第07章传热基本概念

1、1第二篇第二篇 热量（能量）传输热量（能量）传输Part II Energy Transport2 热量传输是自然界中时时刻刻都在发生的一种极为普通的，但又十分重要的最基本的传输现象。 传热过程是冶金和材料热加工工程中的一项极为重要的工艺过程和产品质量的控制手段。这一点在本课开始的绪论中所举的铸锻焊、热处理加工工艺中所发生的各种传热现象，可以看出传热过程的控制的重要性。因而学习和研究传热现象及规律是我们从事材料热加工专业的学生应该很好掌握的一项专业基本知识。3 根据热力学定律我们知道：热量总是要由环境中热量总是要由环境中温度高的部位向低温部位传递温度高的部位向低温部位传递，也就是说在一个环境在

2、一个环境体系中，只要有温度的差别存在，就必然会有热量传体系中，只要有温度的差别存在，就必然会有热量传输的现象发生。输的现象发生。而我们学习和研究传热现象的目的是研究热量的传递方式，以及在特定环境条件下，热量的传递速率有多大，并尽可能用数学语言给予准确的描述与表达。4第七章 传热的基本概念Chapter 7 Basic Concepts of Heat Transfer57.1 热量传输的基本方式 Basic Means of Heat Transfer 目前人们普遍认为热量有三种基本传输方式， 即： 1、导热传热导热传热（热传导） Heat Conduction 2、对流传热对流传热 Heat

3、 Convection 3、辐射传热辐射传热 Heat Radiation 这三种基本传热方式，虽然都遵循热量从高温部分向低温部分传递的热力学基本定律，但在传递机制上有非常大的差别。6一、导热传热 Heat Conduction DY：导热是温度分布不均匀的，并相互接触的物导热是温度分布不均匀的，并相互接触的物质体系中，靠分子原子尺度的运动所进行的一种热质体系中，靠分子原子尺度的运动所进行的一种热量传递方式。量传递方式。 如：在固体中，通过晶格结点上分子原子的热振动波的传递；当固体导电时，自由电子的迁移运动也会产生宏观上的热量传输现象。7 对于这种微观分子原子尺度运动所产生的传热行为及宏观上的

4、传热速率，由传热第一定律，即傅立叶导热定律(Fouriers Law)来表达，如在某一方向，y方向上： 式中：qyy方向上导热引起的传热流密度（热通量）；w/m2 物体中温度场T(t.x.y.z)，在y方向上的温度梯度；m 物质的导热系数。（取决于物质结构及物理性质）w.m-1 -1(thermal conductivity)yTqyyT 8二、对流传热 Heat Convection DY：对流是指流体各部分之间发生相对位移时对流是指流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程。所引起的热量传递过程。 顾名思义，对流传热是在有流体存在的物质体系中，当物质内温度分布不均匀时，通过流体的各物

5、质质量团的宏观迁移（即流动），所产生的一种热量传输方式。9 1）在纯流体中，如图示：当流体有对流时，质量团m1,m2,m3位置移动时，会伴随着热量的交换，即热量的传输。 如图中，p1,p2和p3位置上的质量团m1,m2,m3 分别具有热量密度(pCpT1)， (pCpT2)， (pCpT3)，产生图示的方式位置交换，会将一部分热量从高温度区传到低温度区。m3( CpT3)P3m1(CpT1)P1m2( CpT2)P2102) 日常生活中及工程中，常常涉及流体与固体容器壁之间的对流换热问题。如家庭烧开水的水壶，楼房集中供热的锅炉、暖气等。u这种传热方式的传热速率控制环节，主要在对流的流体与固体壁

6、的接触面上。如图示11 显然在这种传热方式下，除了有流体对流运动产生的传热外，还有与固体壁接触的一层相对静止流体的导热及固相壁内部的导热。 可见此时，传热速率qy除与流体的对流强度vx有关外，还与流体和固体的导热能力s、L的大小等因素有关，所以是一个复杂的传热过程。12u工程上常采用如下形式，简单的数学式（也称牛顿换热式）来计算流体与固体壁之间的传热流速率qy： qy800K)辐射传热才变得显著。167.2 温度场、等温面和温度梯度Temperature field, isothermal contour and temperature gradient一、温度场(Temperature fi

7、eld) DY：物体中所有位置温度的集合称为该物体中物体中所有位置温度的集合称为该物体中的温度场。的温度场。 17 温度场表示了物体内部各位置在某一时刻的温度分布情况，可表示为： T=T(t, x, y, z) 即一般情况为时间和空间位置的函数。T1T2T318非稳定温度场：非稳定温度场：T=T(t, x, y, z) 与时间变量有关与时间变量有关稳定温度场；稳定温度场；T=T(x,y,z) 与时间无关T=T (x,y,z) 三维温度场T=T (x,y) 二维温度场T=T (x) 一维温度场19二、等温面(isothermal contour) DY：在同一时刻，物体中温度相同的各点的在同一时刻，物体中温度相同的各点的集合集合（通常为曲面或曲线），称为等温面（或等温线）。20等温面的性质：1）等温面(线)的某点法线方向上单位距离长度的温度变化最大；2）代表不同温度的等温面(线)均不相交。（若相交，则在相交处有两个温度，是错误的）2122三、温度梯度(Temperature Gradient) DY：物体中温度场沿某一方向上单位距离上物体中温度场沿某一方向上单位距离上的温度变化量，称为该方向上的温度梯度。的温度变化量，称为该方向上的温度梯度。23