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ANSYSWorkbench17.0热力学

【摘要】:工程中经常遇到两流体通过壁面的换热,即热量从壁一侧的高温流体通过壁传给另一侧的低温流体的过程,称为传热过程。在初步了解前述基本传热方式后,即可导出传热过程的基本计算式。图1-2 两流体间的传热过程又设传热工况不随温度变化,即各处温度计热量不随时间改变,传热过程处于稳态,壁的长和宽均远大于它的厚度,可认为热流方向与壁面垂直。按图1-1所示的分析方法,整个传热过程分三段,分别用下列三式表示如下。

工程中经常遇到两流体通过壁面的换热,即热量从壁一侧的高温流体通过壁传给另一侧的低温流体的过程,称为传热过程。在初步了解前述基本传热方式后,即可导出传热过程的基本计算式。

设有一大平壁,面积为A;它的一侧为温度tf1的热流体,另一侧为温度tf2的冷流体;两侧对流换热表面传热系数分别为h1h2;壁面温度分别为tw1tw2;壁的材料导热系数为λ;壁厚度为δ;如图1-2所示。

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图1-2 两流体间的传热过程

又设传热工况不随温度变化,即各处温度计热量不随时间改变,传热过程处于稳态,壁的长和宽均远大于它的厚度,可认为热流方向与壁面垂直。

若将该平壁在传热过程中的各处温度描绘在tx坐标图上,图中的曲线所示即该壁传热过程的温度分布线。

按图1-1所示的分析方法,整个传热过程分三段,分别用下列三式表示如下。

热量由热流体以对流换热传给壁左侧,按式(1-4a),其热流密度为:

q=h1tf1tw1

该热量又以导热方式通过壁,按式(1-1b):

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它再由壁右侧以对流换热传给冷流体,即:

q=h2tw2tf2

在稳态情况下,以上三式的热流密度q相等,把它们改写为:(www.chuimin.cn)

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三式相加,消去tw1tw2,整理后得该壁面传热热流密度为:

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A(m2)的平壁,传热热流量Φ为:

Φ=qA=ktf1tf2A(W) (1-6b)

式中

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k称为传热系数,它表明单位时间、单位壁面积上,冷热流体间每单位温度差可传递的热量,k的国际单位是[J/(m2·s·K)]或[W/(m2·K)],故k能反映传热过程的强弱。为理解它的意义,按热阻形式改写式(1-6a),得:

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Rk为平壁单位面积传热热阻,即:

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可见传热过程的热阻等于热流体、冷流体的传热热阻及导热热阻之和,相当于串联电阻的计算方法,掌握这一点对于分析和计算传热过程十分方便。由传热热阻的组成不难认识,传热阻力的大小与流体的性质、流动情况、壁的材料以及形状等许多因素有关,所以它的数值变化范围很大。例如,一砖厚度(240mm)的房屋外墙的k值约为2[W/(m2·K)]。在蒸汽热水器中,k值可达5000[W/(m2·K)]。对于换热器k值越大,传热越好。但对建筑物围护结构和热力管道的保护层,它们的作用是减少热损失,k值越小,保温性能越好,这就要求保温材料导热系数越小越好,从例题的计算可以得出一些重要的结论。

综上所述,学习传热学的目的概括起来就是:认识传热规律;计算各种情况下传热量或传热过程中的温度及其分布;学习增强或减弱热量传递的方法以及对热传导现象进行实验研究的方法。