第五章傳熱概論與能量方程§5-1.熱量傳遞概論；§5-2.能量方程；本章討論熱量傳遞的方式，各種傳熱過程的機(jī)理以及能量方程的推導(dǎo)。第五章傳熱概論與能量方程§5-1.熱量傳遞概論；§5-§5-1.熱量傳遞概論傳熱特點(diǎn)：熱量高溫區(qū)低溫區(qū)研究目的：傳熱速度的求解。熱量傳遞的基本方式:3、輻射傳熱1、導(dǎo)熱2、對流傳熱§5-1.熱量傳遞概論傳熱特點(diǎn)：熱量高溫區(qū)§5-1.熱量傳遞概論

熱量不依靠宏觀混合運(yùn)動而從物體的高溫區(qū)向低溫區(qū)移動的過程；

借助于物體分子、原子、離子、自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動產(chǎn)生的熱量傳遞，簡稱導(dǎo)熱；

導(dǎo)熱在氣體、液體和固體中均能發(fā)生；

導(dǎo)熱的推動力：溫度差。1、導(dǎo)熱§5-1.熱量傳遞概論熱量不依靠宏觀混合運(yùn)動而從物§5-1.熱量傳遞概論

描述導(dǎo)熱現(xiàn)象的物理定律為傅立葉定律（FourierLaw），其數(shù)學(xué)表達(dá)式為W/m2§5-1.熱量傳遞概論描述導(dǎo)熱現(xiàn)象的物理定律為傅§5-1.熱量傳遞概論2、

對流傳熱對流傳熱是指由于流體的宏觀運(yùn)動，流體各部分之間發(fā)生相對位移、冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程。對流傳熱只能發(fā)生在有流體流動的場合，而且由于流體中的分子同時在進(jìn)行著不規(guī)則的熱運(yùn)動，因而對流傳熱必然伴隨著導(dǎo)熱現(xiàn)象。對流傳熱強(qiáng)制對流傳熱自然對流傳熱—外力作用引起；—流體的密度差引起。§5-1.熱量傳遞概論2、對流傳熱對流傳熱是指由§5-1.熱量傳遞概論對流傳熱速率可由牛頓冷卻定律描述，即：對流傳熱系數(shù)或膜系數(shù)W/m2§5-1.熱量傳遞概論對流傳熱速率可由牛頓冷卻定§5-1.熱量傳遞概論因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。熱輻射與熱傳導(dǎo)和對流傳熱的最大區(qū)別就在于它可以在完全真空的地方傳遞而無需任何介質(zhì)。

描述熱輻射的基本定律是斯蒂芬(Stefan)-玻爾茲曼(Boltzmann)定律：3、輻射傳熱q/A

—黑體的發(fā)射能力；σ0

—黑體的輻射常數(shù)(Stefan-Boltzmann常數(shù))，5.67×10-8W/(m2·K4)T

—黑體表面的絕對溫度；適用于絕對黑體的熱輻射。§5-1.熱量傳遞概論因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空§5-2.能量方程1、能量方程的推導(dǎo)

根據(jù)熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律），采用拉格朗日觀點(diǎn)：流體微元的內(nèi)能增長速率=加入流體微元的熱速率+表面應(yīng)力對流體微元所做的功率在流場中選一微元系統(tǒng)：質(zhì)量一定，體積和形狀變化uuuu§5-2.能量方程1、能量方程的推導(dǎo)§5-2.能量方程

微元系統(tǒng)的體積為dV=dxdydz微元系統(tǒng)的質(zhì)量為dM=ρdxdydzJ/(kg.s)zxydzdxdy(x,y,z)流體微元內(nèi)能增長速率加入流體微元的熱速率環(huán)境對流體微元所作的功率§5-2.能量方程微元系統(tǒng)§5-2.能量方程1)、加入流體微元的熱速率x方向：同理，y、z方向：§5-2.能量方程1)、加入流體微元的熱速率x方向：同理，§5-2.能量方程加入流體微元總的熱速率代入得設(shè)導(dǎo)熱三維同性，kx=ky=kz=k，由傅立葉定律§5-2.能量方程加入流體微元總的熱速率代入得設(shè)導(dǎo)熱三維同§5-2.能量方程則—單位體積流體生成的熱速率設(shè)J/(m3

.s）故對于一般情況，假定微元系統(tǒng)內(nèi)部存在內(nèi)熱源。（1）加入流體微元總的熱速率可寫為§5-2.能量方程則—單位體積流體生成的熱速率設(shè)J/(§5-2.能量方程2）、表面應(yīng)力對流體微元所作的功率表面應(yīng)力壓力引起使流體微元發(fā)生體積形變黏滯力引起由于黏性產(chǎn)生摩擦§5-2.能量方程2）、表面應(yīng)力對流體微元所作的功率表面應(yīng)§5-2.能量方程J/(m3

.s）流體微元所作的膨脹功率為負(fù)號表示壓力方向與法線方向相反J/

s§5-2.能量方程J/(m3.s）流體微元所作的§5-2.能量方程—單位體積流體產(chǎn)生的摩擦熱則設(shè)J/(m3

.s）故散逸熱速率J/s（2）將（1）及（2）代入上式，得J/(m3.s）能量方程§5-2.能量方程—單位體積流體產(chǎn)生的摩擦熱則設(shè)J/(§5-2.能量方程2、能量方程的特定形式（1）不可壓縮流體的對流傳熱當(dāng)流速不是特別高、黏度較低時不可壓縮流體化簡得§5-2.能量方程2、能量方程的特定形式（1）不可壓縮流體§5-2.能量方程定壓比熱容由不可壓縮流體因此得定容比熱容或§5-2.能量方程定壓比熱容由不可壓縮流體因此得定容比熱容§5-2.能量方程令則導(dǎo)溫系數(shù)(熱量擴(kuò)散系數(shù))展開得對流傳熱微分方程：適用于液體對流傳熱或密度變化不太大的氣體§5-2.能量方程令則導(dǎo)溫系數(shù)(熱量擴(kuò)散系數(shù))展開得對流傳§5-2.能量方程（2）熱傳導(dǎo)沒有對流：化簡得普遍化熱傳導(dǎo)微分方程當(dāng)流速不是特別高、黏度較低時§5-2.能量方程（2）熱傳導(dǎo)沒有對流：化簡得普遍化熱傳導(dǎo)§5-2.能量方程若無內(nèi)熱源泊松(Poisson)方程若穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱傅立葉第二定律若無內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱拉普拉斯(Laplace)方程§5-2.能量方程若無內(nèi)熱源泊松(Poisson)方程若穩(wěn)§5-2.能量方程3、柱坐標(biāo)系與球坐標(biāo)系的能量方程1).柱坐標(biāo)柱坐標(biāo)溫度場能量方程§5-2.能量方程3、柱坐標(biāo)系與球坐標(biāo)系的能量方程1).§5-2.能量方程2）.球坐標(biāo)能量方程球坐標(biāo)溫度場§5-2.能量方程2）