1、1,第八章 熱量傳遞的基本方式,第二篇 傳熱學(xué),熱量傳遞有三種基本方式,熱傳導(dǎo) (thermal conduction),熱對流 (thermal convection),熱輻射 (thermal radiation),2,81 熱傳導(dǎo),熱傳導(dǎo)（簡稱導(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動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。,導(dǎo)熱現(xiàn)象發(fā)生在固體內(nèi)部，也可發(fā)生在靜止的液體和氣體之中。,本書不討論導(dǎo)熱的微觀機(jī)理，只討論熱量傳遞的宏觀規(guī)律。,3,最簡單的導(dǎo)熱現(xiàn)象：大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,特點：,1.平壁兩表面維持均勻恒定不變溫度；,2.平壁溫度只沿垂直于壁面的方向發(fā)生變

2、化；,3.平壁溫度不隨時間改變；,4.熱量只沿著垂直于壁面的方向傳遞。,熱流量：單位時間傳導(dǎo)的熱量,W,: 材料的熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）：表明材料的導(dǎo)熱能力，W/(mK)。,4,熱流密度 q,:單位時間通過單位面積的熱流量,稱為平壁的導(dǎo)熱熱阻，表示物體對導(dǎo)熱的阻力，單位為K/W 。,熱阻網(wǎng)絡(luò),5,82 熱對流,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。,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(dǎo)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(dǎo)熱和熱對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 =

3、h(tw tf),6,h 稱為對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（習(xí)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(luò)：, = Ah(tw tf),7,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(guān)：,（1）流體的物性（熱導(dǎo)率、粘度、密度、比熱容等）；,（2）流體流動的形態(tài)（層流、湍流）；,（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(jié)）。,8,表1-1 一些表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍,9,83 熱輻射,輻射：,指物體受某種因素的激發(fā)而

4、向外發(fā)射輻射能的現(xiàn)象,解釋輻射現(xiàn)象的兩種理論 ：,電磁理論與量子理論,電磁波的數(shù)學(xué)描述：,c 某介質(zhì)中的光速,m/s 為真空中的光速;,n 為介質(zhì)的折射率。, 波長, 常用m為單位, 1m = 10-6 m。, 頻率, 單位 s1。,10,電磁波的波譜：, 射線： 510-5 m,X射線： 510-7 m 510-2 m,紫外線： 410-3 m 0.38 m,可見光： 0.38 m 0.76 m,紅外線： 0.76 m 103 m,無線電波： 103 m,11,微波： 103 m 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

5、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 。,12,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，溫度愈高，發(fā)射熱輻射的能力愈強。,（2）所有實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 。,13,輻射換熱：,以熱輻射的方式進(jìn)行的熱量交換。,輻射換

6、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(dǎo)、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）分析傳熱問題時首先應(yīng)該弄清楚有哪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。,14,84 傳熱過程,傳熱過程：,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。,傳熱過程由三個相互串聯(lián)的熱量傳遞環(huán)節(jié)組成:,（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(cè)壁面以導(dǎo)熱的方式傳遞到另一

7、側(cè)壁面；,（3）熱量從低溫流體側(cè)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。,15,通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱過程,假設(shè)：,tf1、tf2、h1、h2不隨時間變化；為常數(shù)。,（1）左側(cè)的對流換熱,（2）平壁的導(dǎo)熱,16,（3）右側(cè)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。,傳熱熱阻網(wǎng)絡(luò)：,17,傳熱系數(shù),將傳熱熱流量的計算公式寫成,式中,k 稱為傳熱系數(shù)，單位為 W/(m2K)，t為傳熱溫差。,通過單位面積平壁的熱流密度為,利用上述公式, 可以很容易求得通過平壁的熱流量、熱流密度q及壁面溫度tw1、tw2。,18,第八章小結(jié),重點掌握以下內(nèi)容：,（1）熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射三種熱量傳遞基本