传热学教案1

第六章 凝结与沸腾换热

1 、重点内容：

① 凝结与沸腾换热机理及其特点；

② 膜状凝结换热分析解及实验关联式； ③ 大容器饱和核态沸腾及临界热流密度。

2 、掌握内容：掌握影响凝结与沸腾换热的因素。

3 、了解内容：了解强化凝结与沸腾换热的措施及发展现状、动态。

蒸汽遇冷凝结，液体受热沸腾属对流换热。其特点是：伴随有相变的对流换热。工程中广泛应用的是：冷凝器及蒸发器、再沸器、水冷壁等。

6-1 凝结换热现象

一、基本概念 1.凝结换热现象

蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给固体壁面，并在壁面上形成凝结液的过程，称凝结换热现象。 2.凝结换热的分类

根据凝结液与壁面浸润能力不同分两种： （1）膜状凝结：

①定义：凝结液体能很好地湿润壁面，并能在壁面上均匀铺展成膜的凝结形式，称膜状凝结。

②特点：壁面上有一层液膜，凝结放出的相变热（潜热）须穿过液膜才能传到冷却壁面上，此时液膜成为主要的换热热阻。 （2）珠状凝结

①定义：凝结液体不能很好地湿润壁面，凝结液体在壁面上形成一个个小液珠的凝结形式，称珠状凝结。

产生珠状凝结时，所形成的液珠不断发展长大，在非水平的壁面上，

第9章 传热过程分析与换热器热计算

第一章已经讨论过传热过程和传热系数。传热过程分析求解的基本关系为传

热方程式(1-11)。即：

??kA(tf1?tf2)

式中k为传热系数(在容易与对流换热表面传热系数相混淆时，称总传热系数）。本节将对通过平壁、圆筒壁的传热系数作进一步分析。肋壁是工程技术领域中广泛用来增强换热的金属壁面，本节将详细讨论通过肋壁的传热系数计算式，并对与此相关的圆管的临界热绝缘直径问题作出相应的分析。 1．通过平壁的传热

通过平壁的传热在第一章已经讨论过，其传热系数可按式（1－12）计算，即：

k?11h1????1h2 （9－1）

由于平壁两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值不论对哪一侧来说都是一样的。式中表面传热系数h1和h2，可以根据具体情况选用以前各章相应的公式来确定。这里补充说明一点：如果通过壁面的流体是含有二氧化碳、水蒸气等三原子气体的烟气，则一般既要考虑对流换热，也要计及辐射换热。例如，锅炉省煤器的烟气侧换热就属于这种情况。这时可采用复合表面传热系数代替上式中的传热系数。

2.通过圆管的传热

圆管外侧的表面积不相等，所以对内侧和外侧而言的传热系数在数值上是不

第2章 导热基本定律及稳态导热

1 、重点内容： ① 傅立叶定律及其应用； ② 导热系数及其影响因素； ③ 导热问题的数学模型。 2 、掌握内容：一维稳态导热问题的分析解法 3 、了解内容：多维导热问题

第一章介绍传热学中热量传递的三种基本方式：导热、对流、热辐射。根据这三个基本方式，以后各章节深入讨论其热量传递的规律，理解研究其物理过程机理，从而达到以下工程应用上目的：

基本概念、基本定律 : 傅立叶定律 , 牛顿冷却定律 , 斯忒藩—玻耳兹曼定律。

① 能准确的计算研究传热问题中传递的热流量 ② 能准确的预测研究系统中的温度分布

导热是一种比较简单的热量传递方式 , 对传热学的深入学习必须从导热开始，着重讨论稳态导热。

首先，引出导热的基本定律，导热问题的数学模型，导热微分方程； 其次，介绍工程中常见的三种典型（所有导热物体温度变化均满足）几何形状物体的热流量及物体内温度分布的计算方法。 最后，对多维导热及有内热源的导热进行讨论。

§2-1 导热基本定律

一 、温度场 1 、概念

温度场是指在各个时刻物体内各点温度分布的总称

一、简答题（每题4分，共28分） （写出要点即可）

1.用数学语言及传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。

2.对流换热问题完整的数学描述应包含什么内容（不必写出表达式）？写出换热微分方程式的表达式。

3.简述努塞尔在膜状凝结理论分析中所作的假设（至少写出四条）。

4.简述充分发展的管内流动和换热这一概念的含义。

传热学试题（共8页）

5.Nu和Bi数均可以写成

hL，说明二者的区别。 ?6.高粘原油的Pr数很大，而液态金属的Pr数很小。当温度均为Tf的这两种流体分别流过两块温度均为Tw的平板时（TW?Tf），试画出层流流动时平板上某一位置处的速度分布和温度分布的示意图。

7.写出基尔霍夫定律的两种数学表达式。

二、计算题（44分）

1.（本题8分）

采用黄夹克对埋地的输油管道进行保温，黄夹克的导热系数与温度的关系为0.033+0.00023tW。已知管外径为325mm，保温层厚度为40mm，

?m?K?（t的单位为℃）

现场测得钢管外侧壁温为95℃，保温层外侧壁温为32℃。试计算稳态时通过该管道单位长度的散热损失。

1

传热学试题（共8页）

2.（本题12分）

2005—2006学年第 1 学期期末考试题

一、名词解释（本大题10分，每小题2分）

1. 导温系数 2. 对流换热 3. 发射率 4. 角系数 5. 肋效率

二、简答题（本大题30分，每小题3分）

1、试用传热学术语说明导热问题常见的三类边界条件。 2、写出两个同类现象相似的条件。

3、如何强化膜状凝结换热，试举出一个强化水平管外凝结换热的例子。

4、写出毕渥数与努塞尔数的定义式，并说明它们的物理意义，比较两者不同之处。

5、用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量储气筒里的空气温度，请分析如何减小测试误差。

6、两滴完全相同的水珠分别落在120℃和400℃的铁板上，哪一滴先汽化掉，说明原因。 7、简述气体辐射的特点。

8、速度边界层的概念及如何定义边界层厚度。 9、何为遮热板，试写出一个应用遮热板的例子。

10、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？（以暖气片管内走热水为例）。 三、计算题（本大题40，每小题8分）

1、用热电偶测量管道中气体的温度，热电偶的初始温度为20℃，与气体的表面传热系数为10W/(m2·K)。热电偶近似为球形，直径为0.2mm。计算：插入10s后，热电偶的过余温度为初始温度的百分

传热学

摘要：

传热学是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。生成生活中，传热学应用广泛存在。对传热学的研究虽然由来已久，但其任然有着活力，虽然目前在一些行业取得了一定的成功，但是任然任重而道远，特别是当今基础工业，装备行业快速发展的时代犹是如此。

关键词：传热学 温度差 装备

一 传热学的发展

传热现象在我们的日常生活中十分普遍，不管是冬天取暖，还是夏天吹凉，不管是家里烧水，亦或是工厂炼油换热等，所有的这些现象无不包涵着传热学的相关知识。

早在1822年, 傅里叶根据大量的实验观察总结出了著名的导热公式即傅里叶导热定理，并在他的划时代名著—《热的解析理论》中通过严密的数学演绎奠定了现有热传导理论基础。从傅里叶导热定理出发,可以导出多维稳态和瞬态热传导方程[1]。由于对流换热的复杂性,人们更多的是采用实验的方法,其主要思路是利用N一S方程和能量方程,导出一些无量纲参数,利用大量的实验数据,拟合出无量纲数之间的准则关系式,并且根据相似理论,对相似理论进行推广使用来求解。 Prandil观察到对流过程中在贴近壁面处有一蠕动的薄层,大胆提出了边界层理论,使得流体力学基本问题得到解决,对流换热的研究从而进人了理论化阶段。

热传递的三种基本方式

一、（10分）如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m·K),厚度为50mm，在稳态情况下的墙壁内的一维温度分布为：t?200?2000x2，式中t的单位为℃，x单位为m．试求：

(1)墙壁两侧表面的热流密度；

(2)墙壁内单位体积的内热源生成的热量。

解：(1)由傅立叶定律：

q?Φdt??????(?4000x)?4000?xW/m2 AdxO x t ??50mm t?200?2000x2(2分)

所以墙壁两侧的热流密度：

(2)由导热微分方程

qx?0?4000??0?0W/m2 qx???4000?50?0.05?10000W/m2

d2tqv??0 dx2?(2分) (2分) (2分)

得：

d2tqv???2???(?4000)?4000?50?200000 W/m3

dx(2分)

二、（10分）用热电偶来测量气流的温度，热电偶结点可近似看作圆球，若气流和热电偶结点间的对流表面传热系数h?400W/(m2·K)，比定压热容CP?400 J/(kg·K)，密度??8000kg/m3。

（1）若时间常数为一秒，求热电偶结点的直径？

（2）若将初温为25℃、时间常数为1秒的热电偶放入200℃

ht0.doc 绪论 １

绪 论

传热学是研究热量传递过程规律的科学。

自然界和生产过程中，到处存在温度差，热量将自发地由高温物体传递到低温物体，热传递就成为一种极为普遍的物理现象。因此，传热学有着十分广泛的应用领域。就各类工业领域而言，诸如，锅炉和换热设备的设计以及为强化换热和节能而改进锅炉及其他换热设备的结构；化学工业生产中，为维持工艺流程的温度，要求研究特定的加热、冷却以及余热的回收技术；电子工业中解决集成电路或电子仪器的散热方法；机械制造工业测算和控制冷加工或热加工中机件的温度场；交通运输业在冻土地带修建铁路、公路；核能、航天等尖端技术中也都存在大量传热问题需要解决；太阳能、地热能、工业余热利用及其他可再生能源工程中高效能换热器的开发和设计等；应用传热学知识指导强化传热或削弱传热达到节能目的；其他如农业、生物、医学、地质、气象、环境保护等部门，无一不需要传热学。因此，传热学已是现代技术科学的主要技术基础学科之一。近几十年来，传热学的成果对各

平顶山工学院2006—2007学年第二学期期末考试

《传热学》试题（A卷）答案

一、填空题(每空1分，共20分)

1、某物体温度分布的表达式为t=f(x ,y,τ),此温度场为二维（几维）、非稳态（稳态或非稳态）温度场。

2、当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相同时，等温线的疏密可以直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。

3、导热微分方程式是根据能量守恒定律和傅里叶定律建立起来的导热物体中的温度场应当满足的数学表达式。

4、工程上常采用肋片来强化传热。

5、换热器传热计算的两种方法是平均温差法和效能-传热单元数法。

6、由于流动起因的不同，对流换热可以区别为强制对流换热与自然对流换热。

7、固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度定义为以过余温度为来流过余温度的99%处。

8、判断两个现象相似的条件是：同名的已定特征数相等；单值性条件相似。

9、凝结有珠状凝结和膜状凝结两种形式，其中珠状凝结有较大的换热强度，工程上常用的是膜状凝结。

10、遵循兰贝特定律的辐射，数值上其辐射力等于定向辐射强度的π倍。

11、单位时间内投射到表面的单位面积上总辐射能为投入辐射，单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的

1．热流量：单位时间内通过某一给定面积的热量。

2．热流密度：通过单位面积的热流量。

3．热传导：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递。

4．热对流：由于物体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体互相掺混所导致的热量传递过程。

5．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合作用的热量传递过程。

6．传热系数：单位传热面积上冷热流体间温差为1℃时的热流量的值。

7．辐射传热：物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递。 8．传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程。

1．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。它是空间坐标和时间坐标的函数。 2．等温面(线)：温度场中同一瞬间温度相同的点所连成的面（或线）。 3．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。

4．稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。

5．非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。

6．傅里叶导热定律：在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量，正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向与