1、1第二篇 熱量傳輸Part II Energy Transport2 熱量傳輸是自然界中時時刻刻都在發生的一種極為普通的，但又十分重要的最基本的傳輸現象。 傳熱過程是冶金和材料熱加工工程中的一項極為重要的工藝過程和產品質量的控制手段。這一點在本課開始的緒論中所舉的鑄鍛焊、熱處理加工工藝中所發生的各種傳熱現象，可以看出傳熱過程的控制的重要性。因而學習和研究傳熱現象及規律是我們從事材料熱加工專業的學生應該很好掌握的一項專業基本知識。3 根據熱力學定律我們知道：熱量總是要由環境中溫度高的部位向低溫部位傳遞，也就是說在一個環境體系中，只要有溫度的差別存在，就必然會有熱量傳輸的現象發生。而我們學習和研究

2、傳熱現象的目的是研究熱量的傳遞方式，以及在特定環境條件下，熱量的傳遞速率有多大，并盡可能用數學語言給予準確的描述與表達。4第七章 傳熱的基本概念Chapter 7 Basic Concepts of Heat Transfer57.1 熱量傳輸的基本方式 Basic Means of Heat Transfer 目前人們普遍認為熱量有三種基本傳輸方式， 即： 1、導熱傳熱（熱傳導） Heat Conduction 2、對流傳熱 Heat Convection 3、輻射傳熱 Heat Radiation 這三種基本傳熱方式，雖然都遵循熱量從高溫部分向低溫部分傳遞的熱力學基本定律，但在傳遞機制上有

3、非常大的差別。6一、導熱傳熱 Heat Conduction 定義：導熱是溫度分布不均勻的，并相互接觸的物質體系中，靠分子原子尺度的運動所進行的一種熱量傳遞方式。 如：在固體中，通過晶格結點上分子原子的熱振動波的傳遞；當固體導電時，自由電子的遷移運動也會產生宏觀上的熱量傳輸現象。7 對于這種微觀分子原子尺度運動所產生的傳熱行為及宏觀上的傳熱速率，由傳熱第一定律，即傅立葉導熱定律(Fouriers Law)來表達，如在某一方向，y方向上： 式中：qyy方向上導熱引起的傳熱流密度（熱通量）；w/m2 物體中溫度場T(t.x.y.z)，在y方向上的溫度梯度；m 物質的導熱系數。（取決于物質結構及物理

4、性質）w.m-1 -1(thermal conductivity)yTqyyT 8二、對流傳熱 Heat Convection 定義：對流是指流體各部分之間發生相對位移時所引起的熱量傳遞過程。 顧名思義，對流傳熱是在有流體存在的物質體系中，當物質內溫度分布不均勻時，通過流體的各物質質量團的宏觀遷移（即流動），所產生的一種熱量傳輸方式。9 1）在純流體中，如圖示：當流體有對流時，質量團m1,m2,m3位置移動時，會伴隨著熱量的交換，即熱量的傳輸。 如圖中，p1,p2和p3位置上的質量團m1,m2,m3 分別具有熱量密度(pCpT1)， (pCpT2)， (pCpT3)，產生圖示的方式位置交換，會

5、將一部分熱量從高溫度區傳到低溫度區。m3( CpT3)P3m1(CpT1)P1m2( CpT2)P2102) 日常生活中及工程中，常常涉及流體與固體容器壁之間的對流換熱問題。如家庭燒開水的水壺，樓房集中供熱的鍋爐。u這種傳熱方式的傳熱速率控制環節，主要在對流的流體與固體壁的接觸面上。如圖示11 顯然在這種傳熱方式下，除了有流體對流運動產生的傳熱外，還有與固體壁接觸的一層相對靜止流體的導熱及固相壁內部的導熱。 可見此時，傳熱速率qy除與流體的對流強度Vx有關外，還與流體和固體的導熱能力s、的大小等因素有關，所以是一個復雜的傳熱過程。12u工程上常采用如下形式，簡單的數學式（也稱牛頓換熱式）來計算

6、流體與固體壁之間的傳熱流速率qy： qy800K)輻射傳熱才變得顯著。167.2 溫度場、等溫面和溫度梯度Temperature field, isothermal contour and temperature gradient一、溫度場(Temperature field) 定義： 物體中所有位置溫度的集合稱為該物體中的溫度場。 17 溫度場表示了物體內部各位置在某一時刻的溫度分布情況，可表示為： T=T(t,x,y,z) 即一般情況為時間和空間位置的函數。T1T2T318非穩定溫度場：T=T(t,x,y,z) 與時間變量有關穩定溫度場：T=T(x,y,z) 與時間無關T=f (x,y,z) 三維溫度場T=f (x,y) 二維溫度場T=f (x) 一維溫度場19二、等溫面(isothermal contour) 定義： 在同一時刻，物體中溫度相同的各點的集合（通常為曲面或曲線），稱為等溫面（或等溫線）。20等溫面的性質：1）等溫面(線)的某點法線方向上單位距離長度的溫度變化最大；2）代表不同溫度的等溫面(線)均不相交。（若相交，則在相交處有兩個溫度，是錯誤的）2122三、溫度梯度(Temperature Gradient) 定義： 物體中溫度場沿某一方向上單位距離長度上的溫度變化量，稱為該方向上的溫度梯度。23 溫度場T(t,x,y