熱量傳輸的基本概念南昌大學機電工程學院王文琴參考書《材料加工冶金傳輸原理》的“熱量傳輸部分”吳樹森編著《冶金傳輸原理》的“熱量傳輸部分”沈頤身等編著《傳熱學》楊世銘陶文銓編著《HEATTRANSFER》YanhuiFeng等編著《TransportPhenomena》R.ByronBird編著在下列技術領域大量存在傳熱問題制冷、建筑、環境、采礦、機械制造、核能、航空航天、微機電系統（MEMS）、新材料、軍事科學與技術、生命科學與生物技術…§1-1熱量傳輸概述§1-2熱量傳輸的基本方式§1-3傳熱過程與熱阻第一章緒論第一章緒論§1-1熱量傳輸概述一、熱量傳輸研究內容：研究熱量傳遞規律的科學。熱量傳遞過程的推動力：溫差(熱力學第二定律：熱量可以自發地由高溫熱源傳給低溫熱源。有溫差就會有傳熱)（TheSecondLawofhermodynamics）研究目的：一定條件下熱量傳遞的速率。降低傳熱速率：提高熱效率，減少熱損失，節能提高傳熱速率：提高生產率第一章緒論傳熱學與工程熱力學的異同水，M220oC鐵塊，M1300oC熱力學：tm,Q傳熱學：過程的速率傳熱方式5.1熱量傳輸的基本方式

傳導傳熱（導熱）對流傳熱（對流）輻射傳熱（輻射）（1）導熱定義：在一連續介質內若有溫度差存在，或者兩溫度不同的物體直接接觸時，在物體內沒有可見的宏觀物體流動時所發生的傳熱現象。條件：溫度差。取決于物體本身的物性。微觀機制：物體內部微觀粒子的熱運動導熱物質：固體，液體，氣體5.1熱量傳輸的基本概念

導熱的特點必須有溫差物體直接接觸依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而傳遞熱量不發生宏觀的相對位移2.導熱機理氣體：氣體分子不規則熱運動時相互碰撞的結果。導電固體：自由電子運動。非導電固體：晶格結構的振動。液體：很復雜。3傅里葉定律:1822年，法國數學家Fourierq：熱流密度，單位時間通過單位面積傳遞的熱量[W/m2]；平壁的厚度[m]；

：平壁兩側壁溫之差熱導率(導熱系數)Thermalconductivity一維穩態導熱傅里葉定律的數學表達式xttw1tw2QQ圖1－1通過無限大平板的導熱讓·巴普蒂斯·約瑟夫·傅立葉(JeanBaptisteJosephFourier，1768–1830)，法國著名數學家、物理學家，1817年當選為科學院院士，1822年任該院終身秘書，后又任法蘭西學院終身秘書和理工科大學校務委員會主席，主要貢獻是在研究熱的傳播時創立了一套數學理論。熱導率（導熱系數）(Thermalconductivity)λ——具有單位溫度差（1K）的單位厚度的物體(1m)，在它的單位面積上(1m2)、每單位時間(1s)的導熱量(J)熱導率表示材料導熱能力大小；物性參數；實驗確定例題1-1有三塊分別由純銅(熱導率λ1=398W/(m·K))、木材(熱導率λ2=0.12W/(m·K))和鑄鐵(熱導率λ3=40W/(m·K))制成的大平板，厚度都為10mm，兩側表面的溫差都維持為tw1–tw2=50℃不變，試求通過每塊平板的導熱熱流密度。解：根據傅立葉導熱公式，對于純銅板，

對于木板對于鑄鐵板高爐——銅冷卻壁和鑄鐵冷卻壁炒勺——木質手柄二、熱對流(convection)與對流換熱Heatedairrises,cools,then

falls.

Airnearheateris

replacedbycoolerair,and

thecyclerepeats.

Whatifcoilswereat

thebottom?1.定義與特征熱對流：流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發生相對的宏觀運動而把熱量由一處傳遞到另一處的現象。

流體中有溫差—熱對流必然同時伴隨著熱傳導，自然界不存在單一的熱對流

對流換熱：流體流過與之溫度不同的固體壁面時的熱量交換。

Convectionheattransfer對流換熱的特點對流換熱與熱對流不同，既有熱對流，也有導熱；不是基本傳熱方式導熱與熱對流同時存在的復雜熱傳遞過程必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運動；也必須有溫差2.分類對流換熱按照不同的原因可分為多種類型

是否相變，分為：有相變的對流換熱和無相變的對流換熱流動原因，分為：強迫對流換熱和自然對流換熱。流動狀態，分為：層流和紊流。3.牛頓冷卻公式（1701）uttwA—熱流量[W]，單位時間傳遞的熱量q—熱流密度h—表面傳熱系數A—與流體接觸的壁面面積—固體壁表面溫度—流體溫度Convectionheattransfercoefficient表面傳熱系數（對流換熱系數）（Convectionheattransfercoefficient）——當流體與壁面溫度相差1度時、每單位壁面面積上、單位時間內所傳遞的熱量h是表征對流換熱過程強弱的物理量影響h因素：流動原因、流動狀態、流體物性、有無相變、壁面形狀大小等例題1-2

一室內暖氣片的散熱面積為3m2，表面溫度為tw=50℃，和溫度為20℃的室內空氣之間自然對流換熱的表面傳熱系數為h=4W/(m2·K)。試問該暖氣片相當于多大功率的電暖氣?解：暖氣片和室內空氣之間是穩態的自然對流換熱，Q=Ah(tw–tf)=3m2×4W/(m2·K)×(50-20)K=360W=0.36kW即相當于功率為0.36kW的電暖氣。三、熱輻射（Thermalradiation）1.定義——物體通過電磁波來傳遞熱量的方式。電磁波：在真空中可以傳輸30km/s

物體的溫度越高、輻射能力越強；若物體的種

類不同、表面狀況不同，其輻射能力不同輻射換熱：物體間靠熱輻射進行的熱量傳遞Radiationheattransfer短波輻射長波輻射2.輻射換熱的特點——不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要介質的存在，在真空中就可以傳遞能量——在輻射換熱過程中伴隨著能量形式的轉換物體熱力學能電磁波能物體熱力學能——無論溫度高低，物體都在不停地相互發射電磁波能、相互輻射能量；高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量;總的結果是熱由高溫傳到低溫3.斯蒂芬-玻爾茲曼定律（Stefan-Boltzmannlaw）黑體：能全部吸收投射到其表面輻射能的物體，或稱絕對黑體。（Blackbody）黑體的輻射能力與吸收能力最強LudwigBoltzmann(1844-1906)committedsuicidebecausehethoughthislife'sworkwasinvain.

黑體向外發射的輻射能：—絕對黑體輻射力—黑體表面的絕對溫度（熱力學溫度）—斯蒂芬-玻爾茲曼常數，

實際物體輻射能力：低于同溫度黑體—實際物體表面的發射率（黑度），0~1；與物體的種類、表面狀況和溫度有關

（Emissivity）對于兩個相距很近的黑體表面，由于一個表面發射出來的能量幾乎完全落到另一個表面上，那么它們之間的輻射換熱量為：T1T2QA三種換熱方式機理不同，但在實際過程中通常是兩三種熱量傳輸方式同時出現的。熱流量Φ：單位時間傳遞的熱量。熱通量（熱流密度）q：單位時間通過單位面積傳遞的熱量。傳熱系數K：單位時間、單位面積、溫度差為1℃時傳遞的熱量，即單位傳熱量。傳熱方程：實踐證明，各種傳熱過程的傳熱量都和溫度差、傳熱面積A、傳熱時間成正比。

℃/W

總傳熱面積上的熱阻。