传热学

李志国

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 传热学的研究内容
    • 1.2 热能传递的三种基本方式
    • 1.3 传热过程和传热系数
  • 2 稳态热传导
    • 2.1 导热基本定律
    • 2.2 导热问题的数学描写
    • 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解
    • 2.4 通过肋片的导热
    • 2.5 具有内热源的一维导热问题
    • 2.6 多维稳态导热的求解
  • 3 非稳态热传导
    • 3.1 非稳态导热的基本概念
    • 3.2 集中参数法
    • 3.3 典型一维物体非稳态导热的分析解
    • 3.4 半无限大物体的非稳态导热
    • 3.5 多维非稳态导热分析解
  • 4 热传导问题的数值解法
    • 4.1 导热问题数值求解的基本原理
    • 4.2 内节点离散方程的建立
    • 4.3 边界节点离散方程的建立及代数方程的求解
    • 4.4 非稳态导热问题的数值解法
  • 5 对流传热的理论基础与实验研究基础
    • 5.1 对流传热概述
    • 5.2 对流传热问题的数学描写
    • 5.3 边界层型对流传热问题的数学描写
    • 5.4 流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论
    • 5.5 相似原理与量纲分析
    • 5.6 相似原理的应用
  • 6 单向对流传热的实验关联式
    • 6.1 内部强制对流传热的实验关联式
    • 6.2 外部强制对流的实验关联式
    • 6.3 自然对流的实验关联式
    • 6.4 强化单相对流传热的技术、机理及性能评价
  • 7 相变对流传热
    • 7.1 凝结传热的模式
    • 7.2 膜状凝结分析解
    • 7.3 膜状凝结的影响因素及其传热强化
    • 7.4 沸腾传热的模式
    • 7.5 大容器沸腾传热的实验关联式
    • 7.6 沸腾传热的影响因素及其强化
  • 8 热辐射基本定律
    • 8.1 热辐射现象的基本概念
    • 8.2 黑体辐射的基本定律
    • 8.3 固体和液体的辐射特性
    • 8.4 气体的辐射特性及计算
    • 8.5 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系
    • 8.6 太阳与环境辐射
  • 9 辐射传热的计算
    • 9.1 辐射传热的角系数
    • 9.2 两表面封闭系统的辐射传热
    • 9.3 多表面系统的辐射传热
    • 9.4 辐射传热的控制
  • 10 换热器的热计算
    • 10.1 传热过程的分析和计算
    • 10.2 换热器的类型
    • 10.3 换热器传热过程的平均温差
    • 10.4 间壁式换热器的热设计
强化单相对流传热的技术、机理及性能评价

一、强化传热的基本原理

强化传热指增加热传递过程的传热量;增加传热面积、增加传热温差以及增加传热系数或对流传热系数都可以增加所传递的热量。强化传热技术指在一定的传热面积与温差下,增加传热系数或对流传热系数的技术,包括许多技术含量高的措施。

1、主导热阻原理

对于一个由几个环节串联组成的总传热过程,要强化传热首先要找出热阻最大的环节并设法强化该环节的传热,即减少该环节的热阻;单相对流传热的强化,尤其是气体与油类换热的强化是强化传热技术研究中的重点内容。

2、场协同原理

对于无相变的对流传热,凡是能减薄边界层、增加流体扰动、促使流体中各部分混合以及增加固体壁面上的速度梯度的措施都是强化措施。但减薄热边界层厚度与增加流体中的扰动之间有什么内在联系,其共同的本质是什么?

场协同原理-无论是边界层型的流动还是有回流的流动,在一定的速度及温度梯度下要强化对流传热,实质上是要减小速度与温度梯度之间的夹角。根据场协同原理,寻找强化单相对流传热的表面就是要获得能使流体的速度与温度梯度夹角尽量减小的表面。

二、强华传热的基本途径

强化传热的无源技术:除了输送传热介质的功率外不再需要附加动力的技术;有源技术:需要额外的动力的技术。

1、改变流体的流动状态或边界层状态

提高流速:增大雷诺数可使对流换热的表面传热系数由一定程度的提高,但伴随着阻力的增长;应根据允许压降确定可以采用的流速上限。

插入物体:强化管内换热,主要针对气体和高粘度介质,如各种扭带、螺旋片、螺旋线圈、麻花铁等;其作用为迫使流体做螺旋运动,增强扰动、破坏流动边界层,使当量直径减小,使临界雷诺数降低,具有肋片的作用。

2、改变换热表面的几何形状

表面粗糙化:不仅指材料表面的粗糙程度,还包括人为加工的表面凸凹以及多孔表面,流体会发生局部壁面的边界层分离,增强流体中的扰动与混合。

改变特征尺寸:减小特征尺寸对增大表面传热系数有利。

外表面肋化:通过增加面积与流体的扰动来强化换热。

3、改变流体的物性

在流体中掺混入少量异种物质的小颗粒以强化传热。

4、外力强化方法
用机械或电的方法使传热面或流体产生振动;
对流体施加声波或超声波,使流体交替地受到压缩和膨胀,以增加脉动;
外加静电场,对流体加以高电压而形成一个非均匀的电场,静电场使传热面附近电介质流体的混合作用加强,强化了对流换热。