热工基础第八章热量传导的基本方式幻灯片.ppt

热工基础第八章热量传导的基本方式1第1页，共18页，编辑于2022年，星期日81 热传导热传导热传导（简称简称导热导热）在在物物体体内内部部或或相相互互接接触触的的物物体体表表面面之之间间，由由于于分分子子、原原子子及及自自由由电电子子等等微微观观粒粒子子的的热热运运动动而而产生的热量传递现象。产生的热量传递现象。导导热热现现象象发发生生在在固固体体内内部部，也也可可发发生生在在静静止止的的液体和气体之中。液体和气体之中。本本书书不不讨讨论论导导热热的的微微观观机机理理，只只讨讨论论热热量量传传递的宏观规律。递的宏观规律。2第2页，共18页，编辑于2022年，星期日最简单的导热现象：大平壁的一维稳态导热最简单的导热现象：大平壁的一维稳态导热 0 xt tw2 tw1 特点：特点：1.1.平壁两表面维持均匀恒定不变温度；平壁两表面维持均匀恒定不变温度；2.平壁温度只沿垂直于壁面的方向发生变化；平壁温度只沿垂直于壁面的方向发生变化；3.3.平壁温度不随时间改变；平壁温度不随时间改变；4.4.热量只沿着垂直于壁面的方向热量只沿着垂直于壁面的方向传递。传递。热流量热流量：单位时间传导的热量：单位时间传导的热量,W:材材料料的的热热导导率率（导导热热系系数数）：表表明明材料的导热能力，材料的导热能力，W/(mK)。3第3页，共18页，编辑于2022年，星期日热流密度热流密度 q:单位时间通过单位面积的热流量单位时间通过单位面积的热流量称为平壁的称为平壁的导热热阻导热热阻，表示物体对导热，表示物体对导热的阻力，单位为的阻力，单位为K/W 。tw1 tw2 热阻网络热阻网络4第4页，共18页，编辑于2022年，星期日82 热 对流热对流热对流:由于流体的宏观运动使不同温度的流体相由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象。对位移而产生的热量传递现象。热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运动而产热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运动而产热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运动而产热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运动而产生的导热。生的导热。生的导热。生的导热。对流换热对流换热:流体与相互接触的固体表面之间的热量传递现象，是流体与相互接触的固体表面之间的热量传递现象，是流体与相互接触的固体表面之间的热量传递现象，是流体与相互接触的固体表面之间的热量传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。牛顿冷却公式牛顿冷却公式:=Ah(tw tf)q=h(tw tf)5第5页，共18页，编辑于2022年，星期日tw tf h 称称为为对对流流换换热热的的表表面面传传热热系系数数（习习惯惯称称为为对对流流换热系数换热系数），单位为），单位为W/(m2K)。对流换热热阻：对流换热热阻：=Ah(tw tf)称为称为对流换热热阻对流换热热阻，单位为，单位为 W/K。对流换热热阻对流换热热阻网络：网络：=Ah(tw tf)6第6页，共18页，编辑于2022年，星期日表面传热系数的影响因素表面传热系数的影响因素：h 的的大大小小反反映映对对流流换换热热的的强强弱弱，与与以以下下因因素素有关：有关：（1）流体的物性（热导率、粘度、密度、比热容流体的物性（热导率、粘度、密度、比热容等）；等）；（2）流体流体流动的形态（层流、湍流）；流动的形态（层流、湍流）；（3）流动的成因（自然对流或受迫对流）；流动的成因（自然对流或受迫对流）；（4）物体表面的形状、尺寸物体表面的形状、尺寸；（5）换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。7第7页，共18页，编辑于2022年，星期日 表表1-1 1-1 一些表面传热系数的数值范围一些表面传热系数的数值范围 对流换热类型对流换热类型表表 面面 传传 热热 系系 数数 h/W/(m2K)空气自然对流换热空气自然对流换热110 水自然对流换热水自然对流换热1001 000 空气强迫对流换热空气强迫对流换热10100 水强迫对流换热水强迫对流换热10015 000 水沸腾水沸腾250035 000 水蒸气凝结水蒸气凝结500025 0008第8页，共18页，编辑于2022年，星期日83 热辐射 辐射辐射：指物体受某种因素的激发而向外发射辐射能的现象指物体受某种因素的激发而向外发射辐射能的现象指物体受某种因素的激发而向外发射辐射能的现象指物体受某种因素的激发而向外发射辐射能的现象解释辐射现象的两种理论解释辐射现象的两种理论：电磁理论电磁理论与与量子理论量子理论电磁波的数学描述：电磁波的数学描述：c 某介质中的光速某介质中的光速,m/s 为真空中的光速为真空中的光速;n 为介质的折射率。为介质的折射率。波长波长,常用常用 m为单位为单位,1 m=10-6 m。频率频率,单位单位 s1。9第9页，共18页，编辑于2022年，星期日电磁波的波谱：射线射线：510-5 mX X射线射线：510-7 m 510-2 m紫外线紫外线：410-3 mm 0.38 m可见光可见光可见光可见光：0.38 m 0.76 m红外线红外线红外线红外线：0.76 m 103 m 10第10页，共18页，编辑于2022年，星期日微波微波：103 m 106 m 微微波波炉炉就就是是利利用用微微波波加加热热食食物物，因因微微波波可可穿穿透透塑塑料料、玻玻璃璃和和陶陶瓷瓷制制品品，但但会会被被食食物物中中水水分分子子吸吸收收，产产生内热源，使食品均匀加热。生内热源，使食品均匀加热。热辐射热辐射:由由于于物物体体内内部部微微观观粒粒子子的的热热运运动动而而使使物物体体向向外外发射辐射能的现象。发射辐射能的现象。理理论论上上热热辐辐射射的的波波长长范范围围从从零零到到无无穷穷大大，但但在在日日常常生生活活和和工工业业上上常常见见的的温温度度范范围围内内，热热辐辐射射的的波波长长主主要要在在0.1m至至100m之之间间,包包括括部部分分紫紫外外线线、可见光和部分红外线三个波段可见光和部分红外线三个波段 。11第11页，共18页，编辑于2022年，星期日热辐射的主要特点：热辐射的主要特点：（1）所所有有温温度度大大于于0 K的的物物体体都都具具有有发发射射热热辐辐射射的的能能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。发射热辐射时：内热能发射热辐射时：内热能 辐射能辐射能 ；（2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力所有实际物体都具有吸收热辐射的能力，物体吸收热辐射时：辐射能物体吸收热辐射时：辐射能 内热能内热能 ；（3）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播；热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播；（4）物物体体间间以以热热辐辐射射的的方方式式进进行行的的热热量量传传递递是是双双向的。向的。高温高温物体物体低温低温物体物体热热辐辐射射是是热热量量传传递递的的基本方式之一基本方式之一 。12第12页，共18页，编辑于2022年，星期日辐射换热：辐射换热：以热辐射的方式进行的热量交换。以热辐射的方式进行的热量交换。辐射换热的主要影响因素辐射换热的主要影响因素：（1 1）物体本身的温度、表面辐射特性；）物体本身的温度、表面辐射特性；（2 2）物体的大小、几何形状及相对位置。）物体的大小、几何形状及相对位置。注意：注意：（1 1）热热传传导导、热热对对流流和和热热辐辐射射三三种种热热量量传传递递基基本本方方式往往不是单独出现的；式往往不是单独出现的；（2 2）分分析析传传热热问问题题时时首首先先应应该该弄弄清清楚楚有有哪哪些些传传热热方方式式在在起起作作用用，然然后后再再按按照照每每一一种种传传热热方方式式的规律进行计算。的规律进行计算。（3 3）如如果果某某一一种种传传热热方方式式与与其其他他传传热热方方式式相相比比作用非常小，往往可以忽略。作用非常小，往往可以忽略。13第13页，共18页，编辑于2022年，星期日84 传热过程传热过程：传热过程：指指热热量量从从固固体体壁壁面面一一侧侧的的流流体体通通过过固固体体壁壁面面传递到另一侧流体的过程。传递到另一侧流体的过程。传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成:高高温温流流体体低低温温流流体体固固体体壁壁（1 1）热热量量从从高高温温流流体体以以对对流流换换热热（或或对对流流换换热热辐射换热）的方式传给壁面；辐射换热）的方式传给壁面；（2 2）热热量量从从一一侧侧壁壁面面以以导导热热的的方方式传递到另一侧壁面；式传递到另一侧壁面；（3 3）热热量量从从低低温温流流体体侧侧壁壁面面以以对对流流换换热热（或或对对流流换换热热辐辐射射换换热热）的方式传给低温流体。的方式传给低温流体。14第14页，共18页，编辑于2022年，星期日通过平壁的稳态传热过程通过平壁的稳态传热过程 假设：假设：tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；不随时间变化；为常数为常数。（1 1）左侧的对流换热）左侧的对流换热 （2 2）平壁的导热）平壁的导热 tw2 tw1 0 xt h1 tf1 h2 tf2 15第15页，共18页，编辑于2022年，星期日（3 3）右侧的对流换热）右侧的对流换热 在稳态情况下，在稳态情况下，以上以上三式的热流量相同，可得三式的热流量相同，可得 式中式中 ，Rk称为传热热阻。称为传热热阻。tw1 tw2 tf1 tf2 传热热阻网络传热热阻网络：16第16页，共18页，编辑于2022年，星期日传热系数传热系数 将传热热流量的计算公式写成将传热热流量的计算公式写成 式中式中 k 称称为为传传热热系系数数，单单位位为为 W/(m2K)，t为传热温差。为传热温差。通过单位面积平壁的热流密度为通过单位面积平壁的热流密度为 利利用用上上述述公公式式,可可以以很很容容易易求求得得通通过过平平壁壁的的热流量热流量、热流密度、热流密度q q及壁面温度及壁面温度tw1、tw2。17第17页，共18页，编辑于2022年，星期日第八章小结 重点掌握以下内容：重点掌握以下内容：（1）热热传传导导、热热对对流流、热热辐辐射射三三种种热热量量传传递递基本方式的机理及特点；基本方式的机理及特点；（2）热热流流量量、热热流流密密度度、导导热热系系数数、对对流流换换热热、表面传热系数、传热系数、热阻等基本概念；表面传热系数、传热系数、热阻等基本概念；（3）灵灵活活运运用用平平壁壁的的一一维维稳稳态态导导热热公公式式、对对流流换换热热的的牛牛顿顿冷冷却却公公式式、通通过过平平壁壁的的一一维维传传热热过过程程计计算公式进行相关物理量的计算。算公式进行相关物理量的计算。18第18页，共18页，编辑于2022年，星期日