（精）第1章 传热学.ppt

传 热 学 Heat Transfer 教材及参考书 1. 杨世铭、陶文铨.传热学（第四版）.高等教育出版社，2006 2. 戴锅生.传热学（第二版）.高等教育出版社，1999 3. 章熙民等.传热学（第五版）中国建筑工业出版社，2007 4. J.P.Holman.传热学(英文版) ,机械工业出版社，2008 第 1 章 绪 论 传热学研究内容是什么？ 传热学与工程热力学、流体力学的关系如何？ 为什么要学习传热学？ 传热学的主要研究方法有哪些？ 1.1 传热学研究内容 1、传热学：研究由温差引起的热能传递规律的科学,即：单位时间内所传递的热量与物体中相应温差之间的关系。 2、传热现象普遍存在，只要有温差存在， 就有热量传递。 3、热力学第二定律指出： 热量自发从高温物体 低温物体。 1. 3 传热学在技术领域的应用 机械制造：(1) 热处理过程 (2) 金属切削加工（3）汽车制造 建筑工程：建筑物的空调、隔热保温 （1）加强传热 ——计算传递的热流量 （2）削弱传热 ——计算传递的热流量 （3）温度控制 ——确定物体内各点的温度 2. 热量传递的三种基本方式 1、热传导（导热） [Heat Conduction] 2、热对流（对流） [Heat Convection] 3、热辐射 [Thermal Radiation] 2.1 热传导（导热）(heat conduction) 热传导 宏观角度：指物体各部分之间没有发生相对宏观运动时，物体内部热量从温度较高部分传递到温度较低的部分，或者温度较高的物体把热量传递给与之接触的温度较低的物体。 导热微观机理 微观角度：气体、液体、导电固体和非导电固体的导热机理有所不同。 导热是物质的固有本质 导热过程中，内部没有宏观相对运动，依靠微观粒子的热运动 导热过程物体之间必须相接触 平板一维导热 平板两侧表面维持均匀温度 tw1， tw2，温差Δt＝tw1- tw2 板内各处温度不随时间变化 一侧表面积为A 板厚度为δ, δ A 物性为常数，则单位时间内导热热量,即热流量Φ Φ=λAΔt/δ (W) 傅里叶定律：Φ= -λAdt/dx Φ =λAΔt/δ (W) 式中： Δt —— 导热温差， ℃，(K) A —— 平板面积，m2 δ ——平板厚度，m Φ —— 热流量， W λ——比例系数，称为热导率，或导热系数，单位： W/(m· ℃),W/(m· K ） 表征材料的导热性能, 是一物性参数，与材料性质，温度等因素有关 2.2 热对流 (heat convection) 1）热对流： 流体的宏观运动而引起温度不同的各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混引起的热量传递。 注意： 对流仅能发生在流体中，并伴随有热传导 对流 （2）对流传热： 流体流过固体壁时，对流和导热联合起作用的热量传递过程。 （3）对流传热分为：强迫对流和自然对流 4）对流传热的基本计算式，称为牛顿(冷却)公式： 流体被加热时： Φc = hcA(tw - tf) (W) 流体被冷却时： Φc = hcA(tf - tw) (W) 其中：tw：壁面温度 ； tf ：流体温度， K ，（ ℃ ） hc：比例系数，称为(表面)对流传热系数 单位：W/(m2·K) ， W/(m2· ℃ ) （5）影响对流传热系数hc因素： 流体的物性：密度ρ，导热系数λ，粘度μ，比热容cp 换热表面的形状与布置 流体的流速 。。。 2.3 热辐射 (thermal radiation) （1）辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式 热辐射： 因热的原因而发出辐射能的现象 辐射传热： 物体间相互进行热的辐射和吸收所形成的换热过程 热辐射 （2）热辐射的特点： 任何物体只要高于0 K,就会发出辐射热; 热辐射的电磁波可以在真空中传播； 物体与周围环境处于热平衡时，辐射传热量为零，但是动态平衡； 热辐射传递中伴随着能量形式的转换。 热辐射 （3）物体的热辐射能力 黑体：一种理想物体，指能够吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体，黑体的吸收和辐射能力在同温度的物体中最大。 黑体表面的辐射热流量(斯蒂芬－玻尔兹曼定律Stefan-Boltzmann law）： Φr=σb A T4 = cbA(T/100)4 (W) T:黑体绝对温度，K； A:表面积，m2; σb ：黑体辐射常数,σb ＝5.67×10－8 W /（m2·K4） [cb ：黑体辐射系数， cb ＝5.67 W/m2·K4] 热辐射 实际物体表面的辐射热流