传热系数和传热热阻 工程中常遇到热量从固体壁面一侧的高温流体,通过固体壁传递给另一侧低 温流体的过程,称为传热过程。设有一大平壁,面积为A;厚度为δ;它的一侧 为t组温度的热流;另一侧为t温度的冷流体;两侧对流换热表面传热系数分别 为hl、h2;两侧壁面温度分别为twl、tw2;平壁材料导热系数为λ。 假设传热过程处于稳态,热流方向与壁面垂直。传热过程即为: 热量由热流体以对流换热传给壁的左侧;又以导热方式通过壁;再由壁右侧以 对流换热方式传给冷流体。 传热的热流量基本计算式:Qk(tf1t2)A 式中k传热系数 ●传热系数:即单位时间、单位壁面积上,冷热流体间每单位温度差可传递 的热量。k值能反映传热过程的强弱。国际单位是J/(m2sK)或W/(m2.K)。 ●传热热阻:传热过程的热阻是冷、热流体的换热热阻及壁的导热热阻之和, 与传热系数互为倒数关系。传热阻力的大小与流体的性质、流动状况、壁的材 料以及形状等诸多因素有关。对于换热器,传热系数是值越大,传热热阻只值 越小,传热就越好;对于热力管道的保温,传热系数是值越小,传热热阻只值 越大,保温性能越好
传热系数和传热热阻 工程中常遇到热量从固体壁面一侧的高温流体，通过固体壁传递给另一侧低 温流体的过程，称为传热过程。设有一大平壁，面积为A；厚度为δ；它的一侧 为tf1温度的热流；另一侧为tf2温度的冷流体；两侧对流换热表面传热系数分别 为h1、h2；两侧壁面温度分别为tw1、tw2；平壁材料导热系数为λ。 假设传热过程处于稳态，热流方向与壁面垂直。传热过程即为： 热量由热流体以对流换热传给壁的左侧；又以导热方式通过壁；再由壁右侧以 对流换热方式传给冷流体。 传热的热流量基本计算式：Q=k(tf1-tf2)A 式中 k——传热系数。 ● 传热系数：即单位时间、单位壁面积上，冷热流体间每单位温度差可传递 的热量。 k值能反映传热过程的强弱。国际单位是J／(m2·s·K)或W／(m2 ．K)。 ● 传热热阻：传热过程的热阻是冷、热流体的换热热阻及壁的导热热阻之和， 与传热系数互为倒数关系。传热阻力的大小与流体的性质、流动状况、壁的材 料以及形状等诸多因素有关。对于换热器，传热系数是值越大，传热热阻只值 越小，传热就越好；对于热力管道的保温，传热系数是值越小，传热热阻只值 越大，保 温性能越好
增强传热的主要途径 ●扩展传热面:扩展传热壁表面,如采用肋壁、肋片管、波纹管、板翅式 换热面等,使换热设备单位体积的传热面积增加 ●改变流动状况:在管内或管外加进插入物(如金属螺旋环、盘片、翼型无 等)或在流体的进口及壁面处产生旋流或射流等措施,增加流体的流速、 增强扰动以及改变流动状态,都能增强传热的效果 在流体中加入添加剂:在流体内加入一些添加剂,可以改变流体的某些 物理性能,达到强化传热的效果。添加剂可以是固体(如石墨、黄砂、铅 粉、玻璃球等)或液体(如油酸、硬脂酸等珠状凝结促进剂,它与换热的 流体组成气—固、液—固、汽—液以及液—液混合流动系统,增强换热 ●改变换热表面状况:增加换热表面粗糙度;在换热表面涂度表面张力很 小的材料;小直径管代替大直径管,用椭圆管代替圆管提高表面传热系 数 改变能量传递方式:如在流道中放置“对流—辐射板”(可用金属网、多 孔陶瓷板或瓷环制成),该板与流体对流换热而被加热后就会产生辐射 换热,使壁面的热流密度增加。 ●靠外力强化换热:用杋械或电的方法使传热面或流体产生振荡;对流体 施加声波或超声波,使流体交替地受压缩和膨胀,以增加脉动:外加静 电场,使传热面附近电介质流体的混合作用加强,强化对流换热
增强传热的主要途径 ● 扩展传热面：扩展传热壁表面，如采用肋壁、肋片管、波纹管、板翅式 换热面等，使换 热设备单位体积的传热面积增加。 ● 改变流动状况：在管内或管外加进插入物(如金属螺旋环、盘片、翼型无 等)或在流体的进口及壁面处产生旋流或射流等措施，增加流体的流速、 增强扰动以及改变流动状态，都能增强传热的效果。 ● 在流体中加入添加剂：在流体内加入一些添加剂，可以改变流体的某些 物理性能，达到强化传热的效果。添加剂可以是固体(如石墨、黄砂、铅 粉、玻璃球等)或液体 (如油酸、硬脂酸等珠状凝结促进剂)，它与换热的 流体组成气—固、液—固、汽—液以及液—液混合流动系统，增强换热。 ● 改变换热表面状况：增加换热表面粗糙度；在换热表面涂度表面张力很 小的材料；小直径管代替大直径管，用椭圆管代替圆管提高表面传热系 数。 ● 改变能量传递方式：如在流道中放置“对流—辐射板”(可用金属网、多 孔陶瓷板或瓷 环制成)，该板与流体对流换热而被加热后就会产生辐射 换热，使壁面的热流密度增加。 ● 靠外力强化换热：用机械或电的方法使传热面或流体产生振荡；对流体 施加声波或 超声波，使流体交替地受压缩和膨胀，以增加脉动；外加静 电场，使传热面附近电介质流体的混合作用加强，强化对流换热
削弱传热的主要途径 ●在冷热设备上包裏绝热材料的保温措施。常用的绝热材料有:岩棉、玻璃 棉、泡沫塑料、微孔硅酸盐、珍珠岩等。 ●将热设备的外壳制成真空夹层,夹层壁涂以反射率很高的涂层,提高绝热 性能。 ●改变表面的辐射特性,采用选择形涂层,既增强对投入辐射的吸收,又削 弱本身对环境的辐射换热损失例如氧化铝、碳黑、氧化镁等; ●附加抑制对流的元件。例如;太阳能平板集热器的玻璃盖板与吸热板间装 设蜂窝状结构的元件,抑制空气对流、减少集热器的对外辐射热损失; ●在保温材料的表面或内部添加憎水剂
削弱传热的主要途径 ● 在冷热设备上包裹绝热材料的保温措施。常用的绝热材料有：岩棉、玻璃 棉、泡沫 塑料、微孔硅酸盐、珍珠岩等。 ● 将热设备的外壳制成真空夹层，夹层壁涂以反射率很高的涂层，提高绝热 性能。 ● 改变表面的辐射特性，采用选择形涂层，既增强对投入辐射的吸收，又削 弱本身对环境的辐射换热损失例如氧化铝、碳黑、氧化镁等； ● 附加抑制对流的元件。例如；太阳能平板集热器的玻璃盖板与吸热板间装 设蜂窝状结构的元件，抑制空气对流、减少集热器的对外辐射热损失； ● 在保温材料的表面或内部添加憎水剂
工程热力学的基础知识(了解) 工质的状态:系统中某瞬间工质热力性质的总状况称为工质的热力状态,简称 为工质的状态。工质的热力状态反映着工质大量分子热运动的平均特性。系统与 外界之间因两者的热力状态存在差异而能够进行能量交换(传热或作功) 工质的基本状态参数 描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数,热力学中常用的状态参数 有温度、压力、比容、密度、内能、焓、熵等。 其中:基本状态参数:可以直接或间接地用仪表测量的状态参数,如温度、压力、 比容和密度等 温度: 描述平衡热力系统冷热状况的物理量。对各种温标都要规定其基本定点和每度的数 值。国际单位制(S)规定热力学温标符号用T,单位代号为K(中文:开)。 热力学温标规定纯水三相点温度(即水的汽、液、固三相平衡共存时的温度)为基本 定点,并指定为273.16K,每1K为水三相点温度的1/273.16 国际单位制(S规定摄氏温标为实用温标,符号用t,单位名称为摄氏度,单位符号 为℃。摄氏温标的每1℃与热力学温标的每1K的值相同,它的定义式规定为:t= T273.16。在工程上通常采用T=273+t
工程热力学的基础知识（了解） 工质的状态：系统中某瞬间工质热力性质的总状况称为工质的热力状态，简称 为工质的状态。工质的热力状态反映着工质大量分子热运动的平均特性。系统与 外界之间因两者的热力状态存在差异而能够进行能量交换(传热或作功)。 工质的基本状态参数 描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数，热力学中常用的状态参数 有温度、压力、比容、密度、内能、焓、熵等。 其中：基本状态参数：可以直接或间接地用仪表测量的状态参数，如温度、压力、 比容和密度等。 温度： 描述平衡热力系统冷热状况的物理量。对各种温标都要规定其基本定点和每度的数 值。 国际单位制(S1)规定热力学温标符号用T，单位代号为K(中文：开)。 热力学温标规定纯水三相点温度(即水的汽、液、固三相平衡共存时的温度)为基本 定点，并指定为273．16 K，每1K为水三相点温度的1／273．16。 国际单位制(SI)规定摄氏温标为实用温标，符号用t，单位名称为摄氏度，单位符号 为℃。摄氏温标的每1℃与热力学温标的每1K的值相同，它的定义式规定为：t＝ T一273．16。在工程上通常采用T＝273+t
压力 对于一个充满气体的容器,其中气体分子热运动使大量气体分子碰撞容器壁,形成了 气体对容器壁的压力。压力的大小通常用垂直作用于容器壁单位面积上的力来表 示,称为绝对压力(或压强),通常简称为压力(或压强 国际单位制(S规定压力单位的名称为帕斯卡,单位符号为Pa,1Pa=1N/m2。工程 上常采用的其他单位如巴(bar)、毫米水柱(mmH2O)、毫米汞柱(mmHg)等。 工程上常用测压仪表测定系统中的工质压力时,有些仪表的结构原理是建立在力的平 衡原理上,也就是利用液柱的重力或各类型弹簧的变形以及用活塞上的载重去平 衡工质的压力,这时的测量值就与载重的性质和大小有关 例如用U形压力计测量风机口段及出口段气体压力时,压力计指示的压力是气体的绝 对压力与外界大气压力的差值。由于大气压力随地理位置及气候条件等环境因素 而变化,绝对压力相同的工质在不同的大气压力条件下测量时,压力表指示的压 力值并不相同。这类仪表测得的压力称为相对压力(或表压)。通常,如不注明是 “相对压力或表压”时,都应理解为绝对压力。绝对压力才是状态参数 比容与密度 工质所占有的空间称为工质的容积 单位质量工质所占有的容积称为工质的比容 单位容积的工质所具有的质量称为工质的密度 比容与密度互为倒数,因此比容与密度不是两个相互独立的状态参数
压力 对于一个充满气体的容器，其中气体分子热运动使大量气体分子碰撞容器壁，形成了 气体对容器壁的压力。压力的大小通常用垂直作用于容器壁单位面积上的力来表 示，称为绝对压力(或压强)，通常简称为压力(或压强)。 国际单位制(SI)规定压力单位的名称为帕斯卡，单位符号为Pa，1Pa＝1N／m2。工程 上常采用的其他单位如巴(bar)、毫米水柱(mmH2O)、毫米汞柱(mmHg)等。 工程上常用测压仪表测定系统中的工质压力时，有些仪表的结构原理是建立在力的平 衡原理上，也就是利用液柱的重力或各类型弹簧的变形以及用活塞上的载重去平 衡工质的压力，这时的测量值就与载重的性质和大小有关。 例如用U形压力计测量风机口段及出口段气体压力时，压力计指示的压力是气体的绝 对压力与外界大气压力的差值。由于大气压力随地理位置及气候条件等环境因素 而变化，绝对压力相同的工质在不同的大气压力条件下测量时，压力表指示的压 力值并不相同。这类仪表测得的压力称为相对压力(或表压)。通常，如不注明是 “相对压力或表压”时，都应理解为绝对压力。绝对压力才是状态参数。 比容与密度 工质所占有的空间称为工质的容积。 单位质量工质所占有的容积称为工质的比容. 单位容积的工质所具有的质量称为工质的密度 比容与密度互为倒数，因此比容与密度不是两个相互独立的状态参数