1、傳熱的三種方式2022/8/311第1頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日一、熱量傳遞的基本方式 熱量傳遞有三種基本方式:熱傳導熱對流熱輻射 2022/8/312第2頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日1、熱傳導（簡稱導熱） ： 在物體內(nèi)部或相互接觸的物體表面之間，由于分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。 純導熱現(xiàn)象可以發(fā)生在固體內(nèi)部，也可以發(fā)生在靜止的液體和氣體之中。 2022/8/313第3頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導熱 0 xt tw2 tw1 特點：平壁兩表面維持均勻恒定

2、不變的溫度， 平壁各處溫度不隨時間改變； 壁內(nèi)溫度只沿垂直于壁面的方向變化； 熱量只沿著垂直于壁面的方向傳遞。熱流量：單位時間傳過的熱量: 材料的導熱系數(shù)，表明材料的導熱能力，W/(mK)。W2022/8/314第4頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日熱流密度 q:單位時間通過單位面積的熱流量導熱熱阻稱為平壁的導熱熱阻，表示物體對導熱的阻力，單位為K/W 。tw1 tw2 熱阻網(wǎng)絡2022/8/315第5頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日 導熱系數(shù) 導熱系數(shù)物質(zhì)導熱能力的大小。單位：W/m.K。絕大多數(shù)材料的導熱系數(shù)值都可以通過實驗測得。2022/

3、8/316第6頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日物質(zhì)的導熱系數(shù)在數(shù)值上具有下述特點: (1) 對于同一種物質(zhì), 固態(tài)的導熱系數(shù)值最大,氣態(tài)的導熱系數(shù)值最??； (2)一般金屬的導熱系數(shù)大于非金屬的熱導率 ； (3)導電性能好的金屬, 其導熱性能也好 ； (4)純金屬的導熱系數(shù)大于它的合金 。 導熱系數(shù)數(shù)值的影響因素較多, 主要取決于物質(zhì)的種類、物質(zhì)結構與物理狀態(tài), 此外溫度、密度、濕度等因素對導熱系數(shù)也有較大的影響。其中溫度對導熱系數(shù)的影響尤為重要。 2022/8/317第7頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日溫度對導熱系數(shù)的影響： 一般地說, 所有

4、物質(zhì)的導熱系數(shù)都是溫度的函數(shù),不同物質(zhì)的熱導率隨溫度的變化規(guī)律不同。 純金屬的導熱系數(shù)隨溫度的升高而減小。 一般合金和非金屬的導熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。 2022/8/318第8頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日 用于保溫或隔熱的材料。國家標準規(guī)定，溫度低于350時導熱系數(shù)小于0.12 W/(mK)的材料稱為保溫材料。保溫材料（或稱絕熱材料）： 多孔材料的導熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。 多孔材料的導熱系數(shù)與密度和濕度有關。一般情況下密度和濕度愈大，熱導率愈大。典型材料導熱系數(shù)的數(shù)值范圍純金屬 50-415 W/mK 合金 12-120 W/mK 非金屬固體 1-40 W

5、/mK 液體(非金屬) 0.17-0.7 W/mK 絕熱材料 0.03-0.12 W/mK 氣體 0.007-0.17 W/mK 2022/8/319第9頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日2 、熱對流 由于流體的宏觀運動使不同溫度的流體相對位移而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。 特點：熱對流只發(fā)生在流體之中，并伴隨有微觀粒子熱運動而產(chǎn)生的導熱。對流換熱 ：流體與相互接觸的固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象，是導熱和熱對流兩種基本傳熱方式共同作用的結果。牛頓冷卻公式: = Ah(tw tf) q = h(tw tf) 2022/8/3110第10頁，共21頁，2022年，5月20日，21點4

6、9分，星期日tw tf h 稱為對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（習慣稱為對流換熱系數(shù)），單位為W/(m2K)。 對流換熱熱阻： = Ah(tw tf) 稱為對流換熱熱阻，單位為 W/K。對流換熱熱阻網(wǎng)絡：2022/8/3111第11頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響因素： h 的大小反映對流換熱的強弱，與以下因素有關： （1）流體的物性（熱導率、粘度、密度、比熱容等）；（2）流體流動的形態(tài)（層流、紊流）；（3）流動的成因（自然對流或受迫對流）；（4）物體表面的形狀、尺寸；（5）換熱時流體有無相變（沸騰或凝結）。2022/8/3112第12頁，共21頁，2022

7、年，5月20日，21點49分，星期日 表1-1 一些表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍 對流換熱類型表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h W /( m2K) 空氣與外墻面自然對流換熱225 液體自然對流換熱501000 氣體強迫對流換熱25250 液體強迫對流換熱5025000 液體沸騰2500100000 蒸氣凝結20001000002022/8/3113第13頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日3、熱輻射 電磁波的波譜： 射線： 510-5 mX射線： 510-7 510-2 m紫外線： 410-3 0.38 m可見光： 0.38 0.76 m紅外線： 0.76 103 m 2022/8/3114第

8、14頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日微波： 103 106 m 微波爐就是利用微波加熱食物，因微波可穿透塑料、玻璃和陶瓷制品，但會被食物中水分子吸收，產(chǎn)生內(nèi)熱源，使食品均勻加熱。熱輻射 由于物體內(nèi)部微觀粒子的熱運動而使物體向外發(fā)射輻射能的現(xiàn)象。 理論上熱輻射的波長范圍從零到無窮大，但在日常生活和工業(yè)上常見的溫度范圍內(nèi)，熱輻射的波長主要在0.1m至100m之間,包括部分紫外線、可見光和部分紅外線三個波段 。 2022/8/3115第15頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日熱輻射的主要特點： （1）所有溫度大于0 K的物體都具有發(fā)射熱輻射的能力，溫度

9、愈高，發(fā)射熱輻射的能力愈強。發(fā)射熱輻射時：內(nèi)熱能 輻射能 ； （2）所有實際物體都具有吸收熱輻射的能力，吸收熱輻射時：輻射能 內(nèi)熱能 ； （3）熱輻射不依靠中間媒介，可以在真空中傳播； （4）物體間以熱輻射的方式進行的熱量傳遞是雙向的。 高溫物體低溫物體熱輻射是熱量傳遞的基本方式之一 。2022/8/3116第16頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日輻射換熱：以熱輻射的方式進行的熱量交換。輻射換熱的主要影響因素：（1）物體本身的溫度、表面輻射特性； （2）物體的大小、幾何形狀及相對位置。 注意：（1）熱傳導、熱對流和熱輻射三種熱量傳遞基本方式往往不是單獨出現(xiàn)的； （2）分

10、析傳熱問題時首先應該弄清楚有那些傳熱方式在起作用，然后再按照每一種傳熱方式的規(guī)律進行計算。 （3）如果某一種傳熱方式與其他傳熱方式相比作用非常小，往往可以忽略。 2022/8/3117第17頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日二、傳熱過程 傳熱過程是指熱量從固體壁面一側的流體通過固體壁面?zhèn)鬟f到另一側流體的過程。 傳熱過程由三個相互串聯(lián)的環(huán)節(jié)組成:高溫流體低溫流體固體壁 （1）熱量從高溫流體以對流換熱（或?qū)α鲹Q熱輻射換熱）的方式傳給壁面； （2）熱量從一側壁面以導熱的方式傳遞到另一側壁面； （3）熱量從低溫流體側壁面以對流換熱（或?qū)α鲹Q熱輻射換熱）的方式傳給低溫流體。 2022/8/3118第18頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱過程 假設： tf1、tf2、h1、h2不隨時間變化；為常數(shù)。 （1）左側的對流換熱 （2）平壁的導熱 tw2 tw1 0 xt h1 tf1 h2 tf2 2022/8/3119第19頁，共21頁，2022年，5月20日，21點49分，星期日（3）右側的對流換熱 在穩(wěn)態(tài)情況下，以上三式的熱流量相同，可得 式中 ，Rk稱為傳熱熱阻。 tw1 tw2 tf1 tf2 傳熱熱阻網(wǎng)絡： 2022/8/3120第20頁，共21頁，202