热工基础热量传导的基本方式.ppt

1 第八章 热量传递的基本方式 第二篇 传热学 热量传递有三种基本方式 ? 热传导 (thermal conduction) ? 热对流 (thermal convection) ? 热辐射 (thermal radiation) 2 8 － 1 热传导 热传导 （简称 导热 ） 在物体内部或相互接触的物体表面之 间，由于分子、原子及自由电子等微观粒子 的热运动而产生的热量传递现象。 导热现象发生在固体内部，也可发生在静 止的液体和气体之中。 本书不讨论导热的微观机理，只讨论热 量传递的宏观规律。 3 最简单的导热现象：大平壁的一维稳态导热 ? 0 x t ? t w2 t w1 特点： 1. 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； 3. 平壁温度不随时间改变； 4. 热量只沿着垂直于壁面的 方向传递。 热流量 ：单位时间传导的热量 , W w1 w 2 t t A ? ? ? ? ? ? : 材料的 热导率 （ 导热系数 ）： 表明材料的导热能力， W/(m· K) 。 4 w1 w 2 t t q A ? ? ? ? ? ? 热流密度 q : 单位时间通过单位面积的热流量 w1 w 2 t t A ? ? ? ? w1 w 2 t t A ? ? ? ? ? w1 w 2 t t R ? ? ? R A ? ? ? ? 称为平壁的 导热热阻 ，表示物体对 导热的阻力，单位为 K/W 。 ? t w1 t w2 R ? 热阻网络 5 8 － 2 热 对流 热对流 : 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。 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。 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 : ? = Ah ( t w – t f ) q = h ( t w – t f ) 6 w f 1 t t Ah ? ? 1 h R Ah ? ? t w t f h R h 称为对流换热的 表面传热系数 （习惯称为 对流换热系数 ），单位为 W/(m 2 ? K) 。 对流换热热阻： ? = Ah ( t w – t f ) w f h t t R ? ? 称为 对流换热热阻 ，单位为 W/K 。 对流换热热阻网络： ? = Ah ( t w – t f ) 7 表面传热系数的影响因素： h 的大小反映对流换热的强弱，与以下 因素有关： （ 1 ） 流体的物性（热导率、粘度、密度、 比热容等）； （ 2 ） 流体流动的形态（层流、湍流）； （ 3 ） 流动的成因（自然对流或受迫对流）； （ 4 ） 物体表面的形状、尺寸 ； （ 5 ） 换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。 8 表 1-1 一些表面传热系数的数值范围 对流换热类型 表面传热系数 h / [W /( m 2 ? K]) 空气自然对流换热 1 ～ 10 水自然对流换热 100 ～ 1 000 空气强迫对流换热 10 ～ 100 水强迫对流换热 100 ～ 15 000 水沸腾 2500 ～ 35 000 水蒸气凝结 5000 ～ 25 000 9 8 － 3 热辐射 辐射 ： 指物体受某种因素的激发而向外发射辐射能 的现象 解释辐射现象的两种理论 ： 电磁理论 与 量子理论 电磁波的数学描述： c ?? ? c — 某介质中的光速 , 0 c c n ? 8 0 3.0 10 c ? ? m/s 为真空中的光速 ; n 为介质的折射率。 ? — 波长 , 常用 ? m 为单位 , 1 ? m = 10 -6 m 。 ? — 频率 , 单位 s － 1 。 10 电磁波的波谱 ： ? 射线 ： ? 5 × 10 -5 ? m X 射线 ： 5 × 10 -7 ? m ? 5 × 10 -2 ? m 紫外线 ： 4 × 10 -3 ? m ? 0.38 ? m 可见光 ： 0.38 ? m ? 0.76 ? m 红外线 ： 0.76 ? m ? 10 3 ? m 无线电波 ： ? 10 3 ? m 11 微波 ： 10 3 ? m ? 10 6 ? m 微波炉就是利用微波加热食物，因微波可 穿透塑料、玻璃和陶瓷制品，但会被食物中水 分子吸收，产生内热源，使食品均匀加热。 热辐射 : 由于物体内部微观粒子的热运动而使物体 向外发射辐射能的现象。 理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但 在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射 的波长主要在 0.1 ? m 至 100 ? m 之间 , 包括部分紫外 线、可见光和部分红外线三个波段 。 12 热辐射的主要特点： （ 1 ） 所有温度大于