物理竞赛—传热学基础08辐射换热的计算：角系数的定义、性质和计算(共42张PPT) 课


一. 角系数的定义 角系数是进行辐射换热计算时空间热组的 主要组成部分。 定义：把表面1发出的辐射能中落到表面2 上的百分数称为表面1对表面2的角系数，
记为X1,2。
同理，表面1发出的辐射能中落到表面 2上的百分数称为表面1对表面2的角系数，
记为X 2, 1
二. 角系数的性质
❖ 研究角系数的性质是用代数法（代数分析法） 求解角系数的前提：
考察表面温度均匀、表面辐射特性为常数的表面 1（如图8-8所示）。根据有效辐射的定义，表面1 的有效辐射有如下表达式：
J1 E1 1G1 1Eb1 (1 1)G1
在表面外能感受到的表面辐射就是有效辐射， 它也是用辐射探测仪能测量到的单位表面积上的辐 射功率 W / m2。
从表面1外部来观察，其能量收支差额应 等于有效辐射 J与1 投入辐射 之G1 差，即
二、两漫灰表面组成的封闭系统的辐
射换热计算
1、有效辐射 （1）投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的 总辐射能，记为G。
（2）有效辐射：单位时间内离开单位面积的总辐 射能为该表面的有效辐射，记为J。
有效辐射包括
自身射辐射E
投入辐射 G 被反射辐射的部分 G
表面的反射比，可表示成 1 1
图8-8 有效辐射示意图
n
X 1,2
X 1,2i
i 1
(6)
图8-4 角系数的可加性
注意，利用角系数可加性时，只有对角 系数符号中第二个角码是可加的，对角系数 符号中的第一个角码则不存在类似的关系。
从表面2上发出而落到表面1上的辐射能，等于从 表面2的各部分发出而落到表面1上的辐射能之和， 于是有
A2 Eb2 X 2,1 A2 Eb2 X 2a,1 A2 Eb2 X 2b,1

传热学基础(第二版)第八章教学复合换热与传热

第八章 复合换热
复合换热的定义：两种或三种热量传递方 式同时起作用的换热现象。
复合换热计算的目的是确
定两种并联的热量传递方
Φc
式的总效果。
Φ
原则上复合换热的总换热
Φτ
量等于构成并联系统的两
种基本换热方式散热量的
叠加的总和。
1/8
一、由对流换热和辐射换热组成的复合换热
c
Φ——复合换热的总换热量 Φc——对流换热量 Φτ——辐射换热量 对流换热量Φc按牛顿冷却公式计算：
则：复合换热量为：
（hc h）(tw t f ) A h(tw t f ) A
h 称为复合换热系数。复合换热系数的 引入对复杂的换热系统的分析计算带来一 些方便。
4/8
二、通过气隙的复合换热 铸件在金属型中冷却时体积要收缩，而金属
型则受热膨胀，此时，在铸件与铸型之间形成一 层很薄的气隙。 气隙的热阻很大，它的存在对 铸件的冷却过程由重要影响。
由于气隙很薄，对流难于发展，所以通 过气隙的复合换热是导热和辐射换热两种基 本换热方式并联的换热现象。
5/8
气隙厚度是毫米级的，与铸件尺寸相比
很小，这种特点使复杂外形的气隙允许视作
平壁处理，平壁气体层复合换热的热流密度
可表示为：
12
q qd q
根据通过平壁的导热公式
g
ε1
ε2
T1
T2
qd
c hc (tw t f ) A
2/8
辐射换热符合大空腔内包小物体的情况：


ACb
[( Tw 100
)
4
( Tf )4] 100
若将辐射换热量Φτ等效成对流换热：

8传热学-第八章解析PPT课件


0, 1
1
镜体或白体：
1
透明体：
1
反射又分镜反射和漫反射两种
镜反射
2020年9月28日
漫反射
6
3. 黑体模型及其重要性
黑体：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。即吸收比等于1的物体（绝对黑 体，简称黑体，black body） 重要性：研究黑体的意义在于，在黑体辐射的基础上， 把实际物体的辐射和黑体辐射相比较，从中找出其与黑 体辐射的偏离，然后确定必要的修正系数
从0到某个波长的波段的黑体辐射能
Eb(0) 0 Ebd
这份能量在黑体辐射力中所占的百分数为：
可查
F b (0 )0E T b 4 d0 c e 1 c ( 2/T T) 1 5 1d (T )f(T )表
f(T)称为黑体辐射函数，表示温度为T 的黑体所发射的辐射能 中在波段（0～）内的辐射能所占的百分数。
第八章 热辐射基本定律和辐射特性
2020年9月28日
能源工程系流的特点
其中，与热传导和热对流的主要区别是b和c
2020年9月28日
2
2. 从电磁波谱的角度描述热辐射的特性
2.1 传播速率与波长、频率间的关系 电磁波的传播速度： c = fλ= λ/T
式中：f — 频率，s-1; λ— 波长，μm
黑体是一种科学假想的物体，现 实生活中是不存在的。但却可以 人工制造出近似的人工黑体。
2020年9月28日
黑体模型（动画）
7
§8-2 黑体热辐射的基本定律
基本定律
Stefan-Boltzmann定律（辐射能与温度的关系） Planck定律（辐射能波长分布的规律） Lambert 定律（辐射能按空间方向的分布规律）

《传热学》第八章课件

, T , T
漫射表面
灰体表面 漫射灰体表面或与黑体 处于热平衡
, , T , , T
T T
传热学 Heat Transfer
四、关于基尔霍夫定律和灰体的几点说明
1、根据基尔霍夫定律，物体的辐射能力越大，其 吸收能力也越大。换句话，善于辐射的物体必善于 吸收。
1、投射辐射 周围物体在单位时间内投 射到物体单位表面积上的辐射 能。用Q表示，单位W/m2 。 2、吸收比、反射比和透射比
被物体吸收、反射和透射的部分所占总投射辐 射的份额分别称为吸收比 、反射比 和透射比 。
Q Q

Q Q
Q Q
1
传热学 Heat Transfer
可见辐射 面积
dA
传热学 Heat Transfer
兰贝特定律是指定向辐射强度与方向无关的规 律，即：
I ( ) I 常量
dΦ( ) I cos dA d
服从兰贝特定律的表面称为漫射表面
黑体辐射在空间上的分布符合兰贝特定律，因 此，黑体辐射在半球空间上各个方向的定向辐射强 度相等，黑体表面必是漫射表面。 但是漫射表面不一定是黑体。
辐射换热： 通过相互辐射与吸收进行的热交换
辐射换热特点： 不需中间介质参与 伴有能量形式的变化 低温物体也向高温物体传热 计算所需变量： 辐射： 不同波长上辐射能量 全波段上辐射总能量 在不同方向辐射能量 投入能量 对某波长辐射的吸收 对全波段辐射的吸收
吸收：
传热学 Heat Transfer
吸收、反射和透射
4、黑体、白体和透明体
吸收比 = 1的物体称为黑体。
反射比 = 1的物体称为白体（或镜体）。
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传热学第八章相变 换热
1、相变换热与非相变换热的对比：
换热形式：
单相
相变
交换热量：
（显热mct）（潜热m）
相对单位质量热容量： 1
~100介质流量m
相对表面传热系数： 1
~10 A
2、 凝结换热现象
蒸汽 tts
液体——凝结
蒸汽 twts 壁面上凝结——凝结换热

膜状凝结——凝结液在壁面上铺展成膜。 条件：内聚力<附着力，润湿表面。
R
2
pv pl
随着壁温的升高，壁面过热度加大，汽化核心的半径 愈来愈小。
③ 管内沸腾——两相流
6、 沸腾换热计算式
1.大容器饱和液体核态沸腾（参见教材 P320~322） 2.大容器饱和沸腾的临界热通量（参见教材 P322~323） 3.大容器饱和液体膜态沸腾（参见教材P323）
7、 影响沸腾换热的因素
沸腾换热：温度高于沸点的壁面与液体之间的换热过程。
① 大容器 饱和沸腾 曲线
液体饱和，壁面温 度高于饱和温度。 液体具有自由表面
随着壁面过热度的增加，依次发生核 态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾。图中 核态沸腾和过渡沸腾交界处的热流密 度峰值叫做临界热流密度，亦称烧毁 点。一般通过控制热流密度或控制壁 面过热度避免越过该点，以达到设备 的安全经济运行。
0,t
ts
（求解过程可参见教材P304~306） 主要计算结果：
液膜厚度计算式： 4lgltsl2twx1/4
局部表面传热系数：
hx
l
4glts3ltl2wx1/4
即： x1/4
hx x1/4
（3）分析解：
① 竖壁层流分析解（膜层Re<1600）
hV
1 l
l
0 hxdx
4 3
hl
0.943lglts 3ltl2w
两滴完全相同的水珠分别落在120摄氏度和400摄氏度 的铁板上，哪一滴先汽化掉？ 答：落在120度的水珠先汽化。因为水珠在120度铁板 的沸腾属于核态沸腾，换热较强，而在400度铁板的沸 腾属于膜态沸腾，换热较弱。
② 汽化核心的分析 （汽泡的生成条件）
气泡内外压差=表面张力
R2 pv
pl 2R
④ 膜层雷诺数及其临界值
Re4hl(ts tw)
Rec 1600
4、影响膜状凝结的因素
① 不凝气体——在壁温下不能凝结的气体
来源：蒸汽带入；蒸汽分解；负压条件下系统漏入；
系统生成（液体与金属相容性）。
危害：含气体1％
h 60％
原因：蒸汽与液膜间的热阻
措施：断绝来源；系统中安装抽气器、空气分离器等。
珠状凝结——凝结液在壁面上凝聚成液珠。 条件：内聚力>附着力，不润湿表面。
h珠>>h膜(表面改性) 实验测量：1个大气压下， 水蒸气凝结，表面传热系数 珠状凝结：4104~105； 膜状凝结： 6103~104 W/(m2K)
3、 膜状凝结分析解及实验关联式
（1）努塞尔特假设： ① 纯净蒸汽层流液膜； ② 常物性； ③ 蒸汽是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力； ④ 液膜的惯性可以忽略； ⑤ 汽液界面上无温差； ⑥ 膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移
只有导热而无对流作用； ⑦ 液膜的过冷度可以忽略； ⑧ 相对于液体密度，蒸汽密度可忽略不计； ⑨ 液膜表面平整无波动。
（2）简化微分方程： 动量方程(重力与粘性力平衡) 能量方程(只有导热)
l
d 2u dy 2
l g
0
d 2t 0
dy 2
边界条件：
y=0 时，u=0，t=tw
y= 时，
du dy
（4）实验关联式： ① 层流水平管实验解与分析解同。
② 层流竖壁实验关联式
由于表面波动使换热增强，将分析解系数变为 0.9431.2=1.13即可。
③ 紊流实验关联式：
Nu Ga1/3
Re
58 Prs1/ 2 Prw Prs 1/ 4 Re3/ 4 253 9200
定性温度、特性尺度及各准则数定义参见教材P308
② 蒸汽流速、流向
流向与液膜流动方向相同拉薄液膜h
③ 过热蒸汽（表面传热系数下降，教材叙述不可取）
（冷却）非相变
（冷凝）相变
过热蒸汽
饱和干蒸汽
饱和液体
由于冷却过程表面传热系数远低于冷凝过程，所以过热蒸汽将使 换热器的换热能力大大下降，因此热用户应将过热蒸汽饱和化。 例如某纺织厂溴化锂制冷机组的过热蒸汽进行饱和化处理后，机 组制冷能力提高了20%。
④ 液膜过冷度及温度分布的非线性
凝结
导热
对流
蒸汽
液膜热侧
液膜冷侧
壁面
由于液膜的过冷，使得放热量增加了液膜所释放的显热。
⑤ 管子排数（飞溅作用使得多层h>单层h）
⑥ 对于管内冷凝，蒸汽流速和凝液堆积影响换热效果。
⑦ 凝结表面的几何形状（减薄液膜、及时排除凝结液）
5、 沸腾换热现象
沸腾：液体表面和内部同时发生气化的现象。（开水不响）
1/
4
② 水平圆管的层流膜状凝结分析解：
hH
0.729l
g3l l2
d ts tw
1/
4
对比分析可见，当l/d=50时，横管的平均表面传热 系数是竖管的两倍。(横管强化传热)
③ 球表面的层流膜状凝结分析解：
hS
0.826l
g3l l2
d ts tw
1/
4
定性温度：膜层平均温度 ts tw / 2
① 不凝结气体（强化沸腾）
② 过冷度（沸腾初期，流体的主要部分低于饱和 温度，强化了自然对流，换热有所增强）
③ 液位高度（低于临界液位时，表面传热系数明 显升高）
④ 重力加速度（对核态沸腾无影响，但对自然对 流影响较大）
⑤ 沸腾表面的结构（加工汽化核心）
精品课件！
精品课件！
8、 热管简介
① 工作原理（有效利用相变换热） ② 型式（重力式、分离式） ③ 种类（低温、常温、中温、高温） ④ 热管各环节热阻 ⑤ 热管的特点与应用（均温、定向、强化传热）