华科大工程传热学教案01绪论

6按照热力学的定义，热是一种传递中的能量。传递中的能量不外乎是处于无序热和有序状态的功。实际的传递过程常常发生在能量系统处于不平对于一个不可压缩的热力学系统，温度的高低就反映了系统能量状态的高低和单位质量系统内热能（或称热力学能，简称内能）或焓的多少。热力学第二定律告诉我们，能量总是自发地从高能级状态向低能级状态传递和迁移。因此，热的传递和迁移就会发生在热系统然界的物体和系统，当将其视为一个热力学系统时，他们常常是处于不平衡的能量状态之一个物体的加热过程可以视为一个热力学过程，热力学可以根据能量一系统最终达到的平衡温度，以及初始状态和最终状态之间的能量变化，而传热学则是基于物质传递热量的机理，研究该物体在达到平衡以前的任何时刻、任意位置的温度变从以上的分析可知，传热学是研究热量传递规律的科学。它分析各种具体是如何进行的，探求工程及自然现象中热量传递过程的物理本质，发现各种热现象的传输机理，建立能量输运过程的数学模型，分析计算传热系统的温度和热流水平，揭示热量传递的具体规律。在一些较为复杂的场合，则通过计算机模拟加热炉、熔化炉的热力设计；汽车与船用热力发动机的工作过程和设计；机械加工中的热变形与热应力的控制和预测；激光成型过程中的传热问题；机械电子器件中的热设计；材干燥和冷却问题；环境工程中的传热传质及流体流动问题；航空和航天技术中的传热与流动问题等，都必须用传热学的理论去分析，用传热学的计算方法去处理。因此，学习传热学，掌握热量传递过程的基本理论和研究方法，提高分析和处理传热问题的能力必然是工传热学要分析和处理的具体问题很多，但归纳起来有两个大类型。一类是确定在任意时刻物体系统内的温度分布，从而了解系统的特性以便于进行温度和热流的调整与控制及其进行其它的计算，如物体热应力、热变形计算。另一类是计算和传热；为了减少热设备散热，节约能源，必须削弱传热。因此，在给定条件下计算温度分7Q移的情况下，热量会从物体的高温部分传到低温部分；此外，不同温度的物体互相接触时，热量也会在相互没有物质转移的情况下，从高温物体传递到低温物体。这样一种热量传递的方式被称为热传导或简称为导热（从Qt2Ax0Ax0在热传导问题的研究中，毕欧（Boit）在对平板导通过垂直于平板方向上的热流量正比于平板两侧的式中，Q为单位时间沿x方向传导的热量，称为热流量，单位为W；A为垂直于x方向的导热面积，单位为m2；t1−t2为大平板两表面之间的温差，单位为℃（或Kλ为相应的单位是W/(m.oC)。上式亦可表示为如下形式，式中，∂t/∂n称为温度梯度，负号表示热流密度的方向与温度梯度的方向相反。式（1-3）2热对流与对流换热流体中温度不同的各部分流体之间，由于发生相对运动而把热量由一处带到另热现象称为热对流，这是一种借助于流体宏观位移而实现的热量传递过程。实际上流体在进行热对流的同时热量的传导过程也在同时发生。因此，发生在流动介质中的热量传递是热传导与热对流的综合过程。工程上还经常遇到流体与温度不同的固体壁面接触时的热量交换的情况，这种热量的传递过程称为对流换热。由于单一的热对w8式中，tw是物体表面的温度；t∞是流体的温度；u∞u∞3热辐射物质的微观粒子（分子、原子和电子等）的运动会以光的形式向外辐射能量，我们称之为电磁辐射。电磁辐射的波长范围很广，从长达数百米的无线电波到小于10-14米的宇宙射线。这些射线不仅产生的原因各不相同，而且性质也各异，由此围绕辐射过程也就构成了广泛的科学和技术领域。这里我们仅仅对由物质的热运动（即无序运动）而产生的电磁辐射，以及因这些电磁辐射投射到物体上而引起的热效应感兴趣。我们把这一部分电磁辐射称为热辐射。凡是温度高于0[K]的物体都有向外发射热射线的能力。物体的温度越高，一个理想的辐射和吸收能量的物体被称为黑体。黑体向周围空间发射出去的式中，Q为黑体发射的辐射能；A为物体的辐射表面积，T为绝对温度，K；σ0为斯蒂芬-式（1-5）是斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefen-Boltzmann)定律的一种形式，又称为辐射四次方定律，是计算热辐射的基础。实际物体发射的辐射能可以用辐射四次方定律的经验Q=εAσ0T4，自然界中的所有物体都在不断的向周围空间发射辐射能，与此同时，又在不断地吸收来自周围空间其它物体的辐射能，两者之间的差额就是物体之间的辐射换热量。物体表面之间以辐射方式进行的A1T1QQA2T29热交换过程我们称之为辐射换热。对于两个相距很近的黑体表面，由于一个表面发射工业生产中所遇到的许多实际热交换过程常常是热介质将热量先传给换热表换热表面的导热再传给冷介质。这种经由热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的数，W/(m2.ºC)，是一个表征传热过程强烈程度的物理温烟气和灼热炉料的热量，通过炉衬和炉外壳传到炉外空气，这个过程就属于一个典型的传热过程。设工业炉炉内的烟气温度为tf1，炉外的空气温度为tf2，传热温差任何一种物理量都有它的量纲及其计量单位。由于工程技术中要测量的物理量很当选用某几种量纲作为基本量纲，并且选择了基本量纲的单位时，就有了相应的一些导出中相应的单位值。可见，两者的数值属于同一P111μ111υα111c111QW111q111λ11αk112夏季在温度为20oC的室内，穿单衣感到舒适，而冬季在同样温度的室3冬天,在太阳下晒过的棉被,晚上睡觉时盖上1-7宇宙空间可近视看