1、第二篇第二篇 傳傳 熱熱 學學第八章 熱量傳遞的基本方式2熱量傳遞有三種基本方式 熱傳導 (thermal conduction) 熱對流 (thermal convection) 熱輻射 (thermal radiation)81 熱傳導3熱傳導（簡稱導熱）:在物體內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生的熱量傳遞現象。導熱現象發生在固體內部，也可發生在靜止的液體和氣體之中。本書不討論導熱的微觀機理，只討論熱量傳遞的宏觀規律。最簡單的導熱現象：大平壁的一維穩態導熱4 0 xt tw2 tw1 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

2、垂直于壁面的方向發生變化； 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：單位時間傳導的熱量,Ww1w2ttA: 材料的熱導率(導熱系數):表明材料的導熱能力，W/(mK)。5w1w2ttqA熱流密度 q:單位時間通過單位面積的熱流量w1w2ttAw1w2ttAw1w2ttRRA稱為平壁的導熱熱阻，表示物體對導熱的阻力，單位為K/W 。tw1 tw2 R熱阻網絡82 熱對流6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生的熱量傳遞現象。熱對流只發生在流體之中，并伴隨有微觀粒子熱運動而產生的導熱。對流換熱:流體與相互接觸的固體表面之間的熱量傳遞現象，是導熱和熱對

3、流兩種基本傳熱方式共同作用的結果。牛頓冷卻公式: ()wfAh tt ()wfqh tt7wf1ttAh1hRAhtw tfhRh 稱為對流換熱的表面傳熱系數（習慣稱為對流換熱系數），單位為W/(m2K)。 對流換熱熱阻：wfhttR稱為對流換熱熱阻，單位為 W/K。對流換熱熱阻網絡：()wfAh tt ()wfAh tt 8表面傳熱系數的影響因素：h 的大小反映對流換熱的強弱，與以下因素有關：（1）流體的物性（熱導率、粘度、密度、比熱容等）；（2）流體流動的形態（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）。9 表1

4、-1 一些表面傳熱系數的數值范圍 對流換熱類型表面傳熱系數 h /W /( m2K) 空氣自然對流換熱110 水自然對流換熱1001 000 空氣強迫對流換熱10100 水強迫對流換熱10015 000 水沸騰250035 000 水蒸氣凝結500025 00083 熱輻射 10輻射：指物體受某種因素的激發而向外發射輻射能的現象解釋輻射現象的兩種理論 ：電磁理論與量子理論電磁波的數學描述：c c 某介質中的光速, 0ccn803.0 10c m/s 為真空中的光速; n 為介質的折射率。 波長, 常用m為單位, 1m = 10-6 m。 頻率, 單位 s1。11電磁波的波譜： 射線： 510-

5、5 mX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 12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，產生內熱源，使食品均勻加熱。熱輻射:由于物體內部微觀粒子的熱運動而使物體向外發射輻射能的現象。 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上常見的溫度范圍內，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 。 13熱輻射的主要特點：（1）所有溫度大于0 K的物體都具有發射

6、熱輻射的能力，溫度愈高，發射熱輻射的能力愈強。發射熱輻射時：內熱能 輻射能 ； （2）所有實際物體都具有吸收熱輻射的能力，物體吸收熱輻射時：輻射能 內熱能 ； （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行的熱量傳遞是雙向的。 高溫物體低溫物體熱輻射是熱量傳遞的基本方式之一 。14輻射換熱：以熱輻射的方式進行的熱量交換。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、幾何形狀及相對位置。 注意：（1）熱傳導、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的； （2）分析傳熱問題時首先應該弄清楚有哪些傳熱方式在起作用，然后再按照

7、每一種傳熱方式的規律進行計算。 （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。 84 傳熱過程15傳熱過程：指熱量從固體壁面一側的流體通過固體壁面傳遞到另一側流體的過程。 傳熱過程由三個相互串聯的熱量傳遞環節組成:高溫流體低溫流體固體壁（1）熱量從高溫流體以對流換熱（或對流換熱輻射換熱）的方式傳給壁面； （2）熱量從一側壁面以導熱的方式傳遞到另一側壁面； （3）熱量從低溫流體側壁面以對流換熱（或對流換熱輻射換熱）的方式傳給低溫流體。 16通過平壁的穩態傳熱過程 假設： tf1、tf2、h1、h2不隨時間變化；為常數。 （1）左側的對流換熱 1f1w1Ah ttf1w111

8、ttAhf1w11httR（2）平壁的導熱 w1w2ttAw1w2ttAw1w2ttR tw2 tw1 0 xt h1 tf1 h2 tf2 17（3）右側的對流換熱 2w2f 2Ah ttw2f 221ttAhw2f 22httR在穩態情況下，以上三式的熱流量相同，可得 f1f 21211ttAhAAhf1f 2kttRf1f 212hhttRRR12khhRRRR式中 ，Rk稱為傳熱熱阻。 tw1 R1hR2hRtw2 tf1 tf2 傳熱熱阻網絡： 18傳熱系數 將傳熱熱流量的計算公式寫成 f1f 2Ak ttAk t12111khh式中 k 稱為總傳熱系數單位為 W/(m2K)t為傳熱溫差。 通過單位面積平壁的熱流密度為 f1f 2qk ttf1f 21211tthh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。 19第八章 小結 重點掌握以下內容