第十一章 热量传递基本方式

传热学篇第十一章热量传递基本方式

本章介绍导热、对流、辐射三种热量传递方式的基本规律，以及由它们组合而成的传热过程与热阻分析方法。11.1热量传递基本方式热传导（导热）定义：物体各部分不发生宏观相对位移，依靠微观粒子(分子、原子、电子等)的无规则热运动相互碰撞而产生的热量传递。

导热是物质的固有属性。特点：1必须有温差；

2物体直接接触；3依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动，无宏观的相对位移；4可在所有物质(固、液、气体)中进行,形式不变11.1热量传递基本方式一维平壁稳态导热导热过程的速率方程——傅里叶定律热流量：单位时间传递的热量

λ——导热系数(又称热导率)[W/(m·K)]是一种物性参数，与材料种类和温度有关热流密度：

单位时间通过单位面积传递的热量

11.1热量传递基本方式热对流定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。对流传热（工程）定义：流体流过固体壁面时，由于流体与壁面间温差而引起的热量传递。特点：（1）导热（边界层）与热对流同时存在的复杂热传递过程（2）必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差。（3）壁面处会形成速度梯度很大的边界层。11.1热量传递基本方式对流传热（工程）分类：无相变：强迫对流和自然对流（风扇、暖气片）

有相变：沸腾换热和凝结换热基本公式——牛顿冷却公式：h——表面传热系数[W/m2·K]，过程量。影响因素：流动成因、流动形态、流体物性，是否发生相变，壁面几何因素等11.1热量传递基本方式热辐射与辐射传热定义：

辐射：物体通过电磁波传递能量的现象.热辐射：物体因热的原因产生电磁波发射辐射能的现象.

特点：（1）温度高于0K的物体均具备热辐射的能力；（2）无需介质，可在真空传递；（3）伴随热能和电磁能的能量形式转换；

11.1热量传递基本方式黑体定义：

能吸收投入表面的全部辐射能的理想物体。辐射换热的基本研究方法将真实物体的辐射与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从而获得真实物体的热辐射规律。基本计算公式——斯忒潘-玻耳兹曼定律：表面辐射力——黑体在单位时间内单位辐射面积发出的热辐射能实际物体辐射力：

黑体辐射常数σ＝5.67×10-8[W/m2·K4]ε—物体的发射率，又称为黑度，ε<1，其值与物体的种类及表面状况有关。

11.1热量传递基本方式辐射传热定义：物体之间以辐射方式进行的热量交换.

辐射换热过程是一种动态的平衡过程简单情况辐射换热量的计算公式：11.2复合传热与传热过程复合传热：对流与辐射同时存在的传热过程辐射传热量Φr：复合传热的总传热量：h——复合传热系数

引入复合传热系数h

的目的是将对流和辐射两种不同性质的传热方式统一用牛顿冷却公式的形式表达，从而简化工程计算。复合传热系数仅适用于温差不太大的情况，如暖气片、管道保温。11.2复合传热与传热过程传热过程在实际问题中，导热、对流与辐射常不是单独出现的，常互相串联，同一环节中可能有几种方式起作用。如室内暖气片的散热注意：最后环节中的辐射是外表面与四周固体表面间进行的，空气不参与辐射，只参与对流11.2复合传热与传热过程传热过程省煤器的传热高温烟气

外壁

内壁

水水冷壁的传热高温烟气

外壁

内壁

汽水混合物对流传热辐射传热导热对流传热11.2复合传热与传热过程传热过程定义：热量由壁面的一侧流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。稳态传热过程包含相互串联的三个环节：(1)高温流体与固体壁面的传热；(2)通过壁面的导热；(3)低温流体与固体另一侧壁面的传热:11.2复合传热与传热过程传热过程k—传热系数，表示整个传热过程的强弱[W/m2·K]11.2复合传热与传热过程热阻传热过程电路类比传热过程总热阻:

Rk=1/(kA)

K/W单位面积热阻：

rk=1/k

（m²·K）/W11.2复合传热与传热过程串联热阻叠加

tw1

tw2

Rλ

tw

tf

Rh11.2复合传热与传热过程串联热阻叠加

tw1

tw2

tf1

tf2

传热热阻：传热过程热阻网络：

串联热阻叠加原则：通过传热过程的各环节的热流量相等（稳态过程），总热阻等于串联热阻之和。

11.2复合传热与传热过程传热过程例：室内和室外的空气温度分别为20℃和-1