第二篇传热学

1、第二篇第二篇 传传 热热 学学第八章 热量传递的基本方式2热量传递有三种基本方式 热传导 (thermal conduction) 热对流 (thermal convection) 热辐射 (thermal radiation)81 热传导3热传导（简称导热）:在物体内部或相互接触的物体表面之间，由于分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。导热现象发生在固体内部，也可发生在静止的液体和气体之中。本书不讨论导热的微观机理，只讨论热量传递的宏观规律。最简单的导热现象：大平壁的一维稳态导热4 0 xt tw2 tw1 特点： 1.平壁两表面维持均匀恒定不变温度； 2.平壁温度只沿

2、垂直于壁面的方向发生变化； 3.平壁温度不随时间改变；4.热量只沿着垂直于壁面的方向传递。热流量：单位时间传导的热量,Ww1w2ttA: 材料的热导率(导热系数):表明材料的导热能力，W/(mK)。5w1w2ttqA热流密度 q:单位时间通过单位面积的热流量w1w2ttAw1w2ttAw1w2ttRRA称为平壁的导热热阻，表示物体对导热的阻力，单位为K/W 。tw1 tw2 R热阻网络82 热对流6热对流:由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象。热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运动而产生的导热。对流换热:流体与相互接触的固体表面之间的热量传递现象，是导热和热对

3、流两种基本传热方式共同作用的结果。牛顿冷却公式: ()wfAh tt ()wfqh tt7wf1ttAh1hRAhtw tfhRh 称为对流换热的表面传热系数（习惯称为对流换热系数），单位为W/(m2K)。 对流换热热阻：wfhttR称为对流换热热阻，单位为 W/K。对流换热热阻网络：()wfAh tt ()wfAh tt 8表面传热系数的影响因素：h 的大小反映对流换热的强弱，与以下因素有关：（1）流体的物性（热导率、粘度、密度、比热容等）；（2）流体流动的形态（层流、湍流）；（3）流动的成因（自然对流或受迫对流）；（4）物体表面的形状、尺寸；（5）换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。9 表1

4、-1 一些表面传热系数的数值范围 对流换热类型表面传热系数 h /W /( m2K) 空气自然对流换热110 水自然对流换热1001 000 空气强迫对流换热10100 水强迫对流换热10015 000 水沸腾250035 000 水蒸气凝结500025 00083 热辐射 10辐射：指物体受某种因素的激发而向外发射辐射能的现象解释辐射现象的两种理论 ：电磁理论与量子理论电磁波的数学描述：c c 某介质中的光速, 0ccn803.0 10c m/s 为真空中的光速; n 为介质的折射率。 波长, 常用m为单位, 1m = 10-6 m。 频率, 单位 s1。11电磁波的波谱： 射线： 510-

5、5 mX射线： 510-7 m 510-2 m紫外线： 410-3 m 0.38 m可见光： 0.38 m 0.76 m红外线： 0.76 m 103 m 12微波： 103 m 106 m 微波炉就是利用微波加热食物，因微波可穿透塑料、玻璃和陶瓷制品，但会被食物中水分子吸收，产生内热源，使食品均匀加热。热辐射:由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象。 理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射的波长主要在0.1m至100m之间,包括部分紫外线、可见光和部分红外线三个波段 。 13热辐射的主要特点：（1）所有温度大于0 K的物体都具有发射

6、热辐射的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。发射热辐射时：内热能 辐射能 ； （2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力，物体吸收热辐射时：辐射能 内热能 ； （3）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播； （4）物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的。 高温物体低温物体热辐射是热量传递的基本方式之一 。14辐射换热：以热辐射的方式进行的热量交换。辐射换热的主要影响因素：（1）物体本身的温度、表面辐射特性； （2）物体的大小、几何形状及相对位置。 注意：（1）热传导、热对流和热辐射三种热量传递基本方式往往不是单独出现的； （2）分析传热问题时首先应该弄清楚有哪些传热方式在起作用，然后再按照

7、每一种传热方式的规律进行计算。 （3）如果某一种传热方式与其他传热方式相比作用非常小，往往可以忽略。 84 传热过程15传热过程：指热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。 传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成:高温流体低温流体固体壁（1）热量从高温流体以对流换热（或对流换热辐射换热）的方式传给壁面； （2）热量从一侧壁面以导热的方式传递到另一侧壁面； （3）热量从低温流体侧壁面以对流换热（或对流换热辐射换热）的方式传给低温流体。 16通过平壁的稳态传热过程 假设： tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；为常数。 （1）左侧的对流换热 1f1w1Ah ttf1w111

8、ttAhf1w11httR（2）平壁的导热 w1w2ttAw1w2ttAw1w2ttR tw2 tw1 0 xt h1 tf1 h2 tf2 17（3）右侧的对流换热 2w2f 2Ah ttw2f 221ttAhw2f 22httR在稳态情况下，以上三式的热流量相同，可得 f1f 21211ttAhAAhf1f 2kttRf1f 212hhttRRR12khhRRRR式中 ，Rk称为传热热阻。 tw1 R1hR2hRtw2 tf1 tf2 传热热阻网络： 18传热系数 将传热热流量的计算公式写成 f1f 2Ak ttAk t12111khh式中 k 称为总传热系数单位为 W/(m2K)t为传热温差。 通过单位面积平壁的热流密度为 f1f 2qk ttf1f 21211tthh利用上述公式, 可以很容易求得通过平壁的热流量、热流密度q及壁面温度tw1、tw2。 19第八章 小结 重点掌握以下内容