1、2020/7/2,1,傳熱理論基礎(chǔ),刁乃仁 diaonr 電話：86623257,2020/7/2,2,一、熱量傳遞的基本方式,熱量傳遞有三種基本方式:,導(dǎo)熱,對(duì)流,輻射,2020/7/2,3,1、導(dǎo)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(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。,純導(dǎo)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。,2020/7/2,4,大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,特點(diǎn)：平壁兩表面維持均勻恒定不變的溫度， 平壁各處溫度不隨時(shí)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：?jiǎn)挝粫r(shí)間傳過的熱量,: 材料的導(dǎo)熱系

2、數(shù)，表明材料的導(dǎo)熱能力，W/(mK)。,W,2020/7/2,5,熱流密度 q,:單位時(shí)間通過單位面積的熱流量,導(dǎo)熱熱阻,稱為平壁的導(dǎo)熱熱阻，表示物體對(duì)導(dǎo)熱的阻力，單位為K/W 。,熱阻網(wǎng)絡(luò),2020/7/2,6,導(dǎo)熱系數(shù),導(dǎo)熱系數(shù)物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小。單位：W/m.K。,絕大多數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)值都可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。,2020/7/2,7,物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上具有下述特點(diǎn):,(1) 對(duì)于同一種物質(zhì), 固態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)值最大,氣態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)值最小；,(2)一般金屬的導(dǎo)熱系數(shù)大于非金屬的熱導(dǎo)率 ；,(3)導(dǎo)電性能好的金屬, 其導(dǎo)熱性能也好 ；,(4)純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)大于它的合金 。,導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值的影

3、響因素較多, 主要取決于物質(zhì)的種類、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理狀態(tài), 此外溫度、密度、濕度等因素對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)也有較大的影響。其中溫度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響尤為重要。,2020/7/2,8,溫度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響：,一般地說, 所有物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)都是溫度的函數(shù),不同物質(zhì)的熱導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律不同。,純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而減小。,一般合金和非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。,2020/7/2,9,用于保溫或隔熱的材料。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，溫度低于350時(shí)導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。,多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)與密度和濕度有關(guān)。一

4、般情況下密度和濕度愈大，熱導(dǎo)率愈大。,典型材料導(dǎo)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/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,2020/7/2,10,2 、對(duì)流,由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)使不同溫度的流體相對(duì)位移而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。,特點(diǎn)：熱對(duì)流只發(fā)生在流體之中，并伴隨有微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的導(dǎo)熱。,對(duì)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(dǎo)熱和熱對(duì)流兩種基本傳熱方式共同作用的結(jié)果。,牛頓冷卻公式:, = Ah(tw tf),q

5、 = h(tw tf),2020/7/2,11,h 稱為對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（習(xí)慣稱為對(duì)流換熱系數(shù)），單位為W/(m2K)。,對(duì)流換熱熱阻：, = Ah(tw tf),稱為對(duì)流換熱熱阻，單位為 W/K。,對(duì)流換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)：,2020/7/2,12,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響因素：,h 的大小反映對(duì)流換熱的強(qiáng)弱，與以下因素有關(guān)：,（1）流體的物性（熱導(dǎo)率、粘度、密度、比熱容等）；,（2）流體流動(dòng)的形態(tài)（層流、紊流）；,（3）流動(dòng)的成因（自然對(duì)流或受迫對(duì)流）；,（4）物體表面的形狀、尺寸；,（5）換熱時(shí)流體有無相變（沸騰或凝結(jié)）。,2020/7/2,13,表1-1 一些表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍,2020/

6、7/2,14,3、熱輻射 電磁波的波譜：, 射線： 510-5 m,X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,2020/7/2,15,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(huì)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(yùn)動(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)波

7、段 。,2020/7/2,16,熱輻射的主要特點(diǎn)：,（1）所有溫度大于0 K的物體都具有發(fā)射熱輻射的能力，溫度愈高，發(fā)射熱輻射的能力愈強(qiáng)。,（2）所有實(shí)際物體都具有吸收熱輻射的能力，,（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(jìn)行的熱量傳遞是雙向的。,熱輻射是熱量傳遞的基本方式之一 。,2020/7/2,17,輻射換熱：,以熱輻射的方式進(jìn)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(duì)位置。,注意：,（1）熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三種熱量傳遞基本方式往往不是單獨(dú)出現(xiàn)的；,（2）分析傳熱問題時(shí)首先應(yīng)該弄

8、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(jìn)行計(jì)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。,2020/7/2,18,二、傳熱過程,傳熱過程是指熱量從固體壁面一側(cè)的流體通過固體壁面?zhèn)鬟f到另一側(cè)流體的過程。,傳熱過程由三個(gè)相互串聯(lián)的環(huán)節(jié)組成:,（1）熱量從高溫流體以對(duì)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(cè)壁面以導(dǎo)熱的方式傳遞到另一側(cè)壁面；,（3）熱量從低溫流體側(cè)壁面以對(duì)流換熱（或?qū)α鲹Q熱輻射換熱）的方式傳給低溫流體。,2020/7/2,19,通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱過程,假設(shè)：,tf1、tf2、h1、h2不隨時(shí)間變化；為常數(shù)。,（1）左側(cè)的對(duì)流換熱,（2）平壁的導(dǎo)熱,2020/7/2,20,（3）右側(cè)的對(duì)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。