工程传热学课件第三章讲解.ppt

长春理工大学机电工程学院 第三章 稳态导热 一、接触热阻的组成 接触热阻一般由下列几个热阻并联组成： 穿过界面间隙的辐射热阻。 于是有如下并联关系： 流体的导热热阻； 由于导热接触面积减小引起的热流线收缩产生的热阻； 长春理工大学机电工程学院 第三章 稳态导热 二、接触热阻的定义 如图所示。两根端面接触的固体棒，当非接触的两个端面的温度不同时，必有热量从高温端向低温端传递（假设两棒其余周界都是绝热的），则热量仅沿轴向传递。 由于接触面积的收缩，原三维热流离开界面一小段后变成一维热流，因此可以完全按照一维导热公式确定其温度分布。 设棒材导热系数为常量，则棒中温度分布为直线。由实验得知，接触热阻作用的结果，使接触面上温度发生突变，如图所示。根据热阻定义式接触热阻为： 减小接触热阻措施： ※在界面处加铜或其它延展性好、 导热系数高的填片； ※在界面处涂覆一薄层硅油或导热姆涂油。 长春理工大学机电工程学院 第三章 稳态导热 3-5 形状因子（多维问题的一种简化解法） 比较平壁、圆筒壁及球壁导热热量计算式的导出过程，不难发现，它们的差别仅在于几何因素，对于不同几何形状物体的导热，使用上有一种便于计算的表达形式： 形状因子，单位为m，取决于等温面面积沿热流途径改变的性质 前面讲过的平壁、圆筒壁及球壁导热，其形状因子分别为： 平壁 圆筒壁 球壁 见书表3-2 长春理工大学机电工程学院 第三章 稳态导热 例题3-9：一根直径为 的输送水蒸气的管道用成型的保温材料来包覆，构成截面外形尺寸为 的隔热层。设蒸汽的平均温度为200℃，保温层外表面温度为60℃，保温材料的导热系数为 。管道长 。试计算该管道的散热量。 题解： 假设：（1）稳态常物性导热；（2）水蒸气与管道间的换热阻力以及管壁的导热阻力远小于保温层的导热阻力，因而可以认为管道外表面温度即为水蒸气的平均温度。 计算：采用形状因子法来计算，所研究的对象如表3-2中第六栏所示。据已知条件，有： 长春理工大学机电工程学院 第三章 稳态导热 分析： 温度计的感温泡与套管顶部直接接触，可以认为温度计的读数就是套管顶端的壁面温度。 套管四周换热条件一致，套管中每一截面上的温度可认为是相等的，因而不同高度 处的截面上温度均匀（为何充油？）套管中的导热可以看成是截面积为 的等截面直肋中的导热。 温度计套管与其四周环境之间发生着三种方式的热量传递： ※从套管顶端向根部的导热； ※从压缩空气向套管外表面的对流换热； ※从套管外表面向储气筒筒身的辐射换热。 长春理工大学机电工程学院 第三章 稳态导热 分析： 设 温度比外界环境温度高，则套管顶端从流体吸收热量，一部分向根部导热传递，一部分向筒身辐射传递，因此，即存在测温误差，该偏差即是顶端的过余温度。 假设：将所研究的问题看成是一维稳态等截面直肋的导热问题，采用肋片分析中的各项假定。 长春理工大学机电工程学院 第三章 稳态导热 代入各个已知参数 由附录查得 代入 计算式得： 可见，误差大，不允许。但如何减少？ 长春理工大学机电工程学院 第三章 稳态导热 （2）如何降低测量误差即提高测温的准确性？ 从温度计套管的一维导热物理过程来看： 热阻定性分析图 外界环境温度 代表储气筒外侧与环境间的换热热阻； ※套管外壁包覆绝热处理以增加 。 ※增加 ，增大 ，减小 和 ； ※强化气体与顶端的换热，减小 ，增大 ； 从物理角度分析：减小温差（使 或 远离 ） 分别代表套管顶端与环境间的换热热阻。 长春理工大学机电工程学院 第三章 稳态导热 从数学角度分析： ※减小 就是要减小沿套管长度方向的温度降。在储气筒外包覆隔热材料进行保温即是减小 的措施。 ※增加 ，就是增大 及 ； 减小 和 。 所以如果在铜与钢之间选择的话，当然应选择钢。 长春理工大学机电工程学院 第三章 稳态导热 综合以上物理及数学分析得出如下结论： 如果若想提高测量的准确性，应采取以下方法： ※在储气筒外包覆保温材料（增加 ）。 ※强化套管与流体间的换热（减小 ）； ※如果条件允许，尽量增加套管高度，并减小壁厚（增加 热阻 ）； ※选用导热系数更小的材料做套管（即增加热阻 ）； 长春理工大学机电工程学院 第三章 稳态导热 5、肋效率与肋